专利名称：大型曲轴车床床身的优化方法
技术领域：
本发明涉及一种用三维软件进行车床床身优化方法。
背景技术：
随着工业的不断发展，车床向高精尖的方向发展。床身是机床 的基本，床身性能的好坏直接影响机床的精度，国外机床产业有着悠 久的历史，在实际生产中取得了大量的实践经验和实验数据。而我国 机床产业起步晚、起点低，没有国外发达国家经过百年的经验。所以 在开发和改进机床床身时总是遇到问题，解决这些问题先前只能通过 自己做大量的实验或者直接购买国外技术，耗费大量的人力财力。而 大型船用曲轴车床对床身的要求更高。所以，需要一种大型曲轴车床
床身的优化方法是必要的。PRO/ENGINEER以及其子模块 PRO/MECHANICA是有限元建模和分析的高端软件，它们之间存在 着动态无缝链接，在几何模型中的修改可以直接反应在物理模型中， 能够縮短优化时间。
发明内容
本发明是要解决目前大型机床床身设计和改进中耗费大量的人 力物力而又不是十分准确的问题，而提供一种准确、易于优化处理、 大大节省设计和改进时间的大型曲轴车床床身的优化方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是 一种大型曲轴车床床身的优化方法，具体步骤如下
(1) 建立三维几何模型
使用PRO/ENGINEER进行曲轴车床床身及头架三维几何参数化 建模，并对模型进行组装；
(2) 载荷，边界条件与物理特性的设定
进入PRO/ENGINEER子模块PR0/MECHANICA，设置力、扭矩、材 料特性、边界条件；
(3) 网格划分
采用PR0/MECHANICA自动网格划分，在计算敏感区域用手动细
化；
(4) 有限元求解
采用PR0/MECHANICA的P法进行有限元求解计算；
(5) 找到薄弱环节并修改
提取应力、应变和位移的有限元计算结果，寻找影响床身的元 素，并进行优化；
(6) 选定最优结果 根据实际情况选择对优化效果评定的标准，并进行筛选最优结果。
本发明的有益效果是运用了有限元建模和分析高端软件 PR0/ENGINEER以及其子模块PR0/MECHANICA，对大型车床床身进行优
化解析，最终可以方便快捷的得到最优化结果，节省大量的时间，并 能得到精确的结果。
图l是大型曲轴车床床身优化步骤框图2是大型曲轴车床床身及头架模型图3是床身模型图4是整体最大变形结果图5是床身部分变形比例放大结果图6是优化后床身部分变形比例放大结果图7是最终得到最优结果的床身部分变形结果图。
具体实施方案
现结合附图对本本发明的优化解析方法做进一步的说明。 本发明的大型曲轴车床床身的优化方法，具体步骤(如图l):
1. 使用PRO/ENGINEER进行三维几何建模
使用PRO/ENGINEER进行精密几何建模，并对模型进行组装。如 图2和3所示。
2. 进入PRO/ENGINEER子模块PR0/MECHANICA，施加约束载荷 从PRO/ENGINEER进入PRO/MECHANICA，从几何模型转到物理模型， 它们之间是无缝动态链接，几何模型上的改动直接反应在物理模型 中，而其它设定不变。根据实际情况对模型施加材料，本例中施加重力。
3. 在PRO/MECHANICA中进行网格划分和网格的简化 PRO/MECHANICA是PRO/ENGINEER的子模块，它们之间的对接是
无缝的，不会因几何模型向物理模型导入而出现任何误差。网格划分 为自动划分，而在敏感区域可以进行手动细化。本例网格图如图4。4. 有限元求解计算
PR0/MECHANICA在进行有限元计算时采用P法处理单元格，相 比其它的有限元软件计算时间縮短，但精度并没有降低。获得结果如 图5禾口6。
5. 找到薄弱环节进行优化处理
本例中是船用大型曲轴车床的床身，优化效果评定标准选定为最 大变形值的大小和质量的变化。优化结果如图7。最终最大变形减小 了 43. 9%，而重量只增加了 5. 17%。
权利要求
1.一种大型曲轴车床床身的优化方法，具体步骤如下(1)建立三维几何模型使用PRO/ENGINEER进行曲轴车床床身及头架三维几何参数化建模，并对模型进行组装；(2)载荷，边界条件与物理特性的设定进入PRO/ENGINEER子模块PRO/MECHANICA，设置力、扭矩、材料特性、边界条件；(3)网格划分采用PRO/MECHANICA自动网格划分，在计算敏感区域用手动细化；(4)有限元求解采用PRO/MECHANICA的P法进行有限元求解计算；(5)找到薄弱环节并修改提取应力、应变和位移的有限元计算结果，寻找影响床身的元素，并进行优化；(6)选定最优结果根据实际情况选择对优化效果评定的标准，并进行筛选最优结果。
全文摘要
本发明涉及一种大型曲轴车床床身的优化方法在三维高端软件PRO/ENGINEER中进行精密三维几何建模，并在其子模块PRO/MECHANICA中进行物理特性，载荷与边界条件的设定。PRO/MECHANICA中的物理模型是从PRO/ENGINEER直接导入而成，并且之间为动态无缝链接，优化过程中几何模型的改变可以直接反应在物理模型中，这样大大节省了优化时间。网格划分是PRO/MECHANICA中自动生成，敏感区域可以进行手工细化。进行有限元计算，找到薄弱环节，并进行优化，最终得到优化解。本方法能减少优化时间，得到精确的结果，可广泛应用在大型曲轴车床床身的优化设计。
文档编号G06F17/50GK101576938SQ200910047170
公开日2009年11月11日 申请日期2009年3月6日 优先权日2009年3月6日
发明者周鹤群, 张立平, 汪中厚, 谢云波 申请人:上海理工大学