一种机床整机动态性能优化设计方法

摘要

本发明公开了一种机床整机动态性能优化设计方法，包括以下步骤：在Pro/E软件中建立机床整机实体参数化模型，根据动力学分析要求和机床结构特点进行结构简化；将简化实体模型导入有限元分析软件ANSYS/Workbench进行网格划分得到整机有限元模型。通过ANSYS/Workbench进行静力学分析，得到整机预应力场，进而通过模态分析得到整机在预应力场状态下的模态。通过对整机进行谐响应分析得到主轴不同转速下，切削力引起的机床整机动力学响应，为发现动力学薄弱环节和优化设计提供了参考。最后使用参数化分析方法，得到结构质量和刚度参数对于机床整机动态性能的影响规律，得出动刚度薄弱环节，并进行优化设计。

主权项

一种机床整机动态性能优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在Pro/E软件中利用机床二维零件图建立机床结构零件实体模型，之后建立装配基准，运用参数化方法进行整机实体模型装配；2)在Pro/E软件中对实体模型零件进行简化，将材料相同的螺栓连接部件进行实体模型布尔合并运算，将整机实体简化模型通过Pro/E‑Workbench接口导入ANSYS/Workbench软件中；3)在ANSYS/Workbench软件中对实体简化模型进行有限元网格划分，网格划分采用保留中间节点的四面体单元，机床结构根据实际尺寸单元大小选择10‑100mm，结构复杂部位进行单元细化；4)在ANSYS/Workbench软件中对有限元模型设置材料属性、结合面属性和施加边界条件，基于有限元方法进行静刚度计算，求解得到整机变形和等效应力；5)将静刚度分析得到整机的静态应力场导入ANSYS/Workbench软件动力学分析模块，进行预应力状态下模态仿真计算；6)根据模态分析结果和机床主轴转速，选定求解频率范围包含主轴最高转速区域和低阶模态频率区域，在ANSYS/Workbench软件中对整机进行动态特性谐响应分析；7)在ANSYS/Workbench软件中对整机关键零部件的质量和刚度特性进行参数化，建立参数化分析任务，得到不同参数状态下整机静动态响应；8)根据参数化分析结果，通过灵敏度分析对比得到影响整机动态特性薄弱环节，针对薄弱环节修改原始设计模型改变其结构质量或刚度特性，完成整机动态特性优化设计。