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    基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法技術

    技術編號:8563115 閱讀:258 留言:0更新日期:2013-04-11 04:50
    本發明專利技術涉及一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,該方法包括以下步驟:步驟一,基于參數化設計原理對加工中心進行模塊劃分,組成模塊庫;步驟二,根據加工工藝從模塊庫中選擇滿足要求的模塊;步驟三,將所選的模塊組合成機床整體,存入配置方案庫;步驟四,計算配置方案庫中每個配置方案所對應的機床整體的動靜剛度;步驟五,根據步驟四的計算結果,判斷每個配置方案是否滿足加工精度和穩定性要求,若是,則輸出滿足要求的配置方案,若否,則返回步驟二。與現有技術相比,本發明專利技術在保證剛度分析精度前提下,具有較高的分析效率,且使得整個機床的生產設計網絡不受實驗和分析者經驗缺乏等限制,具有簡單快捷等優點。

    【技術實現步驟摘要】

    本專利技術涉及一種動靜剛度分析計算領域的方法,尤其是涉及一種。
    技術介紹
    可重構制造系統是一種具有主動適應外界環境變化和被動響應系統內部擾動兩大功能的制造系統,它能夠在現有系統的基礎上通過系統構件的重構,改變系統的結構,從而調整系統的功能和生產能力以適應產品品種的變化或市場需求量的變化??芍貥嬛圃煜到y,其具有模塊化、開放性、可擴展性、可集成性、可轉變性、客戶定制和可診斷性等特征。其中模塊化是可重構制造系統的最核心特征??芍貥嬛圃煜到y由上層的規劃調度控制器和底層的加工中心組成。加工中心是實現可重構制造系統的關鍵技術裝備,與普通機床的區別在于其具有模塊化結構和重構能力。所謂模塊化設計分析方法,就是將產品的某些要素組合在一起,構成一個具有特定功能的子系統,將這個子系統作為通用性的模塊與其他要素進行多種組合,構成新的功能相同但性能不同的系列化產品。由于模塊的不斷細分,模塊化的設計方法產生眾多的配置方案,因此對加工中心的動靜剛度的分析是機床設計中的重要內容。加工中心的物理結構和功能結構是模塊化的,因此,在對機床整體剛度進行分析時加工中心具有應用模塊化的動靜剛度計算法的結構優勢。經對現有技術的文獻檢索發現,現存對數控機床整體的動靜剛度分析方法在效率和精度等方面存在一定的缺陷。傳統對機床動靜剛度的分析方法為實驗法或有限元分析法。實驗法由反復物理實驗獲得結果,這種方法昂貴且效率較低。有限元分析法是借助計算機輔助析軟件進行計算,這種方法在構建分析簡化模型時比較依賴分析者的建模經驗,因此在分析精度方面缺乏穩定性。為解決以上問題,Huang-T教授2001年在SCI雜志《Robotic and Automation》(機器人科學)發表 了 “Stiffness estimation of a tripod-based parallelkinematicmachine”,該文利用虛功原理將并聯機床分解為傳動系統和機架子系統,分別求子系統的剛度,再利用線性疊加求取整機動靜剛度。盡管這些研究將機床劃分成了兩個模塊,在一定程度上簡化了剛度分析過程,但是對于機床模塊劃分并沒有進一步研究,因此對分析效率的提高也是有限的。
    技術實現思路
    本專利技術的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種簡單快捷的,該方法在保證剛度分析精度前提下,具有較高的分析效率,且使得整個機床的生產設計網絡不受實驗和分析者經驗缺乏等限制。本專利技術的目的可以通過以下技術方案來實現一種,該方法包括以下步驟步驟一,基于參數化設計原理對加工中心進行模塊劃分,組成模塊庫;步驟二,根據加工工藝從模塊庫中選擇滿足要求的模塊;步驟三,將所選的模塊組合成機床整體,存入配置方案庫;步驟四,計算配置方案庫中每個配置方案所對應的機床整體的動靜剛度;步驟五,根據步驟四的計算結果,判斷每個配置方案是否滿足加工精度和穩定性要求,若是,則輸出滿足要求的配置方案,若否,則返回步驟二,重新選擇模塊。所述的加工中心包括立式加工中心、臥式加工中心和龍門式加工中心。對加工中心進行模塊劃分后,加工中心包括床身模塊、立柱模塊、工作臺模塊、主軸模塊、刀庫模塊、轉臺模塊和滑臺模塊。所述的步驟四具體為41)對配置方案中的每個模塊進行分析,判斷模塊剛度數據庫中是否存儲有各模塊的剛度數據,若是,則執行步驟42),若否,則計算各模塊的剛度,并將剛度數據存入模塊剛度數據庫中;42)建立各模塊的簡化模型;43)假設各模塊間的連接為剛性連接,建立雙模塊系統的撓曲數學模型計算雙模塊系統的靜剛度,同時建立雙模塊系統的振動數學模型計算雙模塊系統的動剛度;44)將各模塊剛度及幾何參數依次代入步驟43)中的數學模型,經迭代獲得機床整體的動剛度和靜剛度。所述的模塊的簡化模型具體為計算靜剛度時,模塊的簡化模型為無質量彈簧,空間狀態下簡化為無質量橫梁模型;計算動剛度時,模塊的簡化模型為內部彈簧決定固有頻率的質量體。所述的各模塊剛度K的計算公式為K = E · A/LE為模塊的彈性模量,A為模塊的橫截面積,L為模塊長度。所述的建立雙模塊系統的撓曲數學模型計算雙模塊系統的靜剛度具體為I)將雙模塊系統簡化為剛性連接的無質量橫梁模型;2)利用旋量理論計算無質量橫梁模型的撓曲本文檔來自技高網
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    【技術保護點】
    一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,其特征在于,該方法包括以下步驟:步驟一,基于參數化設計原理對加工中心進行模塊劃分,組成模塊庫;步驟二,根據加工工藝從模塊庫中選擇滿足要求的模塊;步驟三,將所選的模塊組合成機床整體,存入配置方案庫;步驟四,計算配置方案庫中每個配置方案所對應的機床整體的動靜剛度;步驟五,根據步驟四的計算結果,判斷每個配置方案是否滿足加工精度和穩定性要求,若是,則輸出滿足要求的配置方案,若否,則返回步驟二,重新選擇模塊。

    【技術特征摘要】
    1.一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,其特征在于,該方法包括以下步驟 步驟一,基于參數化設計原理對加工中心進行模塊劃分,組成模塊庫; 步驟二,根據加工工藝從模塊庫中選擇滿足要求的模塊; 步驟三,將所選的模塊組合成機床整體,存入配置方案庫; 步驟四,計算配置方案庫中每個配置方案所對應的機床整體的動靜剛度; 步驟五,根據步驟四的計算結果,判斷每個配置方案是否滿足加工精度和穩定性要求,若是,則輸出滿足要求的配置方案,若否,則返回步驟二,重新選擇模塊。2.根據權利要求1所述的一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,其特征在于,所述的加工中心包括立式加工中心、臥式加工中心和龍門式加工中心。3.根據權利要求1所述的一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,其特征在于,對加工中心進行模塊劃分后,加工中心包括床身模塊、立柱模塊、工作臺模塊、主軸模塊、刀庫模塊、轉臺模塊和滑臺模塊。4.根據權利要求1所述的一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,其特征在于,所述的步驟四具體為 41)對配置方案中的每個模塊進行分析,判斷模塊剛度數據庫中是否存儲有各模塊的剛度數據,若是,則執行步驟42),若否,則計算各模塊的剛度,并將剛度數據存入模塊剛度數據庫中; 42)建立各模塊的簡化模型; 43)假設各模塊間的連接為剛性連接,建立雙模塊系統的撓曲數學模型計算雙模塊系統的靜剛度,同時建立雙模塊系統的振動數學模型計算雙模塊系統的動剛度; 44)將各模塊剛度及幾何參數依次代入步驟43)中的數學模型,經迭代獲得機床整體的動剛度和靜剛度。5.根據權利要求4所述的一種基于參數模塊化加工中心剛度計算的機床配置方法,其特征在于,所述的模塊的...

    【專利技術屬性】
    技術研發人員:徐立云,李愛平,孫健劉雪梅,謝楠,馬淑梅
    申請(專利權)人:同濟大學,
    類型:發明
    國別省市:

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