[发明专利]一种激光切割机床的结构设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工机床设计领域，尤其涉及一种激光切割机床的结构设计方法。

背景技术

高速高精机床保证加工精度非常重要的一个因素是机构在高速运行过程中的动态性能。在高速激光切割机床结构中，机械结构的动态性能直接影响切割精度。在一定动态力的作用下，机械结构的动态性能越好，其抗振能力越好，产生的振幅越小，加工精度越高。

在三维五轴激光切割机床结构中，其大件结构如切割头连杆、横梁、床身等结构的动态性能对整机的动态性能是决定性的。因此对大件结构进行合理优化设计，是很有必要的。

目前利用有限元仿真和振动测试方法对各个大件结构单独进行模态、静力学分析及优化是常规而有效的方法。但是单独对各个结构件进行分析和改进常常只能提高单个结构件的性能，而整机的性能是不确定的。当从整机考虑改进时就涉及到各个结构件的“相互匹配”问题，即找出性能较差的结构环节及结构的弱点，有针对性的进行加强，提高整机的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术无法提高整机性能的缺陷，提供一种提高整机性能的激光切割机床的结构设计方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种激光切割机床的结构设计方法，所述机床包括切割头和多个结构件，假定多个结构件分别为结构件P₁，结构件P₂…结构件P_n,其中，n≥2；所述方法包括以下步骤：

步骤a.根据所述机床的设计方案，所述多个结构件从所述切割头处按照顺序开始标记和定义，假定结构件P₁为与所述切割头直接固联的结构件，结构P_n为与地面直接固联的结构件；

步骤b.逐个增加结构件建立多个模态分析有限元模型，并根据有限元分析计算得到每个模态分析有限元模型在所述切割头X方向摆动的模态频率值f_n1以及在所述切割头Y方向摆动的模态频率值f_n2,假定多个模态分析有限元模型分别为模态分析有限元模型M₁,模态分析有限元模型M₂…模态分析有限元模型M_n；

步骤c.根据下述公式1和公式2分别计算在所述切割头X方向摆动的模态频率值f_n1所对应的递减率v_n1以及在所述切割头Y方向摆动的模态频率值f_n2所对应的递减率v_n2，其中，

公式1：v_n1=(f_(n-1)1-f_n1）/f_(n-1)1，

公式2：v_n2=(f_(n-1)2-f_n2）/f_(n-1)2；

步骤d.根据递减率v_n1和递减率v_n2判定每个结构件性能的强弱以及每个结构件在所述切割头X方向和Y方向的强弱；

步骤e.分别对性能较弱的结构件以及结构件中较弱的方向进行改进。

在本发明所述的激光切割机床的结构设计方法中，n=4。

在本发明所述的激光切割机床的结构设计方法中，结构件P₁为连杆，结构件P₂为滑座，结构件P₃为横梁，结构件P₄为床身。

在本发明所述的激光切割机床的结构设计方法中，在步骤b中，建立切割头和连杆装配体的模态分析有限元模型M₁具体包括以下步骤：

步骤b10.将连杆的三维实体模型转换后导入有限元分析软件中，并且定义材料参数；

步骤b11.连杆以实体形式建模，切割头以质量点建模；

步骤b12.切割头和连杆之间建立刚性连接；

步骤b13.在连杆和滑座的装配面上定义连杆的固定边界条件；

步骤b14.根据有限元分析计算得到模态分析有限元模型M₁在切割头X方向摆动的频率值f₁₁以及在切割头Y方向摆动的频率值f₁₂。

在本发明所述的激光切割机床的结构设计方法中，在步骤b中，在模态分析有限元模型M₁的基础上建立切割头、连杆和滑座装配体的模态分析有限元模型M₂具体包括以下步骤：