專利名稱：Pcb加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，特別是涉及一種PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。
背景技術(shù)：
PCB加工機(jī)床包括平臺(tái)，在平臺(tái)上架設(shè)橫梁與工作臺(tái)，橫梁上設(shè)有上下兩條導(dǎo)軌，負(fù)載設(shè)置于導(dǎo)軌上，負(fù)載用于在工作臺(tái)上加工PCB板。橫梁常使用花崗石和鑄鐵材料來(lái)制造?；◢徥牧暇哂袩崦浝淇s小、抗震性好、吸振性好等優(yōu)點(diǎn)，但是由于資源的有限性，大量的使用使得大體積花崗石資源出現(xiàn)緊缺現(xiàn)象。因此鑄鐵機(jī)架將在PCB加工機(jī)床行業(yè)占據(jù)更大的百分比。 對(duì)于PCB加工機(jī)床，機(jī)械結(jié)構(gòu)是決定機(jī)床性能的關(guān)鍵性因素。而機(jī)械結(jié)構(gòu)均以機(jī)架為基礎(chǔ)，機(jī)架主要由橫梁和床身兩部分組成。大跨距的橫梁搭載著左右高速運(yùn)動(dòng)的部件和高速主軸等，這些部件都對(duì)機(jī)床精度產(chǎn)生重要影響。因此，橫梁的結(jié)構(gòu)性能對(duì)機(jī)床的性能起著至關(guān)重要的作用。對(duì)于大跨距鑄鐵橫梁結(jié)構(gòu)，其剛度與質(zhì)量比值較低、容易變形，橫梁設(shè)計(jì)的難度較高。傳統(tǒng)評(píng)價(jià)橫梁的指標(biāo)主要有三點(diǎn)，分別是變形、剛度和質(zhì)量。為了設(shè)計(jì)出性能較優(yōu)的橫梁結(jié)構(gòu)，目前常用的設(shè)計(jì)方法是根據(jù)載荷和激勵(lì)情況，憑借經(jīng)驗(yàn)先設(shè)計(jì)出一些結(jié)構(gòu)，力口工出實(shí)物，后裝配到機(jī)器上，整體測(cè)試，綜合各種測(cè)試結(jié)果判斷結(jié)構(gòu)性能優(yōu)越性，確定修改方案，修改后加工出實(shí)物再次進(jìn)行測(cè)試，如此循環(huán)往復(fù)。若初始設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)較好，則可能需要修改的次數(shù)和工作量就少一些；若結(jié)構(gòu)性能較差，則可能需要多次的修改加工，如此多次的嘗試改進(jìn)需要很長(zhǎng)的周期和大量的人力、物力、財(cái)力，導(dǎo)致設(shè)計(jì)的成本較高。
發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種設(shè)計(jì)成本低的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。一種PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟步驟a，根據(jù)長(zhǎng)度、寬度、高度的預(yù)設(shè)值，建立橫梁模型；步驟b，僅改變模型的寬度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值的變化關(guān)系橫梁變寬時(shí)，橫梁前后方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，綜合變形減小，橫梁質(zhì)量增大，當(dāng)模態(tài)頻率提高到最大值且綜合變形減小到最小值時(shí)，隨著橫梁質(zhì)量增大，模態(tài)頻率降低,橫梁上下方向變形增大；步驟C，僅改變模型的高度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與高度值的變化關(guān)系橫梁變高時(shí)，上下方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，綜合變形減小，但橫梁質(zhì)量增大，當(dāng)模態(tài)頻率提高到最大值且綜合變形減小到最小值時(shí)，隨著橫梁質(zhì)量增大，橫梁上下及前后方向變形增大；步驟d，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值、高度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)寬度值及最優(yōu)高度值。
在其中一個(gè)實(shí)施例中，在步驟d之后，還包括以下步驟步驟e，將所述橫梁模型分割為上板、下板、前板、背板、墩子及內(nèi)部六塊區(qū)域；步驟f，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及上板、下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，在橫梁模型內(nèi)部設(shè)定不同的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，經(jīng)有限元仿真，得到不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能；步驟g，根據(jù)不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能，確定最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在步驟g之后，還包括以下步驟步驟h，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型中上板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系上板厚度值增加時(shí)，橫梁的抗扭能力增強(qiáng)，橫梁上導(dǎo)軌的iu后變形變??；·步驟i，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)上板
厚度值。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在步驟i之后，還包括以下步驟步驟j，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板厚度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及前板、背板、墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型下板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與下板厚度值的變化關(guān)系下板厚度值增加時(shí)，橫梁的抗扭能力增強(qiáng)，橫梁下導(dǎo)軌的前后變形變??；步驟k，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與下板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)下板
厚度值。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在步驟k之后，還包括以下步驟步驟1，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板、下板厚度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及背板、墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型前板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與前板厚度值的變化關(guān)系前板厚度增加時(shí)，橫梁的變形減小，抗扭能力增強(qiáng)；步驟m，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與前板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)前板
厚度值。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在步驟m之后，還包括以下步驟步驟n，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板、下板、前板厚度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型背板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與背板厚度值的變化關(guān)系背板厚度增加時(shí)，橫梁的變形減小，抗扭能力增強(qiáng)；步驟O，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與背板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)背板
厚度值。在其中一個(gè)實(shí)施例中，在步驟O之后，還包括以下步驟步驟P，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板、下板、前板、背板厚度值、長(zhǎng)度值預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變墩子的結(jié)構(gòu)，經(jīng)有限元仿真，得到墩子在不同結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能；步驟q，根據(jù)墩子在不同結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能及制作成本，得確定最優(yōu)墩子結(jié)構(gòu)。在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述有限元仿真的具體步驟為定義模型材質(zhì)；定義邊界條件及模型所需加載的力；將模型劃分為多個(gè)單元網(wǎng)格；對(duì)各個(gè)單元網(wǎng)格建立力學(xué)方程，求解并綜合得到模型的結(jié)構(gòu)性能。上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，將PCB加 工機(jī)床鑄鐵橫梁的寬度、高度等要素進(jìn)行拆分，并分別進(jìn)行仿真分析，確定各要素的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速得到具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)性能的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的目的，無(wú)需加工出實(shí)物，降低了成本。
圖I為一實(shí)施例的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的流程圖；圖2為圖I所示PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法所得的橫梁模型10的結(jié)構(gòu)圖；圖3為圖I所示PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中有限元仿真的具體流程圖；圖4為另一實(shí)施例的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體流程圖；圖5為圖2所示橫梁模型10的后視圖；圖6為圖2所示橫梁模型10的剖面圖；圖7為再一實(shí)施例的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的具體流程圖。
具體實(shí)施例方式為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。需要說(shuō)明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說(shuō)明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說(shuō)明書中所使用的術(shù)語(yǔ)只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語(yǔ)“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)施例的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟步驟a，根據(jù)長(zhǎng)度、寬度、高度的預(yù)設(shè)值，建立橫梁模型。請(qǐng)參閱圖2，建立PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁模型10，包括長(zhǎng)方柱形的主梁體11及兩墩子13。由于PCB加工機(jī)床中，PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁是架設(shè)于PCB加工機(jī)床的平臺(tái)(圖未示)上，并位于工作臺(tái)(圖未示)上方，主梁體11上懸掛用于加工工作臺(tái)上PCB板的負(fù)載。
根據(jù)PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁上懸掛的鉆銑用負(fù)載的軸數(shù)，及每個(gè)軸的加工范圍，得到PCB加工機(jī)床實(shí)際的加工范圍，即可確定PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁中主梁體的長(zhǎng)度，獲取該長(zhǎng)度作為預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，同時(shí)獲取預(yù)設(shè)的寬度及高度值。步驟b，僅改變模型的寬度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值的變化關(guān)系橫梁變寬時(shí)，橫梁前后方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，綜合變形減小，橫梁質(zhì)量增大，當(dāng)模態(tài)頻率提高到最大值且綜合變形減小到最小值時(shí)，隨著橫梁質(zhì)量增大，模態(tài)頻率降低,橫梁上下方向變形增大。在建立模型之后，僅多次改變橫梁模型的寬度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值的變化關(guān)系。當(dāng)橫梁開始變寬時(shí)，橫梁前后方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，變形減小。但是當(dāng)橫梁寬度增大到一定值后，繼續(xù)加寬時(shí)，質(zhì)量增加，剛度與質(zhì)量比值減小，而 上下方向變形增大，前后方向變形減小到一定值后基本維持不變，橫梁的結(jié)構(gòu)性能改善程度減小直至其隨著橫梁的寬度的增加而變差。請(qǐng)參閱圖3，有限元仿真具體包括以下步驟步驟S210，定義模型材質(zhì)。步驟S220，定義邊界條件及模型所需加載的力。步驟S230，將模型劃分為多個(gè)單元網(wǎng)格。步驟S240，對(duì)各個(gè)單元網(wǎng)格建立力學(xué)方程，求解并綜合得到模型的結(jié)構(gòu)性能。具體在本實(shí)施例中，定義模型的材料為鑄鐵材料，所加載的力包括橫梁上的負(fù)載的重量及橫梁自身的重力等。將預(yù)設(shè)了長(zhǎng)、寬、高的橫梁模型劃分為多個(gè)單元網(wǎng)格，對(duì)各個(gè)單元網(wǎng)格建立力學(xué)方程，求解后得到各個(gè)單元網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的解，將各個(gè)單元網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的解綜合得到模型的變形等情況，即得到橫梁模型的結(jié)構(gòu)性能，改變預(yù)設(shè)的寬度值，即可得到對(duì)應(yīng)寬度值下橫梁模型的結(jié)構(gòu)性能。步驟C，僅改變模型的高度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與高度值的變化關(guān)系橫梁變高時(shí)，上下方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，綜合變形減小，但橫梁質(zhì)量增大，當(dāng)模態(tài)頻率提高到最大值且綜合變形減小到最小值時(shí)，隨著橫梁質(zhì)量增大，橫梁上下及前后方向變形增大。同步驟S130的過(guò)程一致，在預(yù)設(shè)的寬度及長(zhǎng)度值不變的條件下，僅多次改變模型的高度值，經(jīng)有限元仿真，得到不同高度值下橫梁的結(jié)構(gòu)性能當(dāng)橫梁開始變高時(shí)，橫梁上下方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，變形減小。但當(dāng)高度值增加到一定程度后，高度值繼續(xù)增加時(shí)，橫梁質(zhì)量增加，剛度與質(zhì)量比值減小，高度和寬度比值加大，上下及前后變形增大。步驟d，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值、高度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)寬度值及最優(yōu)高度值。根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值及高度值的變化關(guān)系，得到寬度值及高度值的改變對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)性能的影響，在確定最優(yōu)寬度值時(shí)，結(jié)合質(zhì)量的增加對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)性能負(fù)面的影響，綜合確定最優(yōu)寬度值。在確定高度值時(shí)，結(jié)合質(zhì)量的增加對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)性能負(fù)面的影響，高度增加帶來(lái)的制作成本，并基于橫梁高度不超過(guò)所掛設(shè)的負(fù)載太多的原則，確定最優(yōu)高度值。確定了最優(yōu)寬度值及最優(yōu)高度值之后，由于長(zhǎng)度隨實(shí)際工況已經(jīng)確定，即得到橫梁外輪廓的尺寸。上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，將PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的寬度、高度等要素進(jìn)行拆分，并分別進(jìn)行仿真分析，確定各要素的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速得到具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)性能的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的目的，無(wú)需加工出實(shí)物，降低了成本。請(qǐng)參閱圖4，為了進(jìn)一步對(duì)PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁進(jìn)行優(yōu)化，上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的步驟d之后還包括以下步驟步驟e，將橫梁模型分割為上板、下板、前板、背板、墩子及內(nèi)部六塊區(qū)域。請(qǐng)一并參閱圖2、圖5及圖6，將PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁模型10分割為上板11a、下板lib、前板11c、背板lid、墩子13及內(nèi)部lie六塊區(qū)域。步驟f，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及上板、下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，在橫梁模型內(nèi)部設(shè)定不同的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，經(jīng)有限元仿真，得到不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能。分別設(shè)定最優(yōu)寬度、最優(yōu)高度為模型寬度及高度，即在橫梁 模型最優(yōu)外輪廓條件下，并獲取模型長(zhǎng)度、上板、下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值，在橫梁內(nèi)部設(shè)定不同的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)選擇機(jī)械領(lǐng)域常用的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，如十字筋、叉筋
坐寸ο步驟g，根據(jù)不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能，確定最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)有限元法仿真分析，得到使PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁10模態(tài)頻率最高的最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，選為最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。在內(nèi)部設(shè)置加強(qiáng)筋，可以減輕橫梁自身的重量，并能提高PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的抗扭曲等結(jié)構(gòu)性能，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的優(yōu)化。請(qǐng)參閱圖7，上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法在步驟g之后還包括以下步驟步驟h，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型中上板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系上板厚度值增加時(shí)，橫梁的抗扭能力增強(qiáng)，橫梁上導(dǎo)軌的前后變形變小。步驟i，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)上板
厚度值。對(duì)于PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁來(lái)說(shuō)，上板IIa的結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)橫梁性能的影響最大，因此上板設(shè)計(jì)為封閉式結(jié)構(gòu)。在確定了橫梁模型10的外輪廓尺寸及內(nèi)部設(shè)置最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)的前提下，在橫梁模型10上設(shè)置不同的上板Ila的厚度，通過(guò)有限元仿真分析，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系上板厚度增加時(shí)，抗扭能力提升最為明顯，橫梁上導(dǎo)軌的前后變形變小，同時(shí)還能將各階的模態(tài)頻率間距拉大。厚度達(dá)到一定程度后，其結(jié)構(gòu)性能變化趨勢(shì)逐漸減小。根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系，綜合上板厚度增厚的成本和結(jié)構(gòu)性能收益，確定上板Ila的最優(yōu)厚度。在本實(shí)施例中，其內(nèi)部并不為實(shí)心結(jié)構(gòu)，在主梁體11所分割成的各區(qū)域中，對(duì)PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁10的結(jié)構(gòu)性能影響按從大到小排列依次為上板11a、下板lib、前板11c、背板lid。因此，在得到上板Ila的最優(yōu)厚度之后，可多次改變下板Ilb的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與下板厚度值的變化關(guān)系下板厚度值增加時(shí)，橫梁的抗扭能力增強(qiáng)，橫梁下導(dǎo)軌的前后變形變小，并最終據(jù)此綜合分析下板增厚所得結(jié)構(gòu)性能收益與厚度變厚所帶來(lái)的制作成本的關(guān)系，確定下板Ilb的最優(yōu)厚度值。依照同樣的方法，在確定了對(duì)橫梁結(jié)構(gòu)性能影響更大的區(qū)域的最優(yōu)厚度的條件下，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與前板及背板的厚度值變化關(guān)系。前板或背板厚度增加時(shí)，橫梁的變形減小，抗扭能力增強(qiáng)。據(jù)此綜合分析厚度增加所帶來(lái)的制作成本及所得結(jié)構(gòu)性能收益的關(guān)系，依次得到前板Ilc及背板Ild的最優(yōu)厚度。在分別得到PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁模型10的最優(yōu)寬度、最優(yōu)寬度、最優(yōu)高度、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)及最優(yōu)上板、下板、前板、背板厚度之后，僅改變墩子13的結(jié)構(gòu)，如實(shí)心墩子、空心墩子等，經(jīng)有限元仿真，得到墩子13在不同結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能。之后根據(jù)墩子13在不同結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能，以及墩子各結(jié)構(gòu)帶來(lái)的制作成本，確定最優(yōu)墩子結(jié)構(gòu)。需要注意的是，由于背板Ild對(duì)橫梁的結(jié)構(gòu)性能影響較小，為了減輕質(zhì)量，請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D5，可對(duì)背板Ild進(jìn)行鏤空，只留下部分框架用于滿足主梁體11內(nèi)部設(shè)置多組加強(qiáng)筋的需求。同時(shí)，前板Ilc可在中部設(shè)置電機(jī)的區(qū)域部分加厚，其它部分減薄，既可以提高整體的性能又可抵抗電機(jī)部分導(dǎo)致橫梁的變形。為了驗(yàn)證上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的實(shí)用性，對(duì)一 PCB加工機(jī)床 鑄鐵橫梁進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在未經(jīng)優(yōu)化的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁中，其質(zhì)量為1900kg，長(zhǎng)度為4m，其負(fù)載為質(zhì)量約300kg的六軸鉆銑裝置。工作時(shí)，負(fù)載將以80m/min的速度運(yùn)行，加速或變向時(shí)其加速度為I. 5m/s2。通過(guò)上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，得到優(yōu)化后的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁模型，其外輪廓長(zhǎng)寬高尺寸為4000mm*470mm*460mm。在其內(nèi)部設(shè)置九組厚度為15mm的叉筋做為加強(qiáng)筋。上板、下板及前板的厚度均為15_，同時(shí)背板鏤空，背板鏤空后留下用于設(shè)置內(nèi)部加強(qiáng)筋的框架，其厚度為10_，以滿足大鑄造件厚度的最低要求。墩子為實(shí)心墩子，最后得到優(yōu)化設(shè)計(jì)后PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁結(jié)構(gòu)性能與原PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁結(jié)構(gòu)性能的對(duì)比表
權(quán)利要求
1.一種PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟a，根據(jù)長(zhǎng)度、寬度、高度的預(yù)設(shè)值，建立橫梁模型； 步驟b，僅改變模型的寬度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值的變化關(guān)系橫梁變寬時(shí)，橫梁前后方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，綜合變形減小，橫梁質(zhì)量增大，當(dāng)模態(tài)頻率提高到最大值且綜合變形減小到最小值時(shí)，隨著橫梁質(zhì)量增大，模態(tài)頻率降低，橫梁上下方向變形增大； 步驟c，僅改變模型的高度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與高度值的變化關(guān)系橫梁變高時(shí)，上下方向剛度增加，模態(tài)頻率提高，綜合變形減小，但橫梁質(zhì)量增大，當(dāng)模態(tài)頻率提高到最大值且綜合變形減小到最小值時(shí)，隨著橫梁質(zhì)量增大，橫梁上下及前后方向變形增大； 步驟d，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值、高度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)寬度值及最優(yōu)高度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟d之后，還包括以下步驟 步驟e，將所述橫梁模型分割為上板、下板、前板、背板、墩子及內(nèi)部六塊區(qū)域； 步驟f，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及上板、下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，在橫梁模型內(nèi)部設(shè)定不同的加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)，經(jīng)有限元仿真，得到不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能； 步驟g，根據(jù)不同加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能，確定最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟g之后，還包括以下步驟 步驟h，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及下板、前板、背板及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型中上板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系上板厚度值增加時(shí)，橫梁的抗扭能力增強(qiáng)，橫梁上導(dǎo)軌的前后變形變?。? 步驟i，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與上板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)上板厚度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟i之后，還包括以下步驟 步驟j，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板厚度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及前板、背板、墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型下板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與下板厚度值的變化關(guān)系下板厚度值增加時(shí)，橫梁的抗扭能力增強(qiáng)，橫梁下導(dǎo)軌的前后變形變??； 步驟k，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與下板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)下板厚度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟k之后，還包括以下步驟 步驟1，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板、下板厚度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及背板、墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型前板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與前板厚度值的變化關(guān)系前板厚度增加時(shí)，橫梁的變形減小，抗扭能力增強(qiáng)； 步驟m，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與前板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)前板厚度值。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟m之后，還包括以下步驟 步驟n，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板、下板、前板厚度值、長(zhǎng)度預(yù)設(shè)值及墩子的預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變模型背板的厚度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與背板厚度值的變化關(guān)系背板厚度增加時(shí)，橫梁的變形減小，抗扭能力增強(qiáng)； 步驟ο，根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與背板厚度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)背板厚度值。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，在步驟ο之后，還包括以下步驟 步驟P，在最優(yōu)寬度值、最優(yōu)高度值、最優(yōu)加強(qiáng)筋結(jié)構(gòu)、最優(yōu)上板、下板、前板、背板厚度值、長(zhǎng)度值預(yù)設(shè)值不變的條件下，僅改變墩子的結(jié)構(gòu)，經(jīng)有限元仿真，得到墩子在不同結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能； 步驟q，根據(jù)墩子在不同結(jié)構(gòu)下橫梁的結(jié)構(gòu)性能及制作成本，得確定最優(yōu)墩子結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任意一項(xiàng)所述的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述有限元仿真的具體步驟為 定義模型材質(zhì)； 定義邊界條件及模型所需加載的力； 將模型劃分為多個(gè)單元網(wǎng)格； 對(duì)各個(gè)單元網(wǎng)格建立力學(xué)方程，求解并綜合得到模型的結(jié)構(gòu)性能。
全文摘要
一種PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟根據(jù)長(zhǎng)度、寬度、高度的預(yù)設(shè)值，建立橫梁模型；僅改變模型的寬度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值的變化關(guān)系；僅改變模型的高度值，經(jīng)有限元仿真，得到橫梁的結(jié)構(gòu)性能與高度值的變化關(guān)系；根據(jù)橫梁的結(jié)構(gòu)性能與寬度值及高度值的變化關(guān)系及制作成本，確定最優(yōu)寬度值及最優(yōu)高度值。上述PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，將PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的寬度、高度等要素進(jìn)行拆分，并分別進(jìn)行仿真分析，確定各要素的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速得到具有優(yōu)異結(jié)構(gòu)性能的PCB加工機(jī)床鑄鐵橫梁的目的，無(wú)需加工出實(shí)物，降低了成本。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102819653SQ201210301089
公開日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2012年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月22日
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