[发明专利]一种双面锁紧刀柄/主轴联接性能仿真优化方法

摘要

一种双面锁紧刀柄/主轴联接性能仿真优化方法，包括：参数化建模、结合面建模、施加边界条件、性能分析、优化设计步骤；根据分析结果，用户判断双面锁紧刀柄是否满足设计目标，如果满足设计要求，最终输出性能分析报告；如果未能满足要求，则优化设计模块；在优化设计步骤，自动调用ANSYS中的优化设计模块，用户指定碟簧刚度、端面间隙、碟簧预紧力、拉刀力为设计变量，定义性能分析中的刀尖点位移和结合面应力极值为优化目标，并设定变量范围，系统进行优化计算，最终输出优化后的结构参数。本发明利用有限元软件ANSYS二次开发平台，对双面锁紧刀柄/主轴及其结合面进行参数化建模，并对双面锁紧刀柄结构关键参数进行了优化设计。

主权项

一种双面锁紧刀柄/主轴联接性能仿真优化方法，包括：参数化建模、结合面建模、施加边界条件、性能分析、优化设计步骤；其特征在于：所述的参数化建模步骤，利用面回转拉伸生成双面锁紧刀柄，再利用布尔操作生成刀柄上的键槽；主轴模型根据需求，直接调用已有的标准主轴模型；建模过程中，利用APDL语言定义结构参数变量；生成实体模型后，采用自由模式进行网格划分，生成有限元网格模型；所述的结合面建模步骤，分为锥形结合面建模和端面结合面建模；弹簧‑阻尼结合面模型利用自定义矩阵单元仿真，通过for循环，在刀柄/主轴结合面生成结合面单元刚性联接刀柄/主轴结合面单元节点，并定义结合面刚度和阻尼为输入变量；所述的施加边界条件步骤，包括极限转速、轴承约束位置、拉刀力、切削力载荷；轴承约束定义为Fixed Support，需要手动拾取轴承约束面，其他边界条件设置为输入变量；所述的性能分析步骤，首先设置分析类型，包括静力学分析，模态分析，谐响应分析；静力学分析后处理中输出应力、应变分布云图、结合面应力极值、刀尖点位移；模态分析后处理中输出模态频率和模态振型图；谐响应分析进一步定义求解方法和载荷步选项，后处理中输出应力、应变或位移分量云图和关键点频响函数图；根据上述分析结果，用户判断双面锁紧刀柄是否满足设计目标，如果满足设计要求，则最终输出该双面锁紧刀柄性能分析报告；如果未能满足设计要求，则进入优化设计模块；所述的优化设计步骤，系统自动调用ANSYS中的优化设计模块，用户指定碟簧刚度、端面间隙、碟簧预紧力、拉刀力为设计变量，定义性能分析中的刀尖点位移和结合面应力极值为优化目标，并设定变量取值范围，系统调入APDL优化命令流，进行优化计算，最终输出优化后的结构参数。