一种机床床身与地脚的协同优化设计方法及相关产品技术

本申请公开了一种机床床身与地脚的协同优化设计方法及相关产品，可应用于机床结构优化设计技术领域。该方法包括：得到机床的简化几何建模模型；获取机床的第一有限元模型；对机床进行多工况动静力学分析，得到机床的第一关键参数组；确定机床的床身和地脚的优化结构设计域；利用协同拓扑优化数学模型对简化几何建模模型进行优化，得到优化几何建模模型；根据优化几何建模模型获取机床的第二有限元模型；根据第二有限元模型对机床进行多工况动静力学分析，得到机床的第二关键参数组；当第二关键参数组优于第一关键参数组时，输出第二有限元模型，实现协同优化。如此，通过对机床床身和地脚进行协同优化，提高了机床的加工效率和加工效果。加工效果。加工效果。

【技术实现步骤摘要】
一种机床床身与地脚的协同优化设计方法及相关产品


[0001]本申请涉及机床结构优化设计
，尤其涉及一种机床床身与地脚的协同优化设计方法及相关产品。

技术介绍

[0002]近年来，随着计算机辅助设计技术的发展，有限元、拓扑优化等现代设计方法已经开始应用于机床的结构设计与优化中。而对于人们来说，如何利用现代设计方法对机床结构进行更好的设计与优化成为了关键。
[0003]为了满足机床高精度的加工要求，需要最大限度地提高床身结构的静动态特性，使其具有高刚度以及更好的抗振特性。同时地脚作为支撑机床的重要部件，其布局对于保持机床的稳定性和提高机床的加工效果具有重要意义。而传统的床身设计和地脚布局设计大多依据经验，通常是根据确定的地脚位置进行优化，但当前的地脚位置和数量并不一定是最合适的，不同的地脚选择优化出的结构必定是不同的。因此这种设计方法不但设计效率较低，而且已经不符合机床日益提高的设计要求。
[0004]因此，如何在提高机床加工效率的同时提高其加工效果，是本领域技术人员急需解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供了一种机床床身与地脚的协同优化设计方法及相关产品，通过对机床床身和地脚进行协同优化，从而解决了现有机床加工效率低且加工效果差的问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种机床床身与地脚的协同优化设计方法，包括：对机床的各个结构部件进行简化处理，得到所述机床的简化几何建模模型；根据所述简化几何建模模型获取所述机床的第一有限元模型；根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第一关键参数组；确定所述机床的床身和地脚的优化结构设计域；结合所述优化结构设计域，利用协同拓扑优化数学模型对所述机床的所述简化几何建模模型进行优化，得到优化几何建模模型；根据所述优化几何建模模型获取所述机床的第二有限元模型；根据所述第二有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第二关键参数组；当所述第二关键参数组优于所述第一关键参数组时，输出所述第二有限元模型，实现所述机床的所述床身和所述地脚的协同优化。
[0007]可选的，所述对机床的各个结构部件进行简化处理，得到所述机床的简化几何建模模型，包括：获取机床的三维结构模型；
对所述三维结构模型进行拆分，保留关键结构单元，得到所述机床的简化几何建模模型；所述关键结构单元包括：去除目标特征的床身、地脚、立柱、横梁、导轨滑块以及运动部件；所述目标特征包括：螺栓孔、倒角、圆角以及凸台。
[0008]可选的，所述根据所述简化几何建模模型获取所述机床的第一有限元模型，包括：将所述简化几何建模模型导入有限元软件；将所述简化几何建模模型中的所述关键结构单元的材料参数输入有限元软件，得到所述机床的第一有限元模型；所述材料参数包括：密度、弹性模量以及泊松比。
[0009]可选的，所述根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第一关键参数组，包括：根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动力学分析，得到所述机床的第一动力学关键参数；所述多工况动力学分析包括：整机结构模态分析以及用于模拟所述机床动态切削过程的谐响应分析或频响分析中的一项或多项；所述第一动力学关键参数包括：固有频率、振型以及关键位移幅值中的一项或多项；根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况静力学分析，得到所述机床的第一静力学关键参数；所述多工况静力学分析包括：所述机床的所述各个结构部件处于不同位置和姿态时所述机床的形变分析、所述机床的所述各个结构部件处于加减速状态下所述机床的形变分析以及所述机床受到不同方向的切削力时所述机床的形变分析中的一项或多项；所述第一静力学关键参数包括：变形量、重心位移量、主轴端面的位移量、质量以及体积中的一项或多项。
[0010]可选的，所述确定所述机床的床身和地脚的优化结构设计域，包括：处理所述简化几何建模模型，将所述简化几何建模模型中的床身填充为实体结构，保留所述床身的实际外形尺寸；根据所述床身的所述实际外形尺寸，为所述床身的底部拓展一圈凸台；将所述床身定义为第一优化结构设计域；将所述凸台定义为第二优化结构设计域。
[0011]可选的，所述结合所述优化结构设计域，利用协同拓扑优化数学模型对所述机床的所述简化几何建模模型进行优化，得到优化几何建模模型，包括：确定优化目标；根据所述优化目标建立对应的协同拓扑优化数学模型；利用所述协同拓扑优化数学模型对所述简化几何建模模型中的所述第一优化结构设计域和所述第二优化结构设计域进行优化设计，得到优化几何建模模型。
[0012]可选的，所述方法还包括：当所述第一关键参数组优于所述第二关键参数组时，调整所述协同拓扑优化数学
模型重新对所述简化几何建模模型进行优化，得到二次优化几何建模模型；根据所述二次优化几何建模模型获取所述机床的第三有限元模型；根据所述第三有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第三关键参数组；当所述第三关键参数组优于所述第一关键参数组时，输出所述第三有限元模型，实现所述机床的所述床身和所述地脚的协同优化。
[0013]第二方面，本申请实施例提供了一种机床床身与地脚的协同优化设计装置，包括：简化处理模块，用于对机床的各个结构部件进行简化处理，得到所述机床的简化几何建模模型；第一获取模块，用于根据所述简化几何建模模型获取所述机床的第一有限元模型；第一力学分析模块，用于根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第一关键参数组；确定模块，用于确定所述机床的床身和地脚的优化结构设计域；优化模块，用于结合所述优化结构设计域，利用协同拓扑优化数学模型对所述机床的所述简化几何建模模型进行优化，得到优化几何建模模型；第二获取模块，用于根据所述优化几何建模模型获取所述机床的第二有限元模型；第二力学分析模块，用于根据所述第二有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第二关键参数组；输出模块，用于当所述第二关键参数组优于所述第一关键参数组时，输出所述第二有限元模型，实现所述机床的所述床身和所述地脚的协同优化。
[0014]第三方面，本申请提供了一种机床床身与地脚的协同优化设计设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述机床床身与地脚的协同优化设计方法的步骤。
[0015]第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述机床床身与地脚的协同优化设计方法的步骤。
[0016]从以上技术方案可以看出，相较于现有技术，本申请具有以下优点：本申请首先对机床的各个结构部件进行简化处理，得到机床的简化几何建模模型，并根据简化几何建模模型获取机床的第一有限元模型。然后根据第一有限元模型对机床进行多工况动静力学分析，得到机床的第一关键参数组。然后确定机床的床身和地脚的优化结构设计域，并利用协同拓扑优化数学模型对机床的简化几何建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机床床身与地脚的协同优化设计方法，其特征在于，所述方法包括：对机床的各个结构部件进行简化处理，得到所述机床的简化几何建模模型；根据所述简化几何建模模型获取所述机床的第一有限元模型；根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第一关键参数组；确定所述机床的床身和地脚的优化结构设计域；结合所述优化结构设计域，利用协同拓扑优化数学模型对所述机床的所述简化几何建模模型进行优化，得到优化几何建模模型；根据所述优化几何建模模型获取所述机床的第二有限元模型；根据所述第二有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第二关键参数组；当所述第二关键参数组优于所述第一关键参数组时，输出所述第二有限元模型，实现所述机床的所述床身和所述地脚的协同优化。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对机床的各个结构部件进行简化处理，得到所述机床的简化几何建模模型，包括：获取机床的三维结构模型；对所述三维结构模型进行拆分，保留关键结构单元，得到所述机床的简化几何建模模型；所述关键结构单元包括：去除目标特征的床身、地脚、立柱、横梁、导轨滑块以及运动部件；所述目标特征包括：螺栓孔、倒角、圆角以及凸台。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述简化几何建模模型获取所述机床的第一有限元模型，包括：将所述简化几何建模模型导入有限元软件；将所述简化几何建模模型中的所述关键结构单元的材料参数输入有限元软件，得到所述机床的第一有限元模型；所述材料参数包括：密度、弹性模量以及泊松比。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动静力学分析，得到所述机床的第一关键参数组，包括：根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况动力学分析，得到所述机床的第一动力学关键参数；所述多工况动力学分析包括：整机结构模态分析以及用于模拟所述机床动态切削过程的谐响应分析或频响分析中的一项或多项；所述第一动力学关键参数包括：固有频率、振型以及关键位移幅值中的一项或多项；根据所述第一有限元模型对所述机床进行多工况静力学分析，得到所述机床的第一静力学关键参数；所述多工况静力学分析包括：所述机床的所述各个结构部件处于不同位置和姿态时所述机床的形变分析、所述机床的所述各个结构部件处于加减速状态下所述机床的形变分析以及所述机床受到不同方向的切削力时所述机床的形变分析中的一项或多项；
所述第一静力学关键参数包括：变形量、重心位移量、主轴端面的位移量、质量以及体积中的一项或多项。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述机床的床身和地脚的优化结构设计域，包括：处理所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冰旭，高彤，张卫红，蔚飞，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：