專利名稱：配重計算機模擬分析設計方法
技術領域：
本發明涉及虛擬設計技術領域，尤其涉及配重計算機分析設計方法。
背景技術：
隨著市場對印刷線路板高度集成化要求的提高，對PCB加工設備的精度 要求也越來越高。 一般PCB加工設備的主軸部分位于橫梁的一側，使橫梁受 力不對稱，再加上橫梁本身結構不對稱及重量較重，橫梁的靜變形較大，在工 作的動態條件下橫梁的位移變形就更大。這嚴重影響了 PCB加工設備精度的 提高。'因此橫梁配重設計刻不容緩。
傳統的配重設計一般都是根據設計人員的經驗進行設計和布局，制造出樣 機進行試驗，測試其實際動態性能，如果性能有明顯改善再進行批量生產，如 果沒有改善或改善很小則重新設計配重，再制造樣機進行試驗。顯然傳統的設 計要花費大量的時間、人力和資金。如今在機床領域中，機床設計一般都應用 各種計算機輔助軟件實現，配重的設計一般采用三維CAD軟件進行經驗建模 再進行靜力學驗證，這種設計方法雖然保證了配重對產品靜態性能的改善，但 產品的動態性能和振動特性仍難以保障，是否能真正有效提高產品的加工性能 難以確定，因此同樣需要制造樣機進行試驗測試，導致產品的設計成本仍然較 高。'
發明內容
本發明提供一種配重計算積模擬分析設計方法，能夠降低機械產品的配重 設計成本。
一種配重計算枳^莫擬分析設計方法，包括
通過計算機輔助設計工具建立機械產品及其配重部分各零件的三維模型； 對所述機械產品及其配重部分進行虛擬裝配，獲得所述機械產品加配重的三維裝配模型；
建立所述三維裝配一莫型的結構振動分析模型； ii置分析參數，進行結構頻響分析；
對進行所述分析所獲得的結果進行后處理，獲得所述機械產品加配重時的 振動響應。
其中，所述結構振動分析模型具體是結構振動的有限元分析模型。 其中，所述建立所述三維裝配模型的結構振動分析模型具體包括 將所述三維裝配模型導入有限元分析軟件，作為結構振動分析的幾何模
型；
劃分單元網格；
根據所述機械產品及其配重部分的拓樸結構創建零部件間的連接單元；
定義邊界條件、頻率相關的載荷工況、頻率相關的場以及頻率相關的載荷；
定義材料屬性及單元屬性。
其中，獲得所述機械產品加配重時的振動響應后還包括
對所述振動響應進行分析，若該振動響應符合預定的設計要求，則完成所 述機械產品的配重設計，否則，對配重部分進行^^正后，重新執^f于上述分析。
其中，對所述振動響應進行分析具體是通過對所述加配重的機械產品的振 動響應與已獲得的不加配重的機械產品的振動響應進行比較而實現的。
本發明實施例中，在配重的設計階段,可以先通過計算機模擬分析的方法 對所設計的配重部分對機械產品振動特性的影響進行分析預測，以對配重設計 進行評估和指導。由于可以避免現有設計技術中每次配重設計均需制造樣機來 測試效果，因此本發明實施例能夠大大縮短配重部分的設計周期，P爭低設計成
圖l示出本發明配重計算機模擬分析設計方法實施例一的流程圖;圖2示出本發明配重計算機模擬分析設計方法實施例二的流程圖3示出本發明配重計算才/l^莫擬分析設計方法實施例二中兩頭PCB數控鉆 機橫辯及主軸部分的三維模型；
圖4示出本發明配重計算機模擬分析設計方法實施例二中橫梁和Z軸部分 主要零部件的拓樸結構圖5示出本發明配重計算積^莫擬分析設計方法實施例二中不加配重時測試 點l、 2的位移頻率響應；
圖6示出本發明配重計算機模擬分析設計方法實施例二中加配重時測試點 1、 2的位移頻率響應。
具體實施例方式
下面對本發明提供的配重計算機模擬分析設計方法的推薦實施例進行詳 細"i兌明。
參考圖1，本發明配重計算機模擬分析設計方法實施例一包括
Al 、通過計算機輔助設計工具建立機械產品及其配重部分的三維幾何模型。
A2、對所述機械產品及其配重部分的三維幾何模型進行虛擬裝配，獲得 所述機械產品加配重的三維裝配模型。
A3、建立所述三維裝配模型的結構振動分析模型。 A4、設置分析參數，進行結構頻響分析。
A5、對進行結構頻響應分析所獲得的結果進行后處理，獲得所述機械產 品加配重時的#_動響應。
其中，所述結構振動分析模型具體是結構振動的有限元分析模型。
其中，A3具體可以包括
Bl、將所述三維裝配模型導入有限元分析軟件，作為結構振動分析的幾 何模型。B2、劃分單元網格。
B3、根據所述機械產品及其配重部分的拓樸結構創建連接單元。
B4、定義邊界條件、頻率相關的載荷工況、頻率相關的場以及頻率相關
的載荷；
B5、定義材料屬性及單元屬性。
其中，在獲得所述積4成產品加配重時的振動響應后還要對所述振動響應進 行分析，若該振動響應符合預定的設計要求，則完成所述機械產品的配重設計， 否則，對配重部分進行修正后，重新執行上述分析。其中，對所述振動響應進 行分析具體是通過對所述加配重的機械產品的振動響應與已獲得的不加配重 的機械產品的振動響應進行比較而實現的。
本發明實施例中，在配重的設計階段，可以先通過計算機模擬分析的方法 對所設計的配重部分對機械產品振動特性的影響進行分析預測，以對配重設計 進行評估和指導。由于可以避免現有設計技術中每次配重設計均需制造樣機來 測試效果，因此本發明實施例能夠大大縮短配重部分的設計周期，降低設計成 本。
參考圖2至圖6,下面以兩頭PCB數控鉆機橫梁配重為例，對本發明配 重計算機模擬分析設計方法的實施例二進行說明。本實施例方法主要包括 CAD和CAE兩部分。其中CAD部分完成兩頭PCB鉆機的橫梁、主軸部分及 配重的三維建模；CAE部分主要是正確添加零件間的連接、建立結構頻響分 析的有限元模型、設置分析參數，完成結構的頻響分析。比較添加配重前后橫 梁及主軸的響應結果，得出配重對橫梁及主軸的振動特性的影響，如果對動態 性能時改善效果明顯，就采用此配重設計方案，否則要^i務改配重再進行頻響分 析。其具體實施方法如下
Cl、用三維CAD軟件建立兩頭PCB數控鉆機橫梁部分、z軸部分、配重 部分零部件的三維模型，基于結構對稱性的原則，建立的配重與z軸部分幾何 形狀相似、質量相同、重心相同，并將其對稱的分布于^f黃梁后面。
C2、分別裝配出加配重和不加配重時兩頭PCB數控鉆積4黃梁及主軸部分 的三維裝配模型，為結構頻響分析準備好幾何模型。C3、對加配重和不加配重的三維裝配模型分別進行結構頻響特性分析。 具體包括C3a至C3j:
C3a、將三維裝配模型導入到有限元分析軟件中，作為結構頻響分析的幾 何模型。
C3b、劃分單元網格。
C3c、根據所述機械產品及其配重部分的拓樸結構創建連接單元。 本實施例中主要是定義橫梁底座與橫梁間、橫梁與主軸間、橫梁與配重間 的三維剛度連接。圖4示出本實施例中橫梁、Z軸部分主要零部件的拓樸結構 圖，其中H1表示固定副，H2表示移動副，H3表示螺旋副，H4表示旋轉副， H5表示三維剛度連接。
C3d、在橫梁底座與床身的接觸面添加位移邊界條件。 C3e、定義頻率相關的載荷工況作為頻率響應分^f的工況。 C3f、定義頻率相關的場。 C3g、定義頻率相關的載荷。
本實施例中在左右兩z軸底板上裝z向電機處分別添加設備鉆孔時z向電 機對z軸部分向上激勵載荷，約為z軸運動部分重力的2倍。 C3h、定義材料屬性及單元屬性。
C3i、設置分析參數，在40Hz 1000Hz間進行結構頻率響應分析。
C3j、讀取分析結果，進行后處理。分別輸出反映設備動態性能的測試點
1 (橫梁上端中點)和測試點2 (電主軸中心在z軸底板前表面的投影)的位
移頻率響應曲線。
C4、比4交加配重和不加配重兩種情況下，測試點1和測試點2的位移頻 率響應。
由圖5和圖6的比較結果可知，加配重前位移頻率響應值較大并有明顯的峰 值，說明在z向電機的激勵下，結構產生了共振；加配重后位移頻率響應值大 大減小且沒有峰值，說明z向電機的激勵沒有激起結構的共振，加配重后的結 構動態性能得到大幅提高。同時也說明，添加配重后雖然結構系統的模態頻率 有所降低，但結構的阻尼增大較多，結構系統的抗振性大大增強，因'此結構系統穩定性也大幅提高，可以采用此配重方案。
以上對本發明實施例所提供的配重計算機模擬分析設計方法進行了詳細
施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域 的一般技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式
及應用范圍上均會有改 變之^t,綜上所述，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。
權利要求
1、一種配重計算機模擬分析設計方法，其特征在于，包括通過計算機輔助設計工具建立機械產品及其配重部分各零件的三維模型；對所述機械產品及其配重部分進行虛擬裝配，獲得所述機械產品加配重的三維裝配模型；建立所述三維裝配模型的結構振動分析模型；設置分析參數，進行結構頻響分析；對進行所述分析所獲得的結果進行后處理，獲得所述機械產品加配重時的振動響應。
2、 根據權利要求l所述的方法，其特征在于，所述結構振動分析模型具體 是結^振動的有限元分析模型。
3、 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立所述三維裝配模型 的結構振動分析模型具體包括將所述三維裝配模型導入有限元分析軟件，作為結構振動分析的幾何模型；劃分單元網格；根據所述機械產品及其配重部分的拓樸結構創建零部件間的連接單元；定義邊界條件、頻率相關的載荷工況、頻率相關的場以及頻率相關的載荷；定義材料屬性及單元屬性。
4、 根據權利要求1至3任一項所述的方法，其特征在于，獲得所述機械產 品加配重時的振動響應后還包4舌對所述振動響應進行分析，若該振動響應符合預定的設計要求，則完成所 述機械產品的配重設計，否則，對配重部分進行修正后，重新執行上述分析。
5、 如權利要求4所述的方法，其特征在于，對所述振動響應進行分析具體 是通過對所述加配重的機械產品的振動響應與已獲得的不加配重的機械產品 的振動響應進行比較而實現的。
全文摘要
本發明涉及虛擬設計技術領域，公開配重計算機模擬分析設計方法，該方法包括通過計算機輔助設計工具建立機械產品及其配重部分各零件的三維模型；對所述機械產品及其配重部分進行虛擬裝配，獲得所述機械產品加配重的三維裝配模型；建立所述三維裝配模型的結構振動分析模型；設置分析參數，進行結構頻響分析；對進行所述分析所獲得的結果進行后處理，獲得所述機械產品加配重時的振動響應。本發明實施例能夠大大縮短配重部分的設計周期，降低設計成本。
文檔編號G06F17/50GK101639868SQ20081014256
公開日2010年2月3日 申請日期2008年7月29日 優先權日2008年7月29日
發明者宋福民, 寧 李, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司;深圳市大族數控科技有限公司