[发明专利]一种面向机床有限元分析的导轨滑块数据库建立方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机床导轨滑块数据库建立方法。特别是涉及一种面向机床有限元分析的导轨滑块数据库建立方法。

背景技术

目前的机床导轨滑块模型只有单纯的几何信息，仅应用于机床设计阶段;而进行机床有限元仿真分析时，需要在有限元软件内手动设置材料属性、结合面参数等分析参数，操作繁琐且容易出错。机床设计人员要花费大量的时间在重复性工作上，造成设计资源的浪费，且对机床有限元分析的效率和稳定性影响很大。因此，建立一种面向机床有限元分析的导轨滑块数据库，为实现机床设计与仿真分析的集成提供支撑，尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现机床设计过程中导轨滑块组件CAD与CAE模型、仿真分析知识集成，分析模型自动化建立的面向机床有限元分析的丝杠螺母数据库建立方法。

本发明所采用的技术方案是:一种面向机床有限元分析的导轨滑块数据库建立方法，包括如下步骤:

(1)依据供应商手册，提取CAD模型驱动参数及动力学分析参数，并建立数据库;

所述的CAD模型驱动参数包括:零件建模主驱动参数，用于驱动零件的建模;零件建模顺序驱动参数，用于确定零件的建模顺序及零件间的主驱动参数关系;

所述的动力学分析参数包括材料属性和结合面参数，用于有限元分析，其中，材料属性主要包括密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数和热传导率;结合面参数主要为滑块副刚度;

(2)依据数据库驱动参数，建立相应导轨滑块组件的CAD参数化几何模型;

(3)从数据库中提取驱动参数，利用有限元分析软件的命令流语言的点、线、面命令，建立简化的等效模型，用于有限元分析;

(4)通过CAD及CAE软件二次开发，从数据库中提取导轨滑块组件有限元分析参数，利用限元分析软件的命令流语言，加载至导轨滑块副动力学模型。

步骤(1)所述的零件建模主驱动参数包括:导轨驱动参数为导轨长度和导轨宽度;滑块驱动参数为滑块宽度。

步骤(1)所述的零件建模顺序驱动参数是:导轨建模驱动滑块建模，根据装配关系，后建模的零件的主驱动参数依据先建模的零件的对应参数确定。

步骤(2)所述的建立相应导轨滑块组件的CAD参数化几何模型是:百先，依据零件驱动参数数据库，确定零件建模顺序:导轨→滑块，先建模的零件驱动后建模的零件;然后依据零件模型尺寸参数数据库，建立导轨、滑块CAD模型;最后，根据导轨滑块组件装配关系，生成导轨滑块组件装配模型。

步骤(2)所述的建立相应导轨滑块组件的CAD参数化几何模型的过程如下:

1)依据零件驱动参数数据库，首先使用导轨长度和宽度驱动数据库中导轨的其他尺寸参数建立导轨CAD参数化模型;

2)根据导轨宽度，确定与该导轨对应的滑块宽度值，再使用滑块宽度驱动数据库中滑块的其他尺寸参数建立滑块CAD参数化模型;

3)根据导轨与滑块间预设的装配关系，建立导轨滑块组件的自动化装配模型。

步骤(3)所述的CAD模型的驱动参数包括:导轨长度、宽度和高度，滑块长度、宽度和高度。

步骤(3)所述的建立简化的导轨滑块副动力学模型如下:

(1)将导轨简化为一根梁单元，其宽度和高度与导轨CAD模型的宽度和高度相同，长度与导轨CAD模型的长度相同;

(2)滑块部分由滚动体和滑块安装面表示;滚动体由一个节点代表，与导轨上对应位置的节点重合，用轴承刚度单元连接，能够添加X、Y、Z三个轴向刚度和阻尼值;滑块安装面简化为壳单元，与滚动体应用Mean单元连接，Mean单元表示滚动体（Node)的位移取滑块安装面上节点位移的平均值。

步骤(4)是从数据库中提取有限元分析参数，通过限元分析软件二次开发程序，应用限元分析软件的命令流语言将导轨滑块有限元分析参数自动加载至等效CAE模型中。

分析参数包括:1)各零件材料属性:密度、弹性模量、泊松比、热膨胀系数和热传导率，添加至各零件模型上;2)动力学参数:轴承副的刚度和阻尼值、螺母副的刚度和阻尼值，添加至等效模型的Bearing刚度连接单元上。

通过限元分析软件二次开发程序，从数据库中提取分析参数后，利用限元分析软件的命令流语言，将分析参数加载至导轨滑块有限元分析模型，为机床的设计与仿真分析的提供支撑。