[发明专利]精密机床的质量匹配设计方法

权利要求书

1.一种精密机床的质量匹配设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、确定待分析精密机床设计参数，包括支撑大件各外形尺寸、机床加工空间、机床X、Y、Z三向行程及结合面参数；

步骤二、根据待分析精密机床仿真激振实验所获得的各支撑大件振动位移特点，确定待分析精密机床全部21个自由度；

步骤三、利用集中参数法，将支撑大件的结构质量分散在有限个适当点上的集中质量来置换，结构的弹性用没有质量的当量弹性梁来置换，结构的阻尼假设为迟滞性的结构阻尼，结合部简化为集中的等效弹性元件和阻尼元件，从而建立所述机床动力学模型；

步骤四、利用多自由度系统无阻尼自由振动运动方程，确定所述机床首阶固有频率与各支撑大件质量函数关系；

M{q··}+K{q}=0]]>

式中：M为机床系统的质量矩阵；K为机床系统的刚度矩阵；q、分别为机床的位移和加速度；

步骤五、建立机床方案设计模型并进行有限元分析，验证所述机床动力学模型的可靠性；以及

步骤六、运用循环迭代算法提取对所述待分析精密机床首阶固有频率最优的各支撑大件质量最优匹配关系。

2.根据权利要求1所述的精密机床的质量匹配设计方法，其特征在于，该方法还包括以下步骤：

依据所述大件最优质量匹配关系建立机床方案设计模型并对其进行有限元分析，验证所述质量匹配设计方法的可靠性。

3.根据权利要求1所述的精密机床的质量匹配设计方法，其特征在于，所述步骤五的建立机床方案设计模型并进行有限元分析，验证所述机床动力学模型的可靠性，还包括以下处理：

利用三维建模软件Pro/E，依据机床各大件外形尺寸建立内部筋板均匀布置，忽略窗孔等复杂内部信息的机床方案设计模型。利用有限元分析软件SAMCEF对所述机床方案设计模型进行模态分析，并调整支撑大件质量观察机床首阶固有频率变化规律。将所述机床首阶固有频率与大件质量的函数关系与机床方案设计模型调整大件质量机床首阶固有频率变化规律进行对比，若两者结果相符，则输出结果进行质量匹配设计。否则，重新进行机床动力学建模及提取机床首阶固有频率与大件质量的函数关系，直到满足要求为止。

4.根据权利要求1所述的精密机床的质量匹配设计方法，其特征在于，所述匹配设计采用循环迭代算法寻优。根据实际需求设定机床支撑大件质量极限范围，再应用循环迭代算法以机床首阶固有频率为目标对所述支撑大件质量关系进行匹配寻优。