一種激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，機床包括切割頭和多個結(jié)構(gòu)件，該方法包括：根據(jù)機床的設(shè)計方案，多個結(jié)構(gòu)件從所述切割頭處按照順序開始標記和定義；逐個增加結(jié)構(gòu)件建立多個模態(tài)分析有限元模型，并根據(jù)有限元分析計算得到每個模態(tài)分析有限元模型在切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fn1以及在切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值fn2；根據(jù)公式分別計算遞減率vn1及遞減率vn2，根據(jù)遞減率vn1和遞減率vn2判定每個結(jié)構(gòu)件性能的強弱以及每個結(jié)構(gòu)件在X方向和Y方向的強弱；分別對性能較弱的結(jié)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)件中較弱的方向進行改進。通過在設(shè)計激光切割機床階段找出性能較弱的結(jié)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)件中的弱點方向作為改進結(jié)構(gòu)件的判據(jù)，從而能夠達到提高整機的動態(tài)性能。
【專利說明】一種激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及激光加工機床設(shè)計領(lǐng)域，尤其涉及一種激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高速高精機床保證加工精度非常重要的一個因素是機構(gòu)在高速運行過程中的動態(tài)性能。在高速激光切割機床結(jié)構(gòu)中，機械結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能直接影響切割精度。在一定動態(tài)力的作用下，機械結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能越好，其抗振能力越好，產(chǎn)生的振幅越小，加工精度越高。
[0003]在三維五軸激光切割機床結(jié)構(gòu)中，其大件結(jié)構(gòu)如切割頭連桿、橫梁、床身等結(jié)構(gòu)的動態(tài)性能對整機的動態(tài)性能是決定性的。因此對大件結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化設(shè)計，是很有必要的。
[0004]目前利用有限元仿真和振動測試方法對各個大件結(jié)構(gòu)單獨進行模態(tài)、靜力學(xué)分析及優(yōu)化是常規(guī)而有效的方法。但是單獨對各個結(jié)構(gòu)件進行分析和改進常常只能提高單個結(jié)構(gòu)件的性能，而整機的性能是不確定的。當從整機考慮改進時就涉及到各個結(jié)構(gòu)件的“相互匹配”問題，即找出性能較差的結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)及結(jié)構(gòu)的弱點，有針對性的進行加強，提高整機的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)無法提高整機性能的缺陷，提供一種提高整機性能的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，所述機床包括切割頭和多個結(jié)構(gòu)件，假定多個結(jié)構(gòu)件分別為結(jié)構(gòu)件P1,結(jié)構(gòu)件P2…結(jié)構(gòu)件Pn，其中，η≥2 ;所述方法包括以下步驟:
[0007]步驟a.根據(jù)所述機床的設(shè)計方案，所述多個結(jié)構(gòu)件從所述切割頭處按照順序開始標記和定義，假定結(jié)構(gòu)件P1為與所述切割頭直接固聯(lián)的結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)Pn為與地面直接固聯(lián)的結(jié)構(gòu)件；
[0008]步驟b.逐個增加結(jié)構(gòu)件建立多個模態(tài)分析有限元模型，并根據(jù)有限元分析計算得到每個模態(tài)分析有限元模型在所述切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fnl以及在所述切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值U，假定多個模態(tài)分析有限元模型分別為模態(tài)分析有限元模型M1,模態(tài)分析有限元模型模態(tài)分析有限元模型Mn ；
[0009]步驟c.根據(jù)下述公式I和公式2分別計算在所述切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fnl所對應(yīng)的遞減率Vnl以及在所述切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值U所對應(yīng)的遞減率U，其中，
[0010]公式I:vnl=(f(n_1)rfnl) /f(n_m，
[0011]公式 2:vn2=(f(n_1)2-fn2) /f(n-1)2 ；
[0012]步驟d.根據(jù)遞減率Vnl和遞減率Vn2判定每個結(jié)構(gòu)件性能的強弱以及每個結(jié)構(gòu)件在所述切割頭X方向和Y方向的強弱；
[0013]步驟e.分別對性能較弱的結(jié)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)件中較弱的方向進行改進。
[0014]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，n=4。
[0015]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)件P1為連桿，結(jié)構(gòu)件P2為滑座，結(jié)構(gòu)件P3為橫梁，結(jié)構(gòu)件P4為床身。
[0016]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，在步驟b中，建立切割頭和連桿裝配體的模態(tài)分析有限元模型M1具體包括以下步驟:
[0017]步驟bl0.將連桿的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)；
[0018]步驟bll.連桿以實體形式建模，切割頭以質(zhì)量點建模；
[0019]步驟bl2.切割頭和連桿之間建立剛性連接；
[0020]步驟bl3.在連桿和滑座的裝配面上定義連桿的固定邊界條件；
[0021]步驟bl4.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M1在切割頭X方向擺動的頻率值fn以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f12。
[0022]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M1的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿和滑座裝配體的模態(tài)分析有限元模型M2具體包括以下步驟:
[0023]步驟b20.將滑座的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)；
[0024]步驟b21.滑座以實體形式建模；
[0025]步驟b22.在連桿和滑座之間建立剛性連接；
[0026]步驟b23.在滑座和橫梁的裝配面上定義滑座的固定邊界條件，取消上述步驟bl3中連桿的固定邊界條件；
[0027]步驟b24.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M2在切割頭X方向擺動的頻率值f21以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f22。
[0028]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M2的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿、滑座和橫梁裝配體的模態(tài)分析有限元模型M3具體包括以下步驟:
[0029]步驟b30.將橫梁的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)；
[0030]步驟b31.橫梁以實體形式建模；
[0031]步驟b32.在滑座和橫梁之間建立剛性連接；
[0032]步驟b33.在橫梁和床身的裝配面上定義橫梁的固定邊界條件，取消上述步驟b23中滑座的固定邊界條件；
[0033]步驟b34.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M3在切割頭X方向擺動的頻率值f31以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f32。
[0034]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M3的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿、滑座、橫梁和床身裝配體的模態(tài)分析有限元模型仏具體包括以下步驟:[0035]步驟b40.將床身的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)；
[0036]步驟b41.床身以實體形式建模；
[0037]步驟b42.在橫梁和床身之間建立剛性連接；
[0038]步驟b43.在床身和地面固定連接處定義床身的固定邊界條件，取消上述步驟b33中橫梁的固定邊界條件；
[0039]步驟b44.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M4在切割頭X方向擺動的頻率值f41以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f42。
[0040]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，所述切割頭安裝于連桿下部。
[0041]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，所述方法還包括利用拓撲優(yōu)化和/或尺寸優(yōu)化方法對 多個結(jié)構(gòu)件進行改進。
[0042]在本發(fā)明所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法中，所述激光切割機床的激勵頻率值的范圍為【1，50Hz】。
[0043]實施本發(fā)明的技術(shù)方案，具體以下有益效果:通過在設(shè)計激光切割機床階段找出性能較弱的結(jié)構(gòu)件及結(jié)構(gòu)件中的弱點方向作為改進結(jié)構(gòu)件的判據(jù)，從而能夠達到提高整機的動態(tài)性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0044]下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中:
[0045]圖1是本發(fā)明激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的流程圖；
[0046]圖2是本發(fā)明激光切割機床的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0047]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0048]應(yīng)當說明的是，激光切割機床包括切割頭和多個結(jié)構(gòu)件，在本實施例中，假定多個結(jié)構(gòu)件分別為結(jié)構(gòu)件P1，結(jié)構(gòu)件己…結(jié)構(gòu)件Pn，其中，η > 2 ;請參閱圖1，圖1是本發(fā)明激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法的流程圖，所述方法包括以下步驟:
[0049]在步驟a中，根據(jù)所述機床的設(shè)計方案，所述多個結(jié)構(gòu)件從所述切割頭處按照順序開始標記和定義，在本實施例中，假定結(jié)構(gòu)件P1為與所述切割頭直接固聯(lián)的結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)Pn為與地面直接固聯(lián)的結(jié)構(gòu)件。應(yīng)當說明的是，結(jié)構(gòu)件P1幾乎決定了機床的整個傳動鏈的性能水平；即若結(jié)構(gòu)件P1性能較差，無論結(jié)構(gòu)件P2~結(jié)構(gòu)件Pn的性能有多高，也無法提高切割頭輸出端的性能，所以用戶要重點關(guān)注結(jié)構(gòu)件P1的性能。
[0050]在步驟b中，逐個增加結(jié)構(gòu)件建立多個模態(tài)分析有限元模型，并根據(jù)有限元分析計算得到每個模態(tài)分析有限元模型在所述切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fnl以及在所述切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值U，假定多個模態(tài)分析有限元模型分別為模態(tài)分析有限元模型M1,模態(tài)分析有限元模型M2…模態(tài)分析有限元模型Mn，應(yīng)當說明的是，其中，η >2，模態(tài)分析有限元模型M1,模態(tài)分析有限元模型模態(tài)分析有限元模型Mn是與結(jié)構(gòu)件P1、結(jié)構(gòu)件己…以及結(jié)構(gòu)件Pn —一對應(yīng)的，在本實施例中，激光切割機床的激勵頻率值的范圍為【I，50Hz】，需要解釋的是，模態(tài)分析有限元模型M1在切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值記為fn，在切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值記為f12 ;若fn和f12均在激勵頻率值的范圍內(nèi)，則可認為結(jié)構(gòu)件P1的性能較差，則需要對結(jié)構(gòu)件P1進行改進，模態(tài)分析有限元模型M2在切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值記為f21，在切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值記為f22，若f21和f22均在在激勵頻率值的范圍內(nèi)，則可認為結(jié)構(gòu)件P2的性能較差，則需要對結(jié)構(gòu)件P2進行改進，以此類推，不再贅述。 [0051]這里需要解釋一下有限元分析的概念，有限元分析是利用數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系統(tǒng)(幾何和載荷工況)進行模擬。還利用簡單而又相互作用的元素，即單元，就可以用有限數(shù)量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。也就是說，有限元分析是用較簡單的問題代替復(fù)雜問題后再求解。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對每一單元假定一個合適的(較簡單的)近似解，然后推導(dǎo)求解這個域總的滿足條件(如結(jié)構(gòu)的平衡條件)，從而得到問題的解。這個解不是準確解，而是近似解，因為實際問題被較簡單的問題所代替。由于大多數(shù)實際問題難以得到準確解，而有限元不僅計算精度高，而且能適應(yīng)各種復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當了解，在此不再贅述。
[0052]在步驟c中，根據(jù)下述公式I和公式2分別計算在所述切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fnl所對應(yīng)的遞減率Vnl以及在所述切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值U所對應(yīng)的遞減率Vn2，也就是說，遞減率Vnl和遞減率Vn2分別表示fnl和&的遞減程度，其中，
[0053]公式1:Vnl=(f(n-m-fnl) /f(n-l)l,
[0054]公式2:vn2=(f(n_1)2-fn2) /f(n-1)2 ;其中，η ≥ 2。
[0055]在步驟d中，根據(jù)遞減率Vnl和遞減率Vn2判定每個結(jié)構(gòu)件性能的強弱以及每個結(jié)構(gòu)件在所述切割頭X方向和Y方向的強弱。在本實施例中，比較各個Vnl的大小，Vnl越大則說明第η個結(jié)構(gòu)件對切割頭在X方向的性能的“削弱”越大；反之，Vnl越小則說明第η個結(jié)構(gòu)件對切割頭在X方向的性能的“削弱”越??；比較各個Vn2的大小，Vn2越大則說明第η個結(jié)構(gòu)件對切割頭在Y方向的性能的“削弱”越大；反之，Vn2越小則說明第η個結(jié)構(gòu)件對切割頭在Y方向的性能的“削弱”越小，這樣的話，可得出切割頭Χ、Υ方向性能“削弱”影響較大的結(jié)構(gòu)件、以及該結(jié)構(gòu)件的弱點方向。
[0056]在步驟e中，分別對性能較弱的結(jié)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)件中較弱的方向進行改進。在本實施例中，主要利用拓撲優(yōu)化或者參數(shù)優(yōu)化方法對該結(jié)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)件中較弱的方向進行改進。
[0057]下面以一個具體的例子闡述上述方案，優(yōu)選地，n=4，則在本實施例中，請結(jié)合參閱圖2，圖2是本發(fā)明激光切割機床的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，結(jié)構(gòu)件P1為連桿2，結(jié)構(gòu)件P2為滑座3，結(jié)構(gòu)件P3為橫梁4，結(jié)構(gòu)件P4為床身5。所述切割頭I安裝于連桿2下部。
[0058]在步驟b中，建立切割頭和連桿裝配體的模態(tài)分析有限元模型M1具體包括以下步驟:
[0059]步驟bl0.將連桿的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)。
[0060]步驟bll.連桿以實體形式建模，切割頭以質(zhì)量點建模。[0061]步驟bl2.切割頭和連桿之間建立剛性連接。
[0062]步驟bl3.在連桿和滑座的裝配面上定義連桿的固定邊界條件。
[0063]步驟bl4.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M1在切割頭X方向擺動的頻率值fn以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f12。
[0064]在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M1的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿和滑座裝配體的模態(tài)分析有限元模型M2具體包括以下步驟:
[0065]步驟b20.將滑座的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)；
[0066]步驟b21.滑座以實體形式建模。
[0067]步驟b22.在連桿和滑座之間建立剛性連接。
[0068]步驟b23.在滑座和橫梁的裝配面上定義滑座的固定邊界條件，取消上述步驟bl3中連桿的固定邊界條件。
[0069]步驟b24.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M2在切割頭X方向擺動的頻率值f21以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f22。
[0070]在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M2的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿、滑座和橫梁裝配體的模態(tài)分析有限元模型M3具體包括以下步驟:
[0071]步驟b30.將橫梁的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)。
[0072]步驟b31.橫梁以實體形式建模。
[0073]步驟b32.在滑座和橫梁之間建立剛性連接。
[0074]步驟b33.在橫梁和床身的裝配面上定義橫梁的固定邊界條件，取消上述步驟b23中滑座的固定邊界條件。
[0075]步驟b34.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M3在切割頭X方向擺動的頻率值f31以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f32。
[0076]在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M3的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿、滑座、橫梁和床身裝配體的模態(tài)分析有限元模型M4具體包括以下步驟:
[0077]步驟b40.將床身的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)；
[0078]步驟b41.床身以實體形式建模。
[0079]步驟b42.在橫梁和床身之間建立剛性連接。
[0080]步驟b43.在床身和地面固定連接處定義床身的固定邊界條件，取消上述步驟b33中橫梁的固定邊界條件。
[0081]步驟b44.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M4在切割頭X方向擺動的頻率值f41以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f42。
[0082]假定激光切割機床的激勵頻率值的范圍為【1，50Hz】，則連桿2，滑座3，橫梁4以及床身5這四個結(jié)構(gòu)件所對應(yīng)的模態(tài)分析有限元模型M1、模態(tài)分析有限元模型M2、模態(tài)分析有限元模型M3和模態(tài)分析有限元模型M4分別在切割頭X方向擺動的頻率值fn、f21、f31和f41 ;以及遞減率v21、V31和V41，如表1所示，另外，連桿2，滑座3，橫梁4以及床身5這四個結(jié)構(gòu)件所對應(yīng)的模態(tài)分析有限元模型M1、模態(tài)分析有限元模型M2、模態(tài)分析有限元模型M3和模態(tài)分析有限元模型M4分別在切割頭X方向擺動的頻率值f12、f22、f32和f42 ;以及遞減率v22、V32和V42,如表2所示。
[0083]表 1
【權(quán)利要求】
1.一種激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述機床包括切割頭和多個結(jié)構(gòu)件，假定多個結(jié)構(gòu)件分別為結(jié)構(gòu)件P1，結(jié)構(gòu)件己…結(jié)構(gòu)件Pn,其中，n ^ 2 ;所述方法包括以下步驟: 步驟a.根據(jù)所述機床的設(shè)計方案，所述多個結(jié)構(gòu)件從所述切割頭處按照順序開始標記和定義，假定結(jié)構(gòu)件P1為與所述切割頭直接固聯(lián)的結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)Pn為與地面直接固聯(lián)的結(jié)構(gòu)件； 步驟b.逐個增加結(jié)構(gòu)件建立多個模態(tài)分析有限元模型，并根據(jù)有限元分析計算得到每個模態(tài)分析有限元模型在所述切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fnl以及在所述切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值fn2，假定多個模態(tài)分析有限元模型分別為模態(tài)分析有限元模型M1,模態(tài)分析有限元模型模態(tài)分析有限元模型Mn ； 步驟c.根據(jù)下述公式I和公式2分別計算在所述切割頭X方向擺動的模態(tài)頻率值fnl所對應(yīng)的遞減率Vnl以及在所述切割頭Y方向擺動的模態(tài)頻率值U所對應(yīng)的遞減率vn2，其中，
A 式 1:Vnl (f(n—1)1 fnl ) /[(η—1)1，
公式 2:Vn2= (f(n_D^fn2) /f(n-1)2 ； 步驟d.根據(jù)遞減率Vnl和遞減率Vn2判定每個結(jié)構(gòu)件性能的強弱以及每個結(jié)構(gòu)件在所述切割頭X方向和Y方向的強弱； 步驟e.分別對性能較弱的結(jié)構(gòu)件以及結(jié)構(gòu)件中較弱的方向進行改進。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，n=4。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，結(jié)構(gòu)件P1為連桿，結(jié)構(gòu)件P2為滑座，結(jié)構(gòu)件P3為橫梁，結(jié)構(gòu)件P4為床身。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，在步驟b中，建立切割頭和連桿裝配體的模態(tài)分析有限元模型M1具體包括以下步驟: 步驟bl0.將連桿的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)； 步驟bll.連桿以實體形式建模，切割頭以質(zhì)量點建模； 步驟bl2.切割頭和連桿之間建立剛性連接； 步驟bl3.在連桿和滑座的裝配面上定義連桿的固定邊界條件； 步驟bl4.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M1在切割頭X方向擺動的頻率值fn以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f12。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M1的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿和滑座裝配體的模態(tài)分析有限元模型M2具體包括以下步驟: 步驟b20.將滑座的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)； 步驟b21.滑座以實體形式建模； 步驟b22.在連桿和滑座之間建立剛性連接； 步驟b23.在滑座和橫梁的裝配面上定義滑座的固定邊界條件，取消上述步驟bl3中連桿的固定邊界條件； 步驟b24.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M2在切割頭X方向擺動的頻率值f21以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f22。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M2的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿、滑座和橫梁裝配體的模態(tài)分析有限元模型M3具體包括以下步驟: 步驟b30.將橫梁的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)； 步驟b31.橫梁以實體形式建模； 步驟b32.在滑座和橫梁之間建立剛性連接； 步驟b33.在橫梁和床身的裝配面上定義橫梁的固定邊界條件，取消上述步驟b23中滑座的固定邊界條件； 步驟b34.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M3在切割頭X方向擺動的頻率值f31以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f32。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，在步驟b中，在模態(tài)分析有限元模型M3的基礎(chǔ)上建立切割頭、連桿、滑座、橫梁和床身裝配體的模態(tài)分析有限元模型M4具體包括以下步驟: 步驟b40.將床身的三維實體模型轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入有限元分析軟件中，并且定義材料參數(shù)； 步驟b41.床身以實體形式建模； 步驟b42.在橫梁和床身之間建立剛性連接； 步驟b43.在床身和地面固定連接處定義床身的固定邊界條件，取消上述步驟b33中橫梁的固定邊界條件； 步驟b44.根據(jù)有限元分析計算得到模態(tài)分析有限元模型M4在切割頭X方向擺動的頻率值f41以及在切割頭Y方向擺動的頻率值f42。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述切割頭安裝于連桿下部。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述方法還包括利用拓撲優(yōu)化和/或尺寸優(yōu)化方法對多個結(jié)構(gòu)件進行改進。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項所述的激光切割機床的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述激光切割機床的激勵頻率值的范圍為【1，50Hz】。
【文檔編號】G06F17/50GK103942368SQ201410128590
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】萬虹, 范國成, 肖俊君, 陳根余, 陳燚, 高云峰 申請人:深圳市大族激光科技股份有限公司