专利名称：配重计算机模拟分析设计方法
技术领域：
本发明涉及虛拟设计技术领域，尤其涉及配重计算机分析设计方法。
背景技术：
随着市场对印刷线路板高度集成化要求的提高，对PCB加工设备的精度 要求也越来越高。 一般PCB加工设备的主轴部分位于横梁的一侧，使横梁受 力不对称，再加上横梁本身结构不对称及重量较重，横梁的静变形较大，在工 作的动态条件下横梁的位移变形就更大。这严重影响了 PCB加工设备精度的 提高。'因此横梁配重设计刻不容緩。
传统的配重设计一般都是根据设计人员的经验进行设计和布局，制造出样 机进行试验，测试其实际动态性能，如果性能有明显改善再进行批量生产，如 果没有改善或改善很小则重新设计配重，再制造样机进行试验。显然传统的设 计要花费大量的时间、人力和资金。如今在机床领域中，机床设计一般都应用 各种计算机辅助软件实现，配重的设计一般采用三维CAD软件进行经验建模 再进行静力学验证，这种设计方法虽然保证了配重对产品静态性能的改善，但 产品的动态性能和振动特性仍难以保障，是否能真正有效提高产品的加工性能 难以确定，因此同样需要制造样机进行试验测试，导致产品的设计成本仍然较 高。'
发明内容
本发明提供一种配重计算积模拟分析设计方法，能够降低机械产品的配重 设计成本。
一种配重计算枳^莫拟分析设计方法，包括
通过计算机辅助设计工具建立机械产品及其配重部分各零件的三维模型； 对所述机械产品及其配重部分进行虚拟装配，获得所述机械产品加配重的三维装配模型；
建立所述三维装配一莫型的结构振动分析模型； ii置分析参数，进行结构频响分析；
对进行所述分析所获得的结果进行后处理，获得所述机械产品加配重时的 振动响应。
其中，所述结构振动分析模型具体是结构振动的有限元分析模型。 其中，所述建立所述三维装配模型的结构振动分析模型具体包括 将所述三维装配模型导入有限元分析软件，作为结构振动分析的几何模
型；
划分单元网格；
根据所述机械产品及其配重部分的拓朴结构创建零部件间的连接单元；
定义边界条件、频率相关的载荷工况、频率相关的场以及频率相关的载荷；
定义材料属性及单元属性。
其中，获得所述机械产品加配重时的振动响应后还包括
对所述振动响应进行分析，若该振动响应符合预定的设计要求，则完成所 述机械产品的配重设计，否则，对配重部分进行^^正后，重新执^f于上述分析。
其中，对所述振动响应进行分析具体是通过对所述加配重的机械产品的振 动响应与已获得的不加配重的机械产品的振动响应进行比较而实现的。
本发明实施例中，在配重的设计阶段,可以先通过计算机模拟分析的方法 对所设计的配重部分对机械产品振动特性的影响进行分析预测，以对配重设计 进行评估和指导。由于可以避免现有设计技术中每次配重设计均需制造样机来 测试效果，因此本发明实施例能够大大缩短配重部分的设计周期，P争低设计成
图l示出本发明配重计算机模拟分析设计方法实施例一的流程图;图2示出本发明配重计算机模拟分析设计方法实施例二的流程图3示出本发明配重计算才/l^莫拟分析设计方法实施例二中两头PCB数控钻 机横辯及主轴部分的三维模型；
图4示出本发明配重计算机模拟分析设计方法实施例二中横梁和Z轴部分 主要零部件的拓朴结构图5示出本发明配重计算积^莫拟分析设计方法实施例二中不加配重时测试 点l、 2的位移频率响应；
图6示出本发明配重计算机模拟分析设计方法实施例二中加配重时测试点 1、 2的位移频率响应。
具体实施例方式
下面对本发明提供的配重计算机模拟分析设计方法的推荐实施例进行详 细"i兑明。
参考图1，本发明配重计算机模拟分析设计方法实施例一包括
Al 、通过计算机辅助设计工具建立机械产品及其配重部分的三维几何模型。
A2、对所述机械产品及其配重部分的三维几何模型进行虚拟装配，获得 所述机械产品加配重的三维装配模型。
A3、建立所述三维装配模型的结构振动分析模型。 A4、设置分析参数，进行结构频响分析。
A5、对进行结构频响应分析所获得的结果进行后处理，获得所述机械产 品加配重时的#_动响应。
其中，所述结构振动分析模型具体是结构振动的有限元分析模型。
其中，A3具体可以包括
Bl、将所述三维装配模型导入有限元分析软件，作为结构振动分析的几 何模型。B2、划分单元网格。
B3、根据所述机械产品及其配重部分的拓朴结构创建连接单元。
B4、定义边界条件、频率相关的载荷工况、频率相关的场以及频率相关
的载荷；
B5、定义材料属性及单元属性。
其中，在获得所述积4成产品加配重时的振动响应后还要对所述振动响应进 行分析，若该振动响应符合预定的设计要求，则完成所述机械产品的配重设计， 否则，对配重部分进行修正后，重新执行上述分析。其中，对所述振动响应进 行分析具体是通过对所述加配重的机械产品的振动响应与已获得的不加配重 的机械产品的振动响应进行比较而实现的。
本发明实施例中，在配重的设计阶段，可以先通过计算机模拟分析的方法 对所设计的配重部分对机械产品振动特性的影响进行分析预测，以对配重设计 进行评估和指导。由于可以避免现有设计技术中每次配重设计均需制造样机来 测试效果，因此本发明实施例能够大大缩短配重部分的设计周期，降低设计成 本。
参考图2至图6,下面以两头PCB数控钻机横梁配重为例，对本发明配 重计算机模拟分析设计方法的实施例二进行说明。本实施例方法主要包括 CAD和CAE两部分。其中CAD部分完成两头PCB钻机的横梁、主轴部分及 配重的三维建模；CAE部分主要是正确添加零件间的连接、建立结构频响分 析的有限元模型、设置分析参数，完成结构的频响分析。比较添加配重前后横 梁及主轴的响应结果，得出配重对横梁及主轴的振动特性的影响，如果对动态 性能时改善效果明显，就采用此配重设计方案，否则要^i务改配重再进行频响分 析。其具体实施方法如下
Cl、用三维CAD软件建立两头PCB数控钻机横梁部分、z轴部分、配重 部分零部件的三维模型，基于结构对称性的原则，建立的配重与z轴部分几何 形状相似、质量相同、重心相同，并将其对称的分布于^f黄梁后面。
C2、分别装配出加配重和不加配重时两头PCB数控钻积4黄梁及主轴部分 的三维装配模型，为结构频响分析准备好几何模型。C3、对加配重和不加配重的三维装配模型分别进行结构频响特性分析。 具体包括C3a至C3j:
C3a、将三维装配模型导入到有限元分析软件中，作为结构频响分析的几 何模型。
C3b、划分单元网格。
C3c、根据所述机械产品及其配重部分的拓朴结构创建连接单元。 本实施例中主要是定义横梁底座与横梁间、横梁与主轴间、横梁与配重间 的三维刚度连接。图4示出本实施例中横梁、Z轴部分主要零部件的拓朴结构 图，其中H1表示固定副，H2表示移动副，H3表示螺旋副，H4表示旋转副， H5表示三维刚度连接。
C3d、在横梁底座与床身的接触面添加位移边界条件。 C3e、定义频率相关的载荷工况作为频率响应分^f的工况。 C3f、定义频率相关的场。 C3g、定义频率相关的载荷。
本实施例中在左右两z轴底板上装z向电机处分别添加设备钻孔时z向电 机对z轴部分向上激励载荷，约为z轴运动部分重力的2倍。 C3h、定义材料属性及单元属性。
C3i、设置分析参数，在40Hz 1000Hz间进行结构频率响应分析。
C3j、读取分析结果，进行后处理。分别输出反映设备动态性能的测试点
1 (横梁上端中点)和测试点2 (电主轴中心在z轴底板前表面的投影)的位
移频率响应曲线。
C4、比4交加配重和不加配重两种情况下，测试点1和测试点2的位移频 率响应。
由图5和图6的比较结果可知，加配重前位移频率响应值较大并有明显的峰 值，说明在z向电机的激励下，结构产生了共振；加配重后位移频率响应值大 大减小且没有峰值，说明z向电机的激励没有激起结构的共振，加配重后的结 构动态性能得到大幅提高。同时也说明，添加配重后虽然结构系统的模态频率 有所降低，但结构的阻尼增大较多，结构系统的抗振性大大增强，因'此结构系统稳定性也大幅提高，可以采用此配重方案。
以上对本发明实施例所提供的配重计算机模拟分析设计方法进行了详细
施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域 的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改 变之^t,综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1、一种配重计算机模拟分析设计方法，其特征在于，包括通过计算机辅助设计工具建立机械产品及其配重部分各零件的三维模型；对所述机械产品及其配重部分进行虚拟装配，获得所述机械产品加配重的三维装配模型；建立所述三维装配模型的结构振动分析模型；设置分析参数，进行结构频响分析；对进行所述分析所获得的结果进行后处理，获得所述机械产品加配重时的振动响应。
2、 根据权利要求l所述的方法，其特征在于，所述结构振动分析模型具体 是结^振动的有限元分析模型。
3、 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立所述三维装配模型 的结构振动分析模型具体包括将所述三维装配模型导入有限元分析软件，作为结构振动分析的几何模型；划分单元网格；根据所述机械产品及其配重部分的拓朴结构创建零部件间的连接单元；定义边界条件、频率相关的载荷工况、频率相关的场以及频率相关的载荷；定义材料属性及单元属性。
4、 根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，获得所述机械产 品加配重时的振动响应后还包4舌对所述振动响应进行分析，若该振动响应符合预定的设计要求，则完成所 述机械产品的配重设计，否则，对配重部分进行修正后，重新执行上述分析。
5、 如权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述振动响应进行分析具体 是通过对所述加配重的机械产品的振动响应与已获得的不加配重的机械产品 的振动响应进行比较而实现的。
全文摘要
本发明涉及虚拟设计技术领域，公开配重计算机模拟分析设计方法，该方法包括通过计算机辅助设计工具建立机械产品及其配重部分各零件的三维模型；对所述机械产品及其配重部分进行虚拟装配，获得所述机械产品加配重的三维装配模型；建立所述三维装配模型的结构振动分析模型；设置分析参数，进行结构频响分析；对进行所述分析所获得的结果进行后处理，获得所述机械产品加配重时的振动响应。本发明实施例能够大大缩短配重部分的设计周期，降低设计成本。
文档编号G06F17/50GK101639868SQ20081014256
公开日2010年2月3日 申请日期2008年7月29日 优先权日2008年7月29日
发明者宋福民, 宁 李, 高云峰 申请人:深圳市大族激光科技股份有限公司;深圳市大族数控科技有限公司