[发明专利]人造石机床机架的设计方法及PCB钻机机架的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及人造石机床机架的设计方法，特别涉及人造石材料用于PCB钻孔加工设备机架的设计方法。

背景技术

机架是机床的主要组成部分之一，占机床总重量的80%以上，是消耗材料最多的部分。同时，机架的结构特性是影响机床运行精度和速度的主要因素之一。

目前，用于机架的材料主要有铸铁、铸钢、钢板焊接件、天然花岗石等。在国内，最常用的材料是铸铁，天然花岗石多用在高档精密机床上。

用于机床机架的天然花岗石主要分布有三个产地，分别为中国济南、南非和南美，产量相当有限，大尺寸的成材率比较低。近几年来，出于环保的考虑，在天然花岗石产地，当地政府均采取了限制天然花岗石开采的措施，目前已处于封山状态。

铸铁件是用高温熔炼的金属液浇铸而成，浇铸温度达到900度以上，能做成形状复杂的结构。中国是铁矿石储量大国，但是中国铁矿石的含铁量较低，质量较差，很多铁矿石都依赖于进口，而中国没有铁矿石的定价权。中国也是铁矿石使用大国，随着需求量的增加，铸铁机架的成本也会逐渐增加。

人造石是一种矿物铸件，其制造所用石子和改性环氧树脂是随处可采购的材料，从目前看不存在垄断涨价问题。人造石加工过程中耗能低，常温铸造，不需要加热，是一种绿色、环保、节能的加工方法。与铸铁相比，人造石的对数衰减率是铸铁的十几倍，吸振性能远比铸铁好。另外，人造石还具有浇铸后的线性收缩率小、铸件精度高、铸造形状可以比较复杂等优点，人造石的废料还可以回收做建筑和筑路的材料。由于具有上述特点，人造石将成为较为理想的机架材料之一。

发明内容

本发明的目的在于提出一种针对人造石材料应用于机架的设计方法，达到降低成本，并能满足设计要求的目的。该设计方法是一种动态的优化设计过程。是利用该种材料的属性及制作工艺特点而提出的结构设计方法。

为了解决现有技术中问题，本发明提供了一种人造石机床机架的设计方法，包括以下步骤：

步骤1：确定设计的目标：根据实际的工程需要，确定设计目标；

步骤2：在计算机上建立机架各部件的三维模型，按照各部件装配的相对位置关系，完成机架各部件的装配；

步骤3：将CAD模型转化成有限元模型：添加模型的材料属性，根据各部件的实际连接关系，添加耦合约束，按照实际的边界条件施加边界约束，将无限自由度系统离散成有限自由度系统，再提交分析计算;

步骤4：分析结果：将仿真计算的结果与设计目标进行比较，如果不满足设计目标，则修改结构参数，并返回步骤2，如果满足设计目标，则输出该模型，设计完毕。

作为本发明的进一步改进，步骤1中，结构在静态刚度及动态性能方面的要求作为设计目标。

一种人造石材料用于PCB钻孔加工设备机架的设计方法，包括以下步骤：

步骤1、设计实心结构的横梁与床身的外形尺寸，运用仿真软件完成横梁与床身的参数化建模，并按照实际装配中各部件的相对位置关系完成装配，检查模型是否正确 ，为机架装配体三维模型；

步骤2、添加模型的材料属性，横梁与床身的材料相同，均为人造石材料；

步骤3、在仿真过程，选择耦合约束；

步骤4、按照实际边界条件施加约束；

步骤5、采用合适的网格划分方式，完成网格划分，提交分析；

步骤6、分析计算结果，并与设计目标进行比较；

步骤7、将横梁与床身设计成空心结构，多次修改横梁与床身的内部结构形式并完成分析，最终输出合适的结构，设计完毕。

作为本发明的进一步改进，步骤3中，横梁与床身之间采用螺栓固定，添加粘结关系。

作为本发明的进一步改进，步骤4中，固定床身有八个支撑点，床身与支撑点之间添加接触关系，对整个机架施加重力载荷。

作为本发明的进一步改进，步骤5中，采用六面体网格划分。

作为本发明的进一步改进，步骤7中，将横梁与床身设计成空心结构，空心结构的最小壁厚为60~100mm。

作为本发明的进一步改进，最小壁厚为70~90mm。

作为本发明的进一步改进，最小壁厚为75~85mm。

本发明针对人造石材料的机架设计方法，利用人造石材料的属性及制作工艺特点，使所设计的机架能降低成本并满足设计要求。 

附图说明

图1是本发明设计流程图；

图2是本发明床身支撑方式；

图3是本发明机架三维结构图；

图4是本发明机架内部结构图（总重量为5.70T）；