CN101430734B - 一种钻孔机横梁装配的仿真方法、系统及设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于数据处理领域，提供了一种钻孔机横梁装配的仿真方法、系统及设备，所述方法包括下述步骤：根据存储的模型数据建立横梁模型；根据建立的横梁模型建立有限元模型；根据存储的模型材料、工作温度和分析参数对所述有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果；判断分析结果是否满足存储的设计目标；在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改存储的分析参数和/或模型数据。在本发明中，通过对横梁模型导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，并根据分析结果修改存储的分析参数和模型数据，实现了一种钻孔机横梁装配的仿真方法，能够在样品制造前尽早发现、解决问题，提高产品质量、缩短开发周期、降低成本。

Description

一种钻孔机横梁装配的仿真方法、系统及设备

技术领域

本发明属于数据处理领域，尤其涉及一种钻孔机横梁装配的仿真方法、系统及设备。

背景技术

随着印刷电路板(Printed circuit board，PCB)相关产业的发展，特别是PCB板的精度基本要控制在微米的量级，多轴级联PCB钻孔机的横梁跨度近4米，并且其设计面对的是高端客户，因而对于产品的质量、精度的要求都格外严格，这就对传统的PCB钻孔机的加工精度提出了严峻的挑战。为达到微米量级的精度控制，需要开展如下几方面的问题研究：1)重力，PCB钻孔机的功能要求决定了横梁的结构形式，但是重力会引起横梁变形不均匀，需要分析重力对横梁导轨安装基面的精度影响；2)温度，温度相对于重力更难以预测，因为其在装配、生产等过程中是一个容易经常变化的量，不同的温度产生的热应力、膨胀对横梁导轨精度的影响不同；3)连接螺栓，不同的螺栓预紧力、加载顺序都会对横梁导轨安装基面的变形、精度产生的影响。

为提高钻孔机横梁主、副导轨安装基面的精度以及改善垂直度，传统的方法采用串联式的设计模式，一般是通过简单的计算、反复的实验、或者经验进行装配工艺优化，从而逐步提高横梁导轨安装基面的精度以及改善垂直度，不能在样品制造前尽早发现、解决问题，产品开发周期长、成本高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种钻孔机横梁装配的仿真方法，旨在解决现有方法不能在样品制造前尽早发现、解决问题，产品开发周期长、成本高的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种钻孔机横梁装配的仿真方法，所述方法包括下述步骤：

根据存储的模型数据建立横梁模型；

根据建立的横梁模型建立有限元模型；

根据存储的模型材料、工作温度和分析参数对所述有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果；

判断分析结果是否满足存储的设计目标；

在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改存储的相应分析参数和/或模型数据。

本发明实施例的另一目的在于提供钻孔机横梁装配仿真系统，所述系统包括：

存储单元，用于存储模型数据、模型材料、工作温度、分析参数和设计目标；

建模单元，用于根据存储的模型数据建立横梁模型；

有限元建模模块，用于根据所述建模单元建立的横梁模型建立有限元模型；

有限元分析模块，用于根据所述存储单元存储的模型材料、工作温度和分析参数对所述有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果；

判断单元，用于判断分析结果是否满足存储的设计目标；以及

调整单元，用于在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改所述存储单元存储的相应分析参数和/或模型数据。

本发明实施例的另一目的在于提供包含上述钻孔机横梁装配仿真系统的电子设备。

在本发明实施例中，通过对横梁模型导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，并根据分析结果修改存储的分析参数和模型数据，实现了一种钻孔机横梁装配的仿真方法，能够在样品制造前尽早发现、解决问题，提高产品质量、缩短开发周期、降低成本。

附图说明

图1是本发明实施例提供的钻孔机横梁装配的仿真方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的CAD横梁模型示意图；

图3是本发明实施例提供的有限元模型示意图；

图4是本发明实施例提供的改进前主、副导轨变形曲线示意图；

图5是本发明实施例提供的改进后主、副导轨变形曲线示意图；

图6是本发明实施例提供的钻孔机横梁装配仿真系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中，通过对横梁模型导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，并根据分析结果修改存储的分析参数和模型数据，实现了一种钻孔机横梁装配的仿真方法。

图1示出了本发明实施例提供的钻孔机横梁装配的仿真方法的实现流程，详述如下：

在步骤S101中，根据存储的模型数据建立横梁模型；

在步骤S102中，根据存储的模型材料、工作温度和分析参数对横梁模型导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果；

在步骤S103中，判断分析结果是否满足存储的设计目标，如果不符合则执行步骤S104，否则结束；

在步骤S104中，在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改存储的相应分析参数和/或模型数据，并执行步骤S102。

在本发明实施例中，主要利用计算机辅助教育(Computer Aided Education，CAE)技术进行横梁装配工艺的仿真，采用计算机辅助设计(Computer AidedDesign，CAD)软件建立如图2所示的横梁模型为CAD横梁模型，包括横梁装配工艺中涉及到的零件，再将建立的CAD横梁模型导入有限元法(FiniteElement Method，FEM)软件，即：进行FEM分析，基于有限元方法建立如图3所示的有限元模型。这里，FEM软件接收到CAD横梁模型后，还可以先对模型进行检查及一些简单的光滑处理。

然后，对有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，步骤S102具体为：

步骤1.根据建立的横梁模型建立有限元模型；

步骤2.根据存储的模型材料、工作温度和分析参数对有限元模型主导轨204、副导轨205安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果。

这里，在建立的有限元模型中定义接触体，对于本横梁模型，定义四个独立的可能接触其他物体的接触体：横梁201、横梁底座202、床身203、螺栓(因为螺栓安装是一个沉孔式的设计，完全在孔里，所以图2、3中没有标识出螺栓)。然后，再根据建立的有限元模型定义接触关系，即定义接触体间的作用形式，例如摩擦接触、粘接接触等，并且由存储的模型材料可以确定摩擦系数、热传导系数等相关系数。存储的分析参数包括：工作温度、螺栓预紧力和螺栓加载顺序。根据存储的分析参数，在FEM软件中的初始条件中定义工作温度，在边界条件中定义螺栓预紧力和螺栓加载顺序。其中，工作温度、螺栓预紧力为时间表格函数。设定完FEM软件中的相应边界条件后，结合不同工况调用不同的边界条件，模拟工作温度、螺栓预紧力及螺栓加载顺序变化，对有限元模型主导轨204、副导轨205安装基面的精度及垂直度进行的非耦合分析和耦合分析，得到主、副导轨变形曲线，通过主导轨204、副导轨205的变形曲线趋势可以得到工作温度、螺栓预紧力及加载顺序对横梁201的变形影响。这里，非耦合分析用于分析在重力、螺栓预紧力作用时横梁201的变形情况，根据得到的横梁201变形情况可以验证横梁模型建立的正确性；耦合分析用于在同时考虑工作温度、重力、螺栓预紧力和螺栓加载顺序时，分析横梁201的变形情况，耦合分析更接近实际的装配环境。当然，在非耦合分析得出横梁模型建立不正确的情况下，需要先重新建立横梁模型。进一步地，为了简化分析步骤，可以省略非耦合分析，而直接根据存储的分析参数对有限元模型主导轨204、副导轨205安装基面的精度及垂直度进行耦合性分析。

另外，如果工作温度与设计温度的区别明显的话，例如可以工作温度与设计温度相差在±2℃以上认为区别明显，还需要进一步根据温度的变化量、模型材料的性能参数曲线(例如材料弹性模量-温度曲线等)等分析处于不同温度时有限元模型主导轨204、副导轨205安装基面的精度及垂直度的变化情况。

接着，判断分析结果是否满足存储的设计目标，即判断主、副导轨变形曲线之间的距离是否在存储的设计目标的范围内，如果是则说明已经满足设计目标，结束；否则，需要根据分析结果修改存储的螺栓预紧力和螺栓加载顺序两项分析参数和/或模型数据，并重新进行耦合分析。

在本发明实施例中，工作温度设定为20℃，改进前螺栓预紧力都为380N·M，螺栓预紧力顺序为先两端、后中间，先前、后后，对应的主导轨变形曲线401、副导轨变形曲线402如图4所示。改进后前部分螺栓预紧力为380N·M，后部分螺栓预紧力为280N·M，螺栓预紧力顺序为先中间、后两端，先前、后后，对应的主导轨变形曲线501、副导轨变形曲线502如图5所示。其中，这些分析参数仅对本发明实施例中的横梁模型有效，主导轨204、副导轨205的工作范围为图4、5中横坐标的2到9格，可以看出主导轨204、副导轨205在工作范围内的垂直度有明显的改善，即改进后主导轨204、副导轨205在2到9格的范围内主导轨变形曲线501、副导轨变形曲线502间的距离缩小。对于其他的横梁模型，可以根据实际情况设定各分析参数。进一步地，有些时候也需要根据分析结果修改存储的模型数据，对建立的横梁模型进行修改。

当然，上述根据存储的模型数据建立横梁模型的步骤也可以采用FEM软件实现，只是FEM软件的前处理器中对模型设计的要求较严格，而CAD软件比FEM软件的前处理器更易于处理结构模型的设计、简化工作，不仅可以节省更多的建模时间，还可以减少FEM软件的计算时间、提高计算精度。

为了便于远程接收、修改模型数据，提高建立横梁模型的灵活性，作为本发明的一个优选实施例，在步骤S101前，还包括：

存储通过网络接收到的模型数据。

这里，可以通过有线、无线网络等远程接收模型数据，并存储接收到的模型数据，然后根据存储的模型数据建立横梁模型。

为了便于设计部门与生产部门之间的远程协作，作为本发明的另一个优选实施例，在步骤S103，判断分析结果是否满足存储的设计目标后，还包括：

在分析结果满足存储的设计目标时，通过网络发送存储的装配横梁201所需的模型材料、工作温度、分析参数和模型数据。

同样，可以通过有线、无线网络等向相关生产部分发送存储的已符合要求的装配横梁201所需的模型材料、工作温度、分析参数和模型数据，生产部门根据接收到的相应模型材料、工作温度、分析参数和模型数据装配横梁201。

图6示出了本发明实施例提供的钻孔机横梁装配仿真系统的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该系统可以用于电子设备，例如计算机等，可以是运行于这些电子设备内的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元，也可以作为独立的挂件集成到这些电子设备中或者运行于这些电子设备的应用系统中，其中：

存储单元601，存储模型数据、模型材料、工作温度、分析参数和设计目标。

建模单元602，根据存储的模型数据建立横梁模型，在本发明实施例中可以采用CAD软件来实现，其实现方式如上所述，不再赘述。

分析单元603，根据存储单元601存储的模型材料、工作温度和分析参数对横梁模型导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果。

判断单元604，判断分析结果是否满足存储的设计目标。

调整单元605，在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改存储单元601存储的相应分析参数和/或模型数据，其实现方式如上所述，不再赘述。

其中，分析单元603包括：

有限元建模模块6031，根据建模单元602建立的横梁模型建立有限元模型。

有限元分析模块6032，根据存储单元601存储的模型材料、工作温度和分析参数对有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果，分析参数为螺栓预紧力和螺栓加载顺序，其实现方式如上所述，不再赘述。

在本发明实施例中，分析单元603、判断单元604和调整单元605可以采用FEM软件来实现。当然，建模单元602也可以采用FEM软件来实现。

为了便于远程接收、修改模型数据，提高建立横梁模型的灵活性，作为本发明的一个优选实施例，钻孔机横梁装配仿真系统还包括：

数据接收单元606，将通过网络接收到的模型数据存储到存储单元601中，其实现方式如上所述，不再赘述。

为了便于设计部门与生产部门之间的远程协作，作为本发明的另一个优选实施例，钻孔机横梁装配仿真系统还包括：

数据发送单元607，在分析结果满足存储的设计目标时，通过网络发送存储的装配横梁所需的模型材料、工作温度、分析参数和模型数据，其实现方式如上所述，不再赘述。

在本发明实施例中，通过对横梁模型导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，并根据分析结果修改存储的分析参数和模型数据，实现了一种钻孔机横梁装配的仿真方法，能够在样品制造前尽早发现、解决问题，提高产品质量、缩短开发周期、降低成本。

另外，CAE技术是一种现代设计手段，借助计算机进行产品的虚拟开发，从而降低产品的研发成本、开发周期，提高产品的竞争力。本发明实施例利用CAD软件进行虚拟产品建模、FEM软件模拟横梁的装配工艺，分析横梁主、副导轨安装基面的变形，以提高导轨的精度、改善垂直度为目标，进行横梁装配工艺的部分改进。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以在存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钻孔机横梁装配的仿真方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

根据存储的模型数据建立横梁模型；

根据建立的横梁模型建立有限元模型；

根据存储的模型材料、工作温度和分析参数对所述有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果；

判断分析结果是否满足存储的设计目标；

在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改存储的相应分析参数和/或模型数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述横梁模型为CAD横梁模型。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析参数为螺栓预紧力和螺栓加载顺序。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述判断分析结果是否满足存储的设计目标的步骤后，所述方法还包括下述步骤：

在分析结果满足存储的设计目标时，通过网络发送存储的装配横梁所需的模型材料、工作温度、分析参数和模型数据。

5.一种钻孔机横梁装配仿真系统，其特征在于，所述系统包括：

存储单元，用于存储模型数据、模型材料、工作温度、分析参数和设计目标；

建模单元，用于根据存储的模型数据建立横梁模型；

有限元建模模块，用于根据所述建模单元建立的横梁模型建立有限元模型；

有限元分析模块，用于根据所述存储单元存储的模型材料、工作温度和分析参数对所述有限元模型主、副导轨安装基面的精度及垂直度进行分析，得到分析结果；

判断单元，用于判断分析结果是否满足存储的设计目标；以及

调整单元，用于在分析结果不满足存储的设计目标时，根据分析结果修改所述存储单元存储的相应分析参数和/或模型数据。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述分析参数为螺栓预紧力和螺栓加载顺序。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据接收单元，用于将通过网络接收到的模型数据存储到所述存储单元中；或者

数据发送单元，在分析结果满足存储的设计目标时，通过网络发送存储的装配横梁所需的模型材料、工作温度、分析参数和模型数据。

8.一种包含权利要求5至7任一权利要求所述钻孔机横梁装配仿真系统的电子设备。

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