激光加工机床抽风管道结构优化设计方法及装置与流程

本发明涉及激光加工
技术领域：
，尤其涉及一种激光加工机床抽风管道结构优化设计方法及装置。
背景技术：
：激光切割工艺过程中会产生污染物：如在激光切割金属时产生主要由金属氧化物组成的金属烟尘；切割塑料时产生由增塑剂分解形成的油脂烟尘和烟雾。这些污染物必须被合理的收集，否则将会污染环境并危害操作人员的健康，另一方面，若有大量的污染物附着在机床功能部件上，将可能影响机床的功能并降低使用寿命。因此，在激光切割机床中必须采用除尘系统对以上污染物进行吸取、收集、净化。激光切割机床中的除尘系统一般由抽风管道结构和风机(或者除尘器)组成。在设计除尘系统时，必须合理的设计抽风管道结构，并选择与管道结构相匹配的风机，才能获得优良的除尘效果。传统的抽风管道结构的设计通常采用经验公式以及试错法。但由于激光切割机床中的抽风管道结构形式复杂，采用经验公式误差较大，且通常需要多次的修正设计和实测循环后才能获得较好的设计方案。因此，传统的抽风管道结构的设计优化过程耗费人力物力，其成本高。技术实现要素：基于此，有必要提供一种节约成本的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法及装置。一种激光加工机床抽风管道结构优化设计方法，包括：获取当前抽风管道的流场空间模型；利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型；对所述气体动力学分析模型进行计算，得到对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度；当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。一种激光加工机床抽风管道结构优化设计装置，包括：流场空间模型获取模块，用于获取当前抽风管道的流场空间模型；动力分析模型建立模块，用于利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型；流率速度确定模块，用于对所述气体动力学分析模型进行计算，得到对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度；管道优化结构确定模块，用于当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。上述激光加工机床抽风管道结构优化设计方法及装置，获取当前抽风管道的流场空间模型；利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型；对所述气体动力学分析模型进行计算，得到对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度；当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。如此，对激光加工机床抽风管道结构进行优化，无需经过多次的修正设计和实测循环，便能获得较好的设计方案。因此，上述激光加工机床抽风管道结构优化设计方法及装置能够节约成本。附图说明图1为一实施例的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法的流程图；图2为图1的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法的抽风管道的结构示意图；图3为另一实施例的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法的流程图；图4为图1或图3的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法的一个具体步骤的具体流程图；图5为图1或图3的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法的另一个具体步骤的具体流程图；图6为一实施例的激光加工机床抽风管道结构优化设计装置的结构图；图7为另一实施例的激光加工机床抽风管道结构优化设计装置的结构图；图8为图6或图7的激光加工机床抽风管道结构优化设计装置的一个模块的单元结构图。具体实施方式为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的
技术领域：
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。如图1所示，本发明一实施例的激光加工机床抽风管道结构优化设计方法，包括：S110：获取当前抽风管道的流场空间模型。当前抽风管道为优化过程中的一种改进的抽风管道或者为初始的抽风管道。流场空间模型具体可以为流场空间3D模型。具体地，请参阅图2，当前抽风管道包括：连通管210及与所述连通管210通过连接件220连接的出风管230；连通管210包括两条平行的第一连通管211及与两条第一连通管211连通的第二连通管213；第一连通管211上开设有进风口2111；第二连通管213通过连接件220与出风管230连接，连接点为第二连通管213的中点，从而使得两条第一连通管211关于出风管230所在的直线呈轴对称关系。出风管230远离第二连通管213的一端的开口为出风口233。工作时，出风管230连接抽风机，在抽风机的作用下，将激光加工机床产生的污染物通过进风口2111吸入到第一连通管211，依次经过第二连通管213、出风管230，将污染物由出风口233排出抽风管道。为了获得更好的排除污染物的效果，进风口2111可以为不少于两个。优选地，不少于两个的进风口2111均匀的开设于第一连通管211上。可以理解地，两条第一连通管道211上开设的进风口2111关于出风管230所在的直线呈轴对称关系。在其中一个具体实施例中，连接管210为方通。需要说明的是，当前抽风管道的流场空间模型与当前抽风管道的结构对应，但其为封闭结构，从而方便后续建立气体动力学分析模型，及后续计算。S130：利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型。在获取的流场空间模型的基础上，建立当前抽风管道的气体动力学分析模型。具体地，可以通过气体动力学分析软件，以流场空间模型为基础，建立当前抽风管道的气体动力学分析模型。S150：对所述气体动力学分析模型进行计算，得到相应的质量流率及各个进风口的气流平均速度。可以通过气体动力学分析软件对所述气体动力学分析模型进行计算，得到相应的质量流率及各个进风口的气流平均速度。具体地，在气体动力学分析软件中提交气体动力学分析模型后，对气体动力学分析模型进行计算，直至气体动力学分析模型收敛。气体动力学分析模型收敛条件具体包括：气体动力学分析模型的连续性方程的残差值<0.001；出风口速度变化逐渐平缓；进风口和出风口的差值/出风口流量<1％。S170：当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。预设条件可以为当前抽风管道对应的质量流率大于上次抽风管道对应的质量流率，且当前抽风管道对应的气流平均速度大于上次抽风管道对应的气流平均速度，同时当前抽风管道的两个相邻的进风口的气流平均速差的差值在预设范围内。其中，气流平均速度差是指，相邻两个进气口的气流平均速度的差值。如此，保证各个进风口气流平均速度的均匀性的同时，提高质量流率及进风口的气流平均速度。从而，对抽风管道进行优化。为了得到更优的抽风管道优化结果。预设条件还可以为，在预设数量个数的抽风管道中，当前抽风管道对应的质量流量、各个进风口的气流平均速度以及两个相邻的进风口的气流平均速度之间的差值在预设范围内的权值为最高值。即，在本实施例中，对质量流量、各个进风口的气流平均速度以及两个相邻的进风口的气流平均速度差的差值设置对应的权值。对每一个优化后的抽风管道都执行步骤S110-S150，从而，确定每一个抽风管道对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度。进而，可以根据对质量流量、各个进风口的气流平均速度以及两个相邻的进风口的气流平均速度差的差值对应的权值来确定每一个抽风管道的总权值，最终根据当前抽风管道的总权值是否为最大值，来确定当前抽风管道是否为优化后的抽风管道结构。上述激光加工机床抽风管道结构优化设计方法，获取当前抽风管道的流场空间模型；利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型；对所述气体动力学分析模型进行计算，得到对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度；当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。如此，对激光加工机床抽风管道结构进行优化，无需经过多次的修正设计和实测循环，便能获得较好的设计方案。因此，上述激光加工机床抽风管道结构优化设计方法能够节约成本。请参阅图3，在其中一个实施例中，还包括：S360：当所述质量流率或/及所述气流平均速度不满足所述预设条件时，对所述当前抽风管道的结构进行改进，并返回所述获取当前抽风管道的流场空间模型的步骤。当所述质量流率或/及所述气流平均速度不满足所述预设条件时，说明当前抽风管道并未达到预设条件，不能达到优化的效果，此时，需要对当前抽风管道再次进行改进。改进后，返回获取当前抽风管道的流场空间模型的步骤，直至当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。如此，迭代执行改进的步骤，直至所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。请参阅图4，在其中一个实施例中，所述利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型的步骤包括：S431：在所述流场空间模型上划分流体网格。S433：获取流体的材料属性、模型参数及边界条件。S435：根据所述流体网格、所述材料属性、所述模型参数及所述边界条件建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型。可以通过气体动力学分析软件在所述流场空间模型上划分流体网格，然后获取流体的材料属性、模型参数及边界条件，进而，根据所述流体网格、所述材料属性、所述模型参数及所述边界条件建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型。在其中一个实施例中，所述材料属性包括密度和粘度。或/及，所述模型参数包括基于压力的算法、稳态模型、湍流模型。或/及，所述边界条件包括：所述当前抽风管道的进风口所在面的进气压力边界条件、所述当前抽风管道的出风口所在面的出气压力边界条件。在其中一个具体实施例中，由于气体为空气，因此，定义材料属性的密度为1.225Kg/m3(千克每立方米)；粘度为1.7894×10-5Kg/m·s(千克每米秒)。基于压力的算法可以为默认的传统算法；稳态模型可以为默认的稳态分析模型；湍流模型可以为k-ε湍流模型。当前抽风管道的进风口所在面的进气压力边界条件可以定义为0Pa(帕)，如此表示相对标准大气压的压力值为0。当前抽风管道的出风口所在面的出气压力边界条件可以定义为-2800Pa，如此，表示所选择风机的标准压力。在其中一个实施例中，边界条件还包括，除了进风口和出风口所在面的其它壁面的压力边界条件。请参阅图5，在其中一个实施例中，所述对所述气体动力学分析模型进行计算，得到相应的质量流率及各个进风口的气流平均速度的步骤，包括：S551：对所述气体动力学分析模型进行计算，直至所述气体动力学分析模型收敛。可以在气体动力学分析软件中提交气体动力学分析模型后，对气体动力学分析模型进行计算，直至气体动力学分析模型收敛。S553：提取所述气体动力学分析模型收敛时的质量流率及各个进风口的气流平均速度。气体动力学分析模型收敛后，提取此时气体动力学分析模型的质量流率及各个进风口的气流平均速度。如此，使得对当前的抽风管道的分析结果准确，从而提高优化结果的准确性。在其中一个较佳实施例中，在两条第一连通管道上开设的进风口关于出风管所在的直线呈轴对称关系的实施例中，只需要提取一条第一连通管道上的各个进风口的气流平均速度，另一条第一连通管道上的各个进风口的气流平均速度是一致的。在一个具体实施例中，初始的抽风管道的结构为出风口的外径为0.25m(米)；连接件的尺寸为0.25m*0.14m；连通管为方通，方通的尺寸为0.25m*0.2m；进风口的尺寸为0.12m*0.05m，两条第一连通管上各开设5个进风口。此时，得到的质量流率Qm0＝1.732Kg/s；其中，角标的数字为0，表明是初始的结构设计方案。提取的一条第一连通管道的各个进风口的气流平均速度，见表1(序号为1的进风口离出风口最远，序号为5进风口离出风口最近)。由于两条第一连通管道的进风口为对称结构，相互对称的进风口的气流平均速度时一致的，因此，仅提取单侧的一条第一连通管道的进风口的气流平均速度。表1初始的抽风管道一条第一连通管道的5个进风口的气流平均速度(m/s)进风口序号12345气流平均速度26.320.215.612.310.4在该具体实施例中，对初始的抽风管道的结构进行改进，改进措施可以为：将出风口外径由0.25m改为0.3m，进风口尺寸由0.12m×0.05m改为0.17m×0.05m，其他结构的尺寸保持不变。第一次改进后的抽风管道结构可以命名为改进结构1。此时，该抽风管道对应的质量流率Qm1＝2.738Kg/s。其中，角标的数字为改进结构的序号。可见在相同的压差下，改进结构1的质量流量比初始结构0提高了60.7％，说明改进结构1的气阻更小。提取改进后的抽风管道的一条第一连通管道的所有进风口的气流平均速度，并和初始的抽风管道进行对比，结果如表2所示。表2一条第一连通管道的5个进风口的气流平均速度对比(m/s)进风口序号12345初始结构026.320.215.612.310.4改进结构142.432.725.120.016.8提高61.2％61.9％60.9％62.6％61.5％由对比表2可见，改进结构1进风口的气流的气流平均速度较初始结构1平均提高约61.6％；进风口气流速度越大，对激光加工机床产生的烟尘污染物的俘获能力越强。各进风口的气流气流平均速度的平均程度和初始结构0大致相当。因此，下一次改进可以进一步尝试将进风口改为面积逐渐变化的结构。在相同的压力下，抽风管道改进结构1的气体流量和进风口的速度较初始结构0有明显提高，其除尘效果将会明显提高。请参阅图6，本发明还提供一种与上述激光加工机床抽风管道结构优化设计方法对应的激光加工机床抽风管道结构优化设计装置，包括：流场空间模型获取模块610，用于获取当前抽风管道的流场空间模型；动力分析模型建立模块630，用于利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型；流率速度确定模块650，用于对所述气体动力学分析模型进行计算，得到对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度；管道优化结构确定模块670，用于当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。上述激光加工机床抽风管道结构优化设计装置，获取当前抽风管道的流场空间模型；利用所述流场空间模型，建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型；对所述气体动力学分析模型进行计算，得到对应的质量流率及各个进风口的气流平均速度；当所述质量流率及所述气流平均速度满足预设条件时，确定所述当前抽风管道为优化后的抽风管道结构。如此，对激光加工机床抽风管道结构进行优化，无需经过多次的修正设计和实测循环，便能获得较好的设计方案。因此，上述激光加工机床抽风管道结构优化设计装置能够节约成本。请参阅图7，在其中一个实施例中，还包括管道优化改进模块660；所述管道优化改进模块660，用于当所述质量流率或/及所述气流平均速度不满足所述预设条件时，对所述当前抽风管道的结构进行改进；所述流场空间模型获取模块670，还用于在所述管道优化改进模块660对所述当前抽风管道的结构进行改进之后，重新获取当前抽风管道的流场空间模型。在其中一个实施例中，还包括模型收敛计算模块640；所述模型收敛计算模块640，用于所述对所述气体动力学分析模型进行计算，直至所述气体动力学分析模型收敛；所述流率速度确定模块650，用于提取所述气体动力学分析模型收敛时的质量流率及各个进风口的气流平均速度。请参阅图8，在其中一个实施例中，所述动力分析模型建立模块包括：网格划分单元831，用于在所述流场空间模型上划分流体网格；参数获取单元833，用于获取流体的材料属性、模型参数及边界条件；模型建立单元835，用于根据所述流体网格、所述材料属性、所述模型参数及所述边界条件建立所述当前抽风管道的气体动力学分析模型。在其中一个实施例中，所述材料属性包括密度和粘度；或/及，所述模型参数包括基于压力的算法、稳态模型、湍流模型；或/及，所述边界条件包括：所述当前抽风管道的进风口所在面的进气压力边界条件、在所述当前抽风管道的出风口所在面的出气压力边界条件。以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多个变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3