專利名稱：一種立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法。
背景技術(shù)：
目前，球面磨床的精度低，而且生產(chǎn)效率也低；隨著高端球閥行業(yè)的迅速發(fā)展，特別是硬密封球閥廣泛應(yīng)用，對(duì)球體的精度要求越來(lái)越高，從而對(duì)球面磨床的加工精度及效率提出了更高的要求，這就需要結(jié)構(gòu)更加優(yōu)秀，運(yùn)動(dòng)參數(shù)更加合理的球面磨床。為此，我們研發(fā)了一種為研發(fā)高端立式球面磨床提供了有效途徑的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠?qū)α⑹角蛎婺ゴ策M(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是一種立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，包含以下步驟
(1)立式球面磨床的幾何建模在三維軟件中建立立式球面磨床的三維模型；
(2)工件球體的幾何建模在三維軟件中對(duì)工件球體進(jìn)行三維建模；
(3)磨頭動(dòng)力部件的幾何建模在三維軟件中建立磨頭動(dòng)力部件的三維模型；
(4)夾緊部件的幾何建模在三維軟件中建立夾緊部件的三維模型；
(5)線軌滑塊的幾何建模在三維軟件中建立線軌滑塊的三維模型；
(6)零件材料及屬性設(shè)定在有限元分析軟件中定義所有零件的密度、彈性模量、泊松t匕、阻尼的參數(shù)；
(7)接觸、連接關(guān)系模擬在有限元分析軟件中并定義部件之間的接觸、連接關(guān)系；
(8)物理加載模擬在有限元分析軟件中給磨頭動(dòng)力部件及立式球面磨床的三維模型中的轉(zhuǎn)臺(tái)與工件球體連接處分別施加驅(qū)動(dòng)力，在工件球體、磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)上分別施加磨削載荷，按照最大可能的存在的磨削力進(jìn)行施加，在夾緊部件內(nèi)部相應(yīng)的部分對(duì)工件球體施加夾緊力；
(9)動(dòng)力分析步驟在有限元分析軟件中創(chuàng)建動(dòng)力學(xué)分析，測(cè)量分析工件球體、磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)、立式球面磨床的基礎(chǔ)件的應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度、作用力、力矩；
(10)評(píng)價(jià)步驟根據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)立式球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件及基礎(chǔ)件進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)基礎(chǔ)件做出合理改進(jìn)，對(duì)磨頭動(dòng)力部件和工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)的設(shè)定，以適應(yīng)立式球面磨床正常工作的要求，保證加工精度。優(yōu)選的，在所述步驟(I)中的立式球面磨床和步驟(2 )中的工件球體及步驟(3 )中的磨頭動(dòng)力部件采用參數(shù)化建模，并進(jìn)行正確的裝配。優(yōu)選的，在所述步驟(5)中對(duì)線軌滑塊建模并將其簡(jiǎn)化，將線軌滑塊中的導(dǎo)軌和滑塊的結(jié)合面設(shè)置為矩形，并保證結(jié)合面長(zhǎng)度尺寸與實(shí)際一致。優(yōu)選的，在所述步驟(6)中，工件球體、磨盤(pán)設(shè)置為柔性體，其它部件設(shè)置為剛性體，并定義所有部件的材料、質(zhì)量屬性，對(duì)所有的柔性體定義彈性模量、泊松比及阻尼，并與實(shí)際相符。優(yōu)選的，在所述步驟(7)對(duì)立式球面磨床中的主軸箱組件與立柱組件連接的導(dǎo)軌滑塊之間采用平移連接，立柱箱組件與立式球面磨床中的床身組件連接的導(dǎo)軌滑塊之間采用摩擦連接,并給定摩擦系數(shù),磨頭動(dòng)力部件與主軸箱部件之間采用旋轉(zhuǎn)副連接,工件球體與夾緊部件之間采用旋轉(zhuǎn)副連接，所有組件內(nèi)部的零件之間采用綁定，床身組件與地面之間采用固定副連接。優(yōu)選的，在所述步驟(8)中，立式球面磨床中的轉(zhuǎn)臺(tái)與工件球體連接處施加驅(qū)動(dòng)力大小要控制工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行分步施加從Irpm 60 rpm ;夾緊部件對(duì)工件球體施加的夾緊力進(jìn)行分步加載從3000N 25000N，每間隔500N。優(yōu)選的，在所述步驟(10)中，通過(guò)對(duì)步驟(9)中動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)工件球體、磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)、立式球面磨床中的基礎(chǔ)件的變形、應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度、作用力、力矩進(jìn)行測(cè)量，對(duì)立式球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件及基礎(chǔ)件進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)基礎(chǔ)件做出合理改進(jìn)，對(duì)磨頭動(dòng)力部件和工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)的設(shè)定，以適應(yīng)立式球面磨床正常工作的要求，保證加工精度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，通過(guò)對(duì)球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件進(jìn)行校驗(yàn)并進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)η蛎婺サ母鞣N實(shí)際磨削工況進(jìn)行分析，研究不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，工件球體、磨頭、基礎(chǔ)件的應(yīng)力、應(yīng)變情況，從而調(diào)整運(yùn)動(dòng)參數(shù)及基礎(chǔ)件來(lái)提高球面磨床的精度和效率，提高材料的利用率，降低研發(fā)和制造成本。


圖1 :本發(fā)明所述立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法中所述的立式球面磨床的三維模型；
圖2 :本發(fā)明所述立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法中所述的立式球面磨床的三維模型中床身組件的導(dǎo)軌面變形量隨時(shí)間歷程變化曲線 圖3 :本發(fā)明所述立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法中所述的立式球面磨床的三維模型中立柱組件中的立柱受彎矩隨時(shí)間歷程變化曲線 圖4 :本發(fā)明所述立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法中所述的立式球面磨床的三維模型中主軸箱組件的應(yīng)力隨時(shí)間歷程變化曲線 圖5 :本發(fā)明所述立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法中所述的磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)的應(yīng)變隨時(shí)間歷程變形曲線 圖6 :本發(fā)明所述立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法中所述的工件球體的應(yīng)變隨時(shí)間歷程變形曲線 圖中1、床身組件；2、主軸箱組件；3、立柱組件；4、磨頭動(dòng)力部件；5、尾架組件；
6、工件球體；7、支架組件；8、轉(zhuǎn)臺(tái)部件；9、磨盤(pán)；10、主軸電機(jī)；11、主軸；12、夾具；13、滑塊；14、導(dǎo)軌；15、導(dǎo)軌；16、滑塊。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖1-6對(duì)本申請(qǐng)的分析方法做進(jìn)一步的說(shuō)明。
1、立式球面磨床的三維幾何建模在高級(jí)三維軟件PRO/ENGINEER軟件建立三維模型，在PRO/ENGINEER軟件中標(biāo)準(zhǔn)模式下對(duì)立式球面磨床中的基礎(chǔ)件中的床身組件1、主軸箱組件2、立柱組件3、尾架組件5，支架組件7、轉(zhuǎn)臺(tái)8組件建模，并利用參數(shù)和關(guān)系對(duì)關(guān)心及可能需要結(jié)構(gòu)調(diào)整的基礎(chǔ)部件進(jìn)行參數(shù)化建模，并進(jìn)行模塊化裝配；(如圖1所示);
2、工件球體的三維幾何建模在高級(jí)三維軟件PRO/ENGINEER軟件中利用參數(shù)和關(guān)系對(duì)最大規(guī)格尺寸的工件球體6進(jìn)行三維參數(shù)化建模，并進(jìn)行裝配；
3、磨頭動(dòng)力部件的三維幾何建模在高級(jí)三維軟件PRO/ENGINEER中分別對(duì)磨頭動(dòng)力部件中的主電機(jī)10，主軸11，軸承，帶輪建模，利用參數(shù)和關(guān)系對(duì)磨盤(pán)9進(jìn)行參數(shù)化建模，并進(jìn)行裝配；
4、夾緊部件的三維幾何建模在高級(jí)三維軟件PRO/ENGINEER中對(duì)夾緊部件中的頂尖、套筒、工裝夾具12、軸承進(jìn)行建模，并進(jìn)行裝配；
5、線軌滑塊的三維幾何建模在高級(jí)三維軟件PRO/ENGINEER中分別對(duì)線軌滑塊的直線導(dǎo)軌14、15和滾動(dòng)滑塊13、16建模，并進(jìn)行裝配；
6、零件材料及屬性設(shè)定利用PRO/ENGINEER軟件與分析軟件ANSYSWorkbench的無(wú)縫集成技術(shù)，將裝配好的立式球面磨床三維模型導(dǎo)入到ANSYS Workbench軟件中，調(diào)用Transient Structural模塊,在Engineering Data中定義所有零件的密度、彈性模量、泊松t匕、阻尼的參數(shù)；
7、接觸、連接關(guān)系模擬在ANSYSWorkbench軟件Transient Structural模塊中定義零部件及組件之間的接觸、連接關(guān)系，包括主軸箱組件2與立柱組件3連接的導(dǎo)軌15和滑塊16之間采用平移連接，立柱組件3與床身組件I連接的導(dǎo)軌14滑塊13之間采用摩擦連接，給定摩擦系數(shù)，磨頭動(dòng)力部件4與主軸箱部件2之間采用旋轉(zhuǎn)副連接，工件球體6與夾緊部件5之間采用旋轉(zhuǎn)副連接，所以組件內(nèi)部的零件之間采用綁定，床身組件I與地面之間采用固定副連接；
8、物理加載模擬在ANSYSWorkbench軟件Transient Structural模塊中對(duì)磨頭動(dòng)力部件4及轉(zhuǎn)臺(tái)8與工件球體6連接處分別施加驅(qū)動(dòng)力,轉(zhuǎn)臺(tái)與工件球體連接處施加驅(qū)動(dòng)力大小要控制工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行分步施加從Irpm 60 rpm,在工件球體6、磨盤(pán)9上分別施加磨削載荷，按照最大可能的存在的磨削力進(jìn)行施加，在夾緊部件5內(nèi)部對(duì)工件球體施加相應(yīng)的夾緊力，分步加載從3000N 25000N，每間隔500N ；
9、動(dòng)力分析步驟在ANSYSWorkbench分析軟件Transient Structural模塊中創(chuàng)建動(dòng)力學(xué)分析，并進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)用后處理模塊中的Deformation, Equivalent Stress,Equivalent Elastic Strain, Probe分析球體6、磨盤(pán)9、基礎(chǔ)部件的應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度、作用力、力矩隨著時(shí)間歷程的變化情況，(如圖2 6所示)；
10、評(píng)價(jià)步驟根據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)立式球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件及基礎(chǔ)件進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)基礎(chǔ)件做出合理改進(jìn)，對(duì)磨頭動(dòng)力部件和工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)的設(shè)定，以適應(yīng)立式球面磨床正常工作的要求，保證加工精度。本發(fā)明所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，通過(guò)對(duì)球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件進(jìn)行校驗(yàn)并進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)η蛎婺サ母鞣N實(shí)際磨削工況進(jìn)行分析，研究不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，工件球體、磨頭、基礎(chǔ)件的應(yīng)力、應(yīng)變情況，從而調(diào)整運(yùn)動(dòng)參數(shù)及基礎(chǔ)件來(lái)提高球面磨床的精度和效率，提高材料的利用率，降低研發(fā)和制造成本。
上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并加以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，包含以下步驟 (1)立式球面磨床的幾何建模在三維軟件中建立立式球面磨床的三維模型； (2)工件球體的幾何建模在三維軟件中對(duì)工件球體進(jìn)行三維建模； (3)磨頭動(dòng)力部件的幾何建模在三維軟件中建立磨頭動(dòng)力部件的三維模型； (4)夾緊部件的幾何建模在三維軟件中建立夾緊部件的三維模型； (5)線軌滑塊的幾何建模在三維軟件中建立線軌滑塊的三維模型； (6)零件材料及屬性設(shè)定在有限元分析軟件中定義所有零件的密度、彈性模量、泊松t匕、阻尼的參數(shù)； (7)接觸、連接關(guān)系模擬在有限元分析軟件中并定義部件之間的接觸、連接關(guān)系； (8)物理加載模擬在有限元分析軟件中給磨頭動(dòng)力部件及立式球面磨床的三維模型中的轉(zhuǎn)臺(tái)與工件球體連接處分別施加驅(qū)動(dòng)力，在工件球體、磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)上分別施加磨削載荷，按照最大可能的存在的磨削力進(jìn)行施加，在夾緊部件內(nèi)部相應(yīng)的部分對(duì)工件球體施加夾緊力； (9)動(dòng)力分析步驟在有限元分析軟件中創(chuàng)建動(dòng)力學(xué)分析，測(cè)量分析工件球體、磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)、立式球面磨床的基礎(chǔ)件的應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度、作用力、力矩； (10)評(píng)價(jià)步驟根據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)立式球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件及基礎(chǔ)件進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)基礎(chǔ)件做出合理改進(jìn)，對(duì)磨頭動(dòng)力部件和工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)的設(shè)定，以適應(yīng)立式球面磨床正常工作的要求，保證加工精度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征是在所述步驟(I)中的立式球面磨床和步驟(2)中的工件球體及步驟(3)中的磨頭動(dòng)力部件采用參數(shù)化建模，并進(jìn)行正確的裝配。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征是在所述步驟(5)中對(duì)線軌滑塊建模并將其簡(jiǎn)化，將線軌滑塊中的導(dǎo)軌和滑塊的結(jié)合面設(shè)置為矩形，并保證結(jié)合面長(zhǎng)度尺寸與實(shí)際一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征是在所述步驟(6)中，工件球體、磨盤(pán)設(shè)置為柔性體，其它部件設(shè)置為剛性體，并定義所有部件的材料、質(zhì)量屬性，對(duì)所有的柔性體定義彈性模量、泊松比及阻尼，并與實(shí)際相符。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征是在所述步驟(7)對(duì)立式球面磨床中的主軸箱組件與立柱組件連接的導(dǎo)軌滑塊之間采用平移連接，立柱箱組件與立式球面磨床中的床身組件連接的導(dǎo)軌滑塊之間采用摩擦連接，并給定摩擦系數(shù)，磨頭動(dòng)力部件與主軸箱部件之間采用旋轉(zhuǎn)副連接，工件球體與夾緊部件之間采用旋轉(zhuǎn)副連接，所有組件內(nèi)部的零件之間采用綁定，床身組件與地面之間采用固定副連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征是在所述步驟(8)中，立式球面磨床中的轉(zhuǎn)臺(tái)與工件球體連接處施加驅(qū)動(dòng)力大小要控制工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行分步施加從Irpm 60 rpm ;夾緊部件對(duì)工件球體施加的夾緊力進(jìn)行分步加載從3000N 25000N，每間隔 500N。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，其特征是在所述步驟(10)中，通過(guò)對(duì)步驟(9)中動(dòng)力學(xué)分析，對(duì)工件球體、磨頭動(dòng)力部件中的磨盤(pán)、立式球面磨床中的基礎(chǔ)件的變形、應(yīng)力、應(yīng)變、速度、加速度、作用力、力矩進(jìn)行測(cè)量，對(duì)立式球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件及基礎(chǔ)件進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)基礎(chǔ)件做出合理改進(jìn)，對(duì)磨頭動(dòng)力部件和工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué) 的設(shè)定，以適應(yīng)立式球面磨床正常工作的要求，保證加工精度。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種立式球面磨床的動(dòng)力學(xué)分析方法，包含以下步驟(1)立式球面磨床的幾何建模；(2)工件球體的幾何建模；(3)磨頭動(dòng)力部件的幾何建模；(4)夾緊部件的幾何建模；(5)線軌滑塊的幾何建模；(6)零件材料及屬性設(shè)定；(7)接觸、連接關(guān)系模擬；(8)物理加載模擬；(9)動(dòng)力分析步驟；(10)評(píng)價(jià)步驟根據(jù)分析的結(jié)果，對(duì)立式球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件及基礎(chǔ)件進(jìn)行科學(xué)的評(píng)價(jià)，對(duì)基礎(chǔ)件做出合理改進(jìn)，對(duì)磨頭動(dòng)力部件和工件球體的轉(zhuǎn)速進(jìn)行科學(xué)的設(shè)定，以適應(yīng)立式球面磨床正常工作的要求，保證加工精度；本發(fā)明方案通過(guò)對(duì)球面磨床的磨頭動(dòng)力部件、夾緊部件進(jìn)行校驗(yàn)并進(jìn)行調(diào)整，能夠?qū)η蛎婺サ母鞣N實(shí)際磨削工況進(jìn)行分析，研究不同運(yùn)動(dòng)參數(shù)時(shí)，工件球體、磨頭、基礎(chǔ)件的應(yīng)力、應(yīng)變情況，從而調(diào)整運(yùn)動(dòng)參數(shù)及基礎(chǔ)件來(lái)提高球面磨床的加工精度和效率。
文檔編號(hào)G06F17/50GK103020376SQ20121057097
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者龔肖新, 許萍, 盧強(qiáng) 申請(qǐng)人:蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院