[发明专利]一种机床基础大件动态性能优化设计方法

摘要

本发明一种机床基础大件动态性能优化设计方法，根据动力学仿真分析要求对机床装配体进行简化，将简化后的装配体导入到ANSYS/Workbench中进行网格划分、材料设置、边界条件设置，完成机床装配体的模态分析。在谐响应分析中，通过模拟刀具实际工作状态，得到机床装配体主轴箱端部在简谐力作用下X向、Y向、Z向的最大振幅响应值。最后使用参数化分析技术对基础大件质量特性参数进行试验设计，拟合得到机床动态性能响应值和基础大件质量特性之间的响应面模型。通过对响应面模型进行分析，不仅可以定性地找出基础大件在机床动态性能中的薄弱环节，还可以定量地预测出基础大件的改变对机床动态性能影响的趋势，提高机床设计的精度。

主权项

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=β0+Σi=1nβixi+Σj=2nΣi=1jβijxixj---(1)]]>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。