[发明专利]一种正六边形蜂窝铝平台的设计及制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及PCB机床技术领域，具体涉及一种正六边形蜂窝铝平台的设计及制造方法。

背景技术

传统机床通常采用龙门式框架结构，主要包括机床主体、平台和横梁等部分，一般平台是沿一个方向运动的用于放置加工工件的载体，平台的控制精度直接影响加工精度，其材料一般采用铸铁、铸铝或花岗石等，特别对于高速高精大平台机床，平台越大越重，需要推力越大的电机，导致平台不好控制，平台不同区域精度差异大而且电机耗电量大、发热量大，所以平台在设计时尽量往轻量化去设计，目前很多厂家都在寻求新的材料和结构用于提升平台性能。

正六边形的蜂窝铝材料结构以其比强度高、质量轻、刚性好、隔音隔热、减震、资源丰富、成本低等一系列优点得以越来越广泛的应用。

蜂窝铝芯其结构特性，在某些方向的强度比另一些方向高很多，作为机床的平台一般要求各个方向均能承受一定冲击载荷，因此需要另外加一些辅助层来提升整体的性能。正六边形的蜂窝铝结构平台，通常由中间的蜂窝铝芯层、上蒙皮层、下蒙皮层和外框组成，蜂窝铝芯与其他组件之间目前多采用胶粘的物理结合方式。

但是，由于蜂窝铝芯存在各向异性，各向异性是指物质的全部或部分化学、物理等性质随着方向的改变而有所变化，在不同的方向上呈现出差异的性质，不像传统的实心各向同性材料结构容易得知其性能，对于选择什么规格的蜂窝铝芯，蒙皮层和外框需要什么尺寸的材料，胶粘组合起来后能达到什么样的性能，这些都比较难定量，所以目前设计师基本是靠经验去设计平台，最后加工出整个平台并进行测试才可以判断其性能是否达到使用要求，需要较高的研发成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种正六边形蜂窝铝平台的设计及制造方法，能快速设计及制造出满足要求的正六边形蜂窝铝平台。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种正六边形蜂窝铝平台的设计及制造方法，该正六边形蜂窝铝平台包括蜂窝铝芯和外部框架，该设计及制造方法包括步骤：

将蜂窝铝芯等效成正交各向异性的均匀连续实体结构，并计算出所述均匀连续实体结构的工程参数，该工程参数至少包括弹性模量、剪切模量、泊松比和密度；

建立均匀连续实体结构与外部框架结合的整体仿真模型，并通过有限元技术分析所述整体仿真模型的性能，其中，根据上述的工程参数建立均匀连续实体结构的仿真模型，根据标准材料参数建立外部框架的仿真模型；

若整体仿真模型的性能符合要求，制造对应的正六边形蜂窝铝平台，并展开相关性能测试。

其中，较佳方案是：该工程参数包括均匀连续实体结构各平面垂直方向的弹性模量、各平面的剪切模量、泊松比和密度。

其中，较佳方案是：该工程参数至少包括X轴方向的弹性模量Y轴方向的弹性模量E_cy＝E_cx，Z轴方向的弹性模量该工程参数至少包括XY轴平面的剪切模量XZ轴平面的剪切模量YZ轴平面的剪切模量该均匀连续体结构的密度为该均匀连续体结构的泊松比为μ_cxy＝μ_s；其中，E_s为蜂窝铝芯制造材料的弹性模量，G_s为蜂窝铝芯制造材料的剪切模量，t为壁厚，l为边长，γ为修正系数，ρ_s为蜂窝铝芯制造材料的密度，μ_s为蜂窝铝芯制造材料的泊松比。

其中，较佳方案是：该修正系数为0.4～0.6。

其中，较佳方案是：该外部框架包括上蒙皮层、下蒙皮层和框架，该上蒙皮层设置在蜂窝铝芯的上端面，该下蒙皮层设置在蜂窝铝芯的下端面，该框架设置在蜂窝铝芯侧面。

其中，较佳方案是，该正六边形蜂窝铝平台的制造步骤包括：

拉伸蜂窝铝芯型材，使蜂窝状形成正六边形，并保持一段时间，避免松开后出现一定程度的回弹；

在高精度基准面上组装框架，将下蒙皮层与框架固定，下蒙皮层下端面紧贴高精度基准面，在框架内部涂上粘接胶，将拉开后的蜂窝铝芯放至框架内部，并盖上上蒙皮层，将整体进行粘接和铆接；

通过气压将正六边形蜂窝铝平台压至高精度基准面上，直至粘接胶凝固。

其中，较佳方案是：通过有限元技术分析获取整体仿真模型的变形、模态振型和频率。

其中，较佳方案是：若整体仿真模型的性能不符合要求时，选用不同规格的蜂窝铝芯型材以及外部框架的标准件，重新建立整体仿真模型并再次通过有限元技术获取整体仿真模型的性能。