[发明专利]PCB加工机床铸铁横梁优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械设计领域，特别是涉及一种PCB加工机床铸铁横梁优化设计方法。

背景技术

PCB加工机床包括平台，在平台上架设横梁与工作台，横梁上设有上下两条导轨，负载设置于导轨上，负载用于在工作台上加工PCB板。横梁常使用花岗石和铸铁材料来制造。花岗石材料具有热胀冷缩小、抗震性好、吸振性好等优点，但是由于资源的有限性，大量的使用使得大体积花岗石资源出现紧缺现象。因此铸铁机架将在PCB加工机床行业占据更大的百分比。

对于PCB加工机床，机械结构是决定机床性能的关键性因素。而机械结构均以机架为基础，机架主要由横梁和床身两部分组成。大跨距的横梁搭载着左右高速运动的部件和高速主轴等，这些部件都对机床精度产生重要影响。因此，横梁的结构性能对机床的性能起着至关重要的作用。对于大跨距铸铁横梁结构，其刚度与质量比值较低、容易变形，横梁设计的难度较高。

传统评价横梁的指标主要有三点，分别是变形、刚度和质量。为了设计出性能较优的横梁结构，目前常用的设计方法是根据载荷和激励情况，凭借经验先设计出一些结构，加工出实物，后装配到机器上，整体测试，综合各种测试结果判断结构性能优越性，确定修改方案，修改后加工出实物再次进行测试，如此循环往复。若初始设计的结构较好，则可能需要修改的次数和工作量就少一些；若结构性能较差，则可能需要多次的修改加工，如此多次的尝试改进需要很长的周期和大量的人力、物力、财力，导致设计的成本较高。

发明内容

基于此，有必要提供一种设计成本低的PCB加工机床铸铁横梁优化设计方法。

一种PCB加工机床铸铁横梁优化设计方法，包括以下步骤：

步骤a，根据长度、宽度、高度的预设值，建立横梁模型；

步骤b，仅改变模型的宽度值，经有限元仿真，得到横梁的结构性能与宽度值的变化关系：横梁变宽时，横梁前后方向刚度增加，模态频率提高，综合变形减小，横梁质量增大，当模态频率提高到最大值且综合变形减小到最小值时，随着横梁质量增大，模态频率降低，横梁上下方向变形增大；

步骤c，仅改变模型的高度值，经有限元仿真，得到横梁的结构性能与高度值的变化关系：横梁变高时，上下方向刚度增加，模态频率提高，综合变形减小，但横梁质量增大，当模态频率提高到最大值且综合变形减小到最小值时，随着横梁质量增大，横梁上下及前后方向变形增大；

步骤d，根据横梁的结构性能与宽度值、高度值的变化关系及制作成本，确定最优宽度值及最优高度值。

在其中一个实施例中，在步骤d之后，还包括以下步骤：

步骤e，将所述横梁模型分割为上板、下板、前板、背板、墩子及内部六块区域；

步骤f，在最优宽度值、最优高度值、长度预设值及上板、下板、前板、背板及墩子的预设值不变的条件下，在横梁模型内部设定不同的加强筋结构，经有限元仿真，得到不同加强筋结构下横梁的结构性能；

步骤g，根据不同加强筋结构下横梁的结构性能，确定最优加强筋结构。

在其中一个实施例中，在步骤g之后，还包括以下步骤：

步骤h，在最优宽度值、最优高度值、最优加强筋结构、长度预设值及下板、前板、背板及墩子的预设值不变的条件下，仅改变模型中上板的厚度值，经有限元仿真，得到横梁的结构性能与上板厚度值的变化关系：上板厚度值增加时，横梁的抗扭能力增强，横梁上导轨的前后变形变小；

步骤i，根据横梁的结构性能与上板厚度值的变化关系及制作成本，确定最优上板厚度值。

在其中一个实施例中，在步骤i之后，还包括以下步骤：

步骤j，在最优宽度值、最优高度值、最优加强筋结构、最优上板厚度值、长度预设值及前板、背板、墩子的预设值不变的条件下，仅改变模型下板的厚度值，经有限元仿真，得到横梁的结构性能与下板厚度值的变化关系：下板厚度值增加时，横梁的抗扭能力增强，横梁下导轨的前后变形变小；

步骤k，根据横梁的结构性能与下板厚度值的变化关系及制作成本，确定最优下板厚度值。

在其中一个实施例中，在步骤k之后，还包括以下步骤：

步骤l，在最优宽度值、最优高度值、最优加强筋结构、最优上板、下板厚度值、长度预设值及背板、墩子的预设值不变的条件下，仅改变模型前板的厚度值，经有限元仿真，得到横梁的结构性能与前板厚度值的变化关系：前板厚度增加时，横梁的变形减小，抗扭能力增强；

步骤m，根据横梁的结构性能与前板厚度值的变化关系及制作成本，确定最优前板厚度值。