[发明专利]一种基于细分构型的机床龙门结构刚度的优化设计方法

摘要

本发明公开了一种基于细分构型的机床龙门结构刚度的优化设计方法。建立基础龙门结构三维模型，通过细分构型的参数驱动修改调整三维模型参数获得一系列的三维模型作为结构模板，并通过有限元分析得到结构性能数据，形成机床龙门结构件样本库；根据机床加工工况的刚度要求，将设计人员输入的机床龙门结构的初始方案结构依据基础构型和细分构型进行优化处理。本发明在机床设计初期预测龙门结构件刚度，为设计高刚度龙门结构提供参考，减少机床龙门结构设计过程中的设计修改及试制实验成本。

主权项

1.一种基于细分构型的机床龙门结构刚度的优化设计方法，包括以下步骤：/n(1)建立带有结构性能数据及可调参数的机床龙门结构件样本库：建立基础龙门结构三维模型，通过细分构型的参数驱动修改调整三维模型参数获得一系列的三维模型作为结构模板，并通过有限元分析得到结构性能数据，形成机床龙门结构件样本库；/n所述步骤(1)中具体包括以下步骤：/n(1.1)建立定梁动柱、定梁定柱、动梁动柱和动梁定柱四种基础构型的四种基础龙门结构三维模型，通过对基础龙门结构三维模型中的上圆角、下圆角、侧面肋板、顶部肋板和底部肋板的五种参数调整初步采样来获得不同参数组合下的不同三维模型，然后针对每个三维模型通过空载下的静力分析、加载下的静力分析和空载下的模态分析获得每个三维模型对应的结构性能数据，由此获得初步三维模型及其结构性能数据；/n(1.2)在可调参数相近的两个初步三维模型之间构建插入新模型，采用以下公式计算新模型的结构性能数据L(x)：/n /n式中，(u₀,v₀)与(u₁,v₁)为可调参数相近的两个初步三维模型，其中u表示初步三维模型的参数，v表示初步三维模型的结构性能数据；/n然后将新模型和初步三维模型及其各自的结构性能数据组成机床龙门结构样本库；/n具体实施中初步三维模型的参数u即是以机床龙门结构作为粒子，以机床龙门结构中细分构型的可调参数作为粒子的编码，可调参数的种类和粒子编码的维数相同均为N，粒子编码的维数包括针对肋板编码的肋板类型、肋板的长宽高和肋板间距的五维以及针对圆角编码的圆角位置和弧度的两维；/n(2)根据机床龙门结构件样本库通过细分构型对机床龙门结构刚度进行优化：根据机床加工工况的刚度要求，将设计人员输入的机床龙门结构的初始方案结构依据基础构型和细分构型进行优化处理；/n所述步骤(2)具体是：判断需刚度优化的龙门结构归属的基础构型，依据基础构型确定龙门结构可优化的细分构型，利用机床龙门结构件样本库，调整细分构型的可调参数对机床龙门结构的刚度进行优化，包括重心位置的优化以及上下圆角、顶部肋板、侧面肋板和底部肋板的优化；/n典型的所述的机床龙门结构形式包括定梁动柱、定梁定柱、动梁动柱和动梁定柱的四种基础构型；/n所述的细分构型包括龙门结构的重心位置、上下圆角、顶部肋板、侧面肋板和底部肋板这五个方面，所述的参数驱动修改是指针对机床龙门结构中上圆角、下圆角、侧面肋板、顶部肋板和底部肋板的五种细分构型的参数修改。/n