[发明专利]一种大型机床动态特性缩比式模型研究法

说明书

(一)技术领域：

本发明涉及一种大型机床动态特性缩比式模型研究法，具体的讲是一种将大型机床按一定的比例缩小的物理样机，然后在物理样机中进行试验以确定大型机床动态特性。属于机床动态性能研究评估技术领域。

(二)背景技术：

现代机械制造工业向高精度、高速度、高效率的方向飞速发展，高效数控机床也越来越受到用户的青睐，这些对数控机床的设计生产提出了更高的要求。仅有良好的静态特性已无法满足数控机床高精度、高表面加工质量和高生产率的生产需求，数控机床整机动态特性的好坏直接影响数控机床的加工性能，因此，现今其动态性能已经被用作评估机床性能的重要指标。

目前，对机床的动态特性研究的方法有：虚拟样机法和实物试验法。但这两种方法在对大型机床的研究上存在以下的问题：1)虚拟样机技术在研究大型机床时，由于机床的零件较多、结构复杂等特点，很难对机床进行较为准确的建模；2)另一方面，如采用1：1的实物试验法，虽具有较高的准确性，但工程造价昂贵。因此，缩比式模型的折中方法具有较高的实用价值。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种大型机床动态特性缩比式模型研究法，它是针对目前机床动态分析方法中对大型机床的局限性情况下而提出的一种缩比模型来模拟大型机床在加工时的动态特性，并确定最优化的机床设计方案的缩比模型试验法。

2、技术方案：为了实现上述目的，本发明所采用的方法是：将实物尺寸按照一定比例缩小制成缩比物理样机，将机床建立为形状与实物完全或近似相同的小型模型，且使激励模型的原切削力与被研究的实际切削力相比也按照同一比例缩小，这样就使得模型与被研究对象在工作切削力下有相同的机械参数和特性，测量模样机的参数就能够得到被研究对象的性能。

本发明一种大型机床动态特性缩比式模型研究法，该方法具体步骤如下：

步骤一：将原机床的设计图纸按1∶10的比例缩小，再根据缩小后的图纸零件尺寸在CAD软件上对原机床设计进行三维建模、装配，得到小比例的三维装配模型。

步骤二：将步骤一所得的三维装配模型导入工程分析软件(如ANSYS)，进行机床的动态特性的分析。具体的分析项目有：静应力、应变分析，模态分析，谐响应分析等。

步骤三：按照步骤一所得的缩小后的图纸零件尺寸，进行实物加工，制造一台大小为原设计机床十分之一的小型物理样机。

步骤四：在对步骤三所得的物理样机进行动态性能试验，分析物理样机的固有频率、谐响应特性，获得样机的传递函数。

步骤五：比较步骤二、四的分析结果，得出机床的动态特性。

步骤六：最后根据所得的动态特性，进行优化设计，使得机床具有较好的动态特性。

其中，步骤二中所述的静应力、应变分析，模态分析，谐响应分析，具体实现过程如下：

1)将步骤二中的三维模型转成工程分析软件能识别的格式，如Parasolid，导入分析软件。

2)按实际情况定义工程分析所需的各种参数，如材料的弹性模量、密度、泊松比以及单元格类型。

3)根据精度要求选择单元格的大小，进行网格划分。

4)选择所需要的分析类型，如静应力、应变分析、模态分析和谐响应分析等。分析软件开始进行分析。

5)查看后处理器，显示所求的图形及解读图形。

3、优点及功效：本发明一种大型机床动态特性缩比式模型研究法的优点是：

大型结构在有限元分析时，由于网格数量较多，计算量及其庞大。因此，采用缩比模型法，能有效的降低计算量。

在实验分析阶段，需要制造物理样机。如果采用原尺寸制造，虽具有较高的准确性，但工程造价昂贵。因此，缩比模型法，更具有经济意义。

本发明可应用于机械、建筑等领域的研究性试验，得出相应的机械和力特性。

(四)附图说明

图1本发明物理样机的轴测图；

图2本发明流程框图。

(五)具体实施方式

见图2，本发明为一种大型机床动态特性缩比式模型研究法，其具体实施步骤为：

步骤一：将原机床的设计图纸按1∶10的比例缩小，再根据缩小后的图纸零件尺寸在CAD软件上对原机床设计进行三维建模、装配，得到小比例的三维装配模；

步骤二：将步骤一所得的三维装配模型导入工程分析软件ANSYS，进行机床的动态特性的分析。具体的分析项目有：静应力、应变分析，模态分析，谐响应分析等。

步骤三：按照步骤一所得的缩小后的图纸零件尺寸，进行实物加工，制造一台大小为原设计机床十分之一的小型物理样机。