[发明专利]PCB钻机多轴级联结构的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及PCB钻机多轴级联结构的设计，特别是涉及采用仿真与试验相结合的方式进行的设计。 

背景技术

一方面，PCB钻机多轴级联结构的动态特性对钻机的加工精度影响大，研究PCB钻机多轴级联结构很有必要。底板作为级联结构的基础件，它的动态特性决定了级联结构的动态特性。另外，PCB钻机多轴级联结构动态特性还受到导轨滑块、级联形式以及结构联接刚度与加工轴零件的影响。 

目前，行业内在进行多轴级联结构的设计时，未能充分考虑到级联结构的基础件-底板在装配过程中动态特性的变化。同时，在导轨滑块的选取、级联形式及结构联接刚度的确定以及加工轴零件的选取中，也未能充分考虑它们对级联结构的动态特性的影响。 

另一方面，将仿真与试验相结合的方法是目前科技界的主流方法。这种方法不仅成本较低，而且容易做到揭示问题的本质规律。 

可见，实有必要对现有设计手段进行改进，使得PCB钻机多轴级联结构的设计中能够有机地采用仿真与试验相结合的方法，以提高动态设计能力，得到较优的PCB钻机多轴级联结构。 

发明内容

本发明要解决的技术问题在于克服上述现有技术的不足，而提出一种PCB钻机多轴级联结构的设计方法，能够确保在进行多轴级联结构的设计时，充分考虑到底板以及导轨滑块、级联形式以及结构联接刚度与加工轴零件等对级联结构的动态特性的影响，从而使设计得到优化。 

本发明解决上述技术问题采用的技术方案包括，提出一种PCB钻机多轴级联结构的设计方法，将底板按其上安装有相关部件的情况划分为至少两个不同的情况，对每个情况的底板采用振动测试仪测试分析与CAE仿真结合进行自由模态分析与仿真，以得到底板本身及安装在该底板的相关部件的设计依据。 

在本发明中，可以将底板按其上安装有相关部件的情况划分为两个不同的情况：第一种情况为未装配的底板，第二种情况为装配有导轨的底板；根据第 一种情况的自由模态分析与仿真的结果，直接得到底板本身的设计依据；根据第二种情况和第一种情况的自由模态分析与仿真的结果的对比，得到导轨滑块选取的依据。 

在本发明中，可以将底板按其上安装有相关部件的情况划分为三个不同的情况：第一种情况为未装配的底板，第二种情况为装配有导轨的底板，第三种情况为多轴级联的底板；根据第三种情况、第二种情况和第一种情况的自由模态分析与仿真的结果的对比，得到级联形式与结构联接刚度选取的依据。 

在本发明中，可以将底板按其上安装有相关部件的情况划分为四个不同的情况：第一种情况为未装配的底板，第二种情况为装配有导轨的底板，第三种情况为多轴级联的底板，第四种情况为安装有主电轴的多轴级联的底板；根据第四种情况、第三种情况、第二种情况和第一种情况的自由模态分析与仿真的结果的对比，得到加工轴零件的选取的依据。 

在本发明中，对每个情况的底板采用振动测试仪测试分析与CAE仿真结合进行自由模态分析与仿真的过程，包括以下步骤： 

在CAD软件建立相应情况的底板的一个三维实体模型； 

将相应的三维实体模型转换导入CAE软件中，设置定义材料参数、建立与测试一致的边界条件； 

仿真得到相应底板的模态参数； 

采用振动测试仪对相应情况的底板进行试验模态分析，得到试验模态结果；以及 

将测试结果与仿真结果对比分析，确定相应情况的底板模态参数。 

在本发明中，采用振动测试仪对相应情况的底板进行试验模态分析是利用一个三维试验模型对相应情况的底板进行测试的。 

在本发明中，建立相应情况的底板的一个三维试验模型的过程包括：在该相应情况的底板上选取合适的激励方式和布置合适的响应点，根据该相应情况的底板的形状和布置的响应点，在软件中通过输入坐标的形式建立该三维试验模型，以大概描绘出形状和布置的响应点的轮廓。 

在本发明中，在利用该三维试验模型对该相应情况的底板进行测试的过程中，在该相应情况的底板上的测试点的位置要与建立的该三维试验模型上的点对应，测试的方向也要与该三维试验模型在软件中坐标系的方向一致。 

在本发明中，所述的利用该三维试验模型对该相应情况的底板进行测试包括：建立与仿真边界条件一致的试验边界条件，用力锤激励，采用固定激励点，移动测试点的方法来进行测试；对各测试点的测试内容为激励和振动加速度响 应，利用模态参数估计的方法得出模态参数的测试值。