[发明专利]一种机床基础大件动态性能优化设计方法

权利要求书

1.一种机床基础大件动态性能优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据机床的动力学分析要求，在CAD软件中对机床装配体模型进行简化；

2)将简化后的机床装配体模型导入到有限元分析软件中；

3)在有限元分析软件中对机床装配体模型进行网格划分，并对机床的主轴箱进行网格细化；

4)在有限元分析软件中对机床装配体模型进行各基础大件的材料属性设置、结合面属性设置和边界条件设置，在对机床装配体模型进行网格划分的基础上，完成机床装配体的模态仿真分析，得到机床装配体的固有频率和振型，从而得到机床的一阶固有频率；

5)根据机床装配体的固有频率和设定的机床主轴转速，在有限元分析软件中完成机床装配体的谐响应分析，得到主轴箱端部在简谐力作用下X向、Y向和Z向的最大振幅响应值；

6)在有限元分析软件中对机床的一阶固有频率、三向的最大振幅响应值和设定的机床基础大件质量特性参数进行参数化，通过中心复合试验设计方式得到试验样本点，利用仿真分析得到试验样本点对应的机床动态性能响应值；

7)根据步骤6)中试验样本点和试验样本点的响应值，构建各机床动态性能响应值和基础大件质量特性参数之间的二次多项式响应面模型：

$y={\mathrm{\β}}_0+\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_i{x}_i+\underset{j=2}{\overset{n}{\Σ}}\underset{i=1}{\overset{j}{\Σ}}{\mathrm{\β}}_{ij}{x}_i{x}_j---\left(1\right)$

其中：y为机床动态性能响应值，x为一个基础大件质量特性参数，n为基础大件的个数，β为待定系数，i和j均为基础大件质量特性参数序号，i、j和n均为自然数；

8)在上述得到的二次多项式响应面模型基础上，对各个基础大件质量特性参数求偏导数，得到基础大件质量特性参数对机床动态性能影响的灵敏度，通过各灵敏度之间的比较，定性分析基础大件对机床动态性能的影响；

9)根据灵敏度定性分析结果得到影响机床动态性能的薄弱环节；针对机床基础大件中的薄弱环节，在二次多项式响应面模型中改变基础大件质量特性参数，定量预测基础大件质量特性改变对机床动态性能的影响趋势和影响量，进行定量分析，完成机床动态性能优化设计。

2.根据权利要求1所述的一种机床基础大件动态性能优化设计方法，其特征在于，步骤1)中，机床装配体模型简化的具体方法为：

1)删除机床装配体中尺寸小的倒角和圆角；

2)删除不影响仿真分析的小特征，所述的小特征包括螺钉孔、螺栓孔和注油孔；

3)简化传动系统，减速箱内部结构使用等效质量进行简化，丝杠结构使用圆柱代替；

4)简化主轴结构，进行装配体仿真分析时，将主轴作为一个整体进行分析，使用等效实体模型和等效质量进行代替；

5)简化辅助结构，对装配体结构刚性不产生影响的辅助结构，使用质量点进行代替；

6)删除装配体中尺寸过小的平面特征，保证好的单元质量。