[发明专利]基于ANSYS软件对气浮导轨溜板的螺栓预紧力进行优化的方法

说明书

本发明提供一种基于ANSYS软件对气浮导轨溜板的螺栓预紧力进行优化的方法，涉及优化调整超精密数控机床气浮导轨溜板上使用的螺栓预紧力。气浮导轨由导轨本体和溜板等部分组成，其中气浮导轨溜板由上溜板、侧溜板和下溜板三部分组成，三者通过螺栓进行连结，螺栓预紧力的大小对气浮导轨的刚度和承载力有一定影响，因此可以通过仿真分析对螺栓预紧力大小进行优化，以获得最佳螺栓预紧力。本发明提供的方法为进一步提高气浮导轨的刚度和承载力，改善导轨运动性能以及设计更加合理的导轨模型提供合理依据。

技术领域：

本发明涉及超精密加工技术领域中数控机床使用的气浮导轨，具体是一种基于ANSYS 软件对气浮导轨溜板的螺栓预紧力进行优化的方法。

背景技术：

随着工业技术的发展，对产品质量的要求越来越高，超精密加工技术是现代制造技术的发展方向，超精密加工机床是重要的加工设备，其大部分采用气浮导轨。气浮导轨的结构简单，运动精度高，操作环境洁净，具有较大的承载能力和刚度、工作平稳、振动小，并具有无摩擦及无磨损的特性，维护容易，使用寿命较长，因而广泛应用于国防科技、航空航天、机器制造等领域，是超精密加工机床中的关键部件。气浮导轨由导轨本体和溜板等部分构成,其工作原理是将高压气体从外部气源设备经过节流孔引入润滑间隙，在导轨本体和溜板间形成具有一定承载能力和刚性的薄膜，从而将溜板浮起，实现导轨与溜板的无接触相对运动。

气浮导轨目前要解决的关键问题有承载能力较低、加工精度要求高、刚度较小等。本发明针对的气浮导轨溜板由上溜板、侧溜板和下溜板三部分组成，三者通过螺栓连结，因此溜板的螺栓预紧力大小对气浮导轨的性能有重要影响，合适的螺栓预紧力会提高气浮导轨的刚度和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于ANSYS软件对气浮导轨溜板的螺栓预紧力进行优化的方法。该技术能够有效地研究螺栓预紧力大小对气浮导轨刚度和承载力的影响，为进一步提高气浮导轨的性能，从而提高机床加工能力提供理论依据。

本发明为解决问题采用的技术方案是：

一种基于ANSYS软件对气浮导轨溜板的螺栓预紧力进行优化的方法，包括如下步骤：

步骤(1)、计算模型的建立：使用三维绘图软件Solid Works建立气浮导轨溜板模型，建立溜板内侧气体通过节流孔进入溜板后在溜板与导轨的间隙形成的气膜模型，并输出 *.x_t格式的文件；

步骤(2)、建立ANSYS软件Workbench流固耦合分析流程并将所述步骤(1)输出的*.x_t格式的文件导入；

步骤(3)、对气膜进行网格划分并进行边界面命名，其中气膜部分的入口条件设置为入口压力，出口条件设置为出口压力，气膜与溜板的接触面设置为流固耦合面，其他面为壁面；

步骤(4)、在Fluent软件中设置能量模型和湍流模型，设置数值模拟计算的初始化条件，并开始数值模拟计算；

步骤(5)、对溜板部分进行网格划分，设置固定约束，设置溜板和螺栓的材料属性，给螺栓设置螺栓预紧力，设置溜板与气膜接触的部分为流固耦合面，将Fluent软件的计算结果导入溜板的流固耦合面，对溜板的变形量进行计算；

步骤(6)、改变螺栓预紧力的大小，重复步骤(5)，得到溜板在不同螺栓预紧力下的变形情况；

步骤(7)、依据溜板的变形最小为目标，得到螺栓预紧力的最佳大小。

所述步骤(5)中流固耦合过程中，溜板边缘倒角及其他螺栓孔的体积远小于溜板体积，对流固耦合的干扰作用很小，因此耦合过程中忽略了倒角及其他螺栓孔的影响，简化了溜板结构。

所述步骤(3)和所述步骤(5)中，对模型进行网格划分时，采用非结构化网格。

所述步骤(3)中，气膜模型经过网格划分，网格数目为100万-110万。