CN103294810A - 一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法 - Google Patents

一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法 Download PDF

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Abstract

一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法，数据库包括：固定结合面动力学知识库；固定结合面设计模块；固定结合面接口特征数据库；螺栓选型知识库；螺栓孔驱动参数数据库；固定结合部螺栓安装孔设计模块；螺栓安装孔关联特征数据库；标准结构参数化建模模块；装配约束创建模块。建立方法：根据机床固定结合面动力学需求，进行结合面的设计；依据结合面结构，进行螺栓安装孔结构的自动化设计；根据结合面和安装孔结构，完成机床大件的结合部标准结构的参数化建模；自动创建结合面装配约束关系。本发明实现了机床设计过程中固定结合面的自动化创建、机床结构件关联特征的参数化建模及其自动化装配，为机床的快速设计与装配的提供技术支撑。

Description

一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法
技术领域
本发明涉及一种机床数字化设计数据库。特别是涉及一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法。
背景技术
在机床设计过程中，设计人员不可避免地要遇到固定结合面及关联结构的设计问题，包括固定结合面形状及尺寸设计、结合面动力学性能设计和连接螺孔结构设计等内容。固定结合面处理的好坏将直接影响到机床的精度、静动刚度等关键使用性能。
固定结合面及关联结构在机床设计过程中出现频率高，重复性强，使得设计人员的工作量增大，产品的设计周期延长。因此，以解决固定结合面及关联结构的快速设计为目的，开发一种固定结合面及关联结构数据库，以实现机床的快速设计，为减少重复性设计，提高设计效率和质量，促进设计工作的标准化和工具化提供支撑。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够实现机床设计过程中固定结合面的自动化创建的面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法
本发明所采用的技术方案是：一种面向机床快速设计的固定结合面数据库，包括：固定结合面动力学知识库，包括有结合面动力学特性，用于对固定结合面设计模块提供设计知识和拓扑结构选型；
固定结合面设计模块，连接固定结合面动力学知识库，根据机床设计对固定结合面静动性能需求，进行固定结合面的形状及尺寸参数设计、接触面积计算、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼；
固定结合面接口特征数据库，连接固定结合面设计模块，用于存放固定结合面设计结果，为固定结合部螺栓安装孔设计模块提供螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼；为标准结构参数化建模模块提供接口特征形状和尺寸参数。
螺栓选型知识库，包括螺栓型号、螺栓最佳使用工况、螺栓选型计算公式、预紧与刚度/动态特性参数，为螺栓安装孔设计模块提供螺栓选型知识；
螺栓孔驱动参数数据库，包括螺栓型号及尺寸参数、螺栓安装部结构参数、通孔参数，为螺栓安装孔设计模块提供螺栓设计参数；
固定结合部螺栓安装孔设计模块，分别连接固定结合面接口特征数据库、螺栓选型知识库和螺栓孔驱动参数数据库，根据固定结合面设计结果中的螺栓连接刚度和阻尼，进行结合部的螺栓孔选型及结构尺寸设计，以保证固定结合面具有规定的静动力学性能；
螺栓安装孔关联特征数据库，连接固定结合部螺栓安装孔设计模块，包括螺栓关联形状特征、关联形状特征参数，依据螺栓安装孔设计结果存放的相应内容，为标准结果参数化建模模块提供设计参数；
标准结构参数化建模模块，分别连接固定结合面接口特征数据库和螺栓安装孔关联特征数据库，依据固定结合面设计结果和螺栓安装孔设计结果，进行结合面关联零件的关联特征参数化建模、结合面动力学参数特征建模，用于零件上结合部特征的快速参数化建模；
装配约束创建模块，分别连接固定结合部螺栓安装孔设计模块和标准结构参数化建模模块，根据标准结构参数化建模结果，进行装配结合面的标识，用于机床整机装配模型中的零件自动化装配。
固定结合面动力学知识库中所述的结合面动力学特性，包括结合面形状与动力学性能关系。
固定结合面接口特征数据库中所述的固定结合面设计结果，包括：接口特征形状和尺寸参数、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼。
固定结合部螺栓安装孔设计模块中包括螺栓选型计算和螺栓预紧力计算。
螺栓安装孔关联特征数据库包括螺栓关联形状特征。
一种面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，包括如下步骤：
（1）根据机床固定结合面动力学需求，进行结合面的设计
依据结合面的刚度阻尼要求，结合固定结合面动力学知识库，进行固定结合面结构设计；
（2）依据结合面结构，进行螺栓安装孔结构的自动化设计
根据机床静动性能需求和结合面形状，进行螺栓的自动化选型和螺栓孔的自动化创建；
（3）根据结合面和安装孔结构，完成机床大件的结合部标准结构的参数化建模
进行关联特征参数化建模、约束特征建模以及结合面动力学参数特征建模的设计；
（4）自动创建结合面装配约束关系
进行装配约束几何选择以及装配约束创建等的设计。
步骤（1）包括：
1）根据机床加工性能、拓扑结构形式及结构设计，计算固定结合面的静动性能需求，包括结合面的刚度和阻尼；
2）依据结合面的刚度阻尼要求，结合固定结合面动力学知识库，进行固定结合面结构设计，包括结合面形状、尺寸、接触面积、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼。
3）结合面设计完成后，将结果数据存储至固定结合面接口特征数据库中。
步骤（2）包括：
1）从固定结合面接口特征数据库中读取结合面设计结果，根据螺栓布局、数量及刚度阻尼要求，进行螺栓选型需求计算，计算内容包括不同位置的螺栓型号和连接刚度分布；
2）依据螺栓选型知识库，进行螺栓选型公式计算、预紧与刚度/动态特性计算，确定螺栓型号及预紧力；
3）根据螺栓型号，依据螺栓孔驱动参数数据库，确定螺栓及螺栓孔尺寸，包括螺栓安装部结构参数、螺栓孔直径及深度；
4）螺栓安装孔设计完成后，将结果数据存储至螺栓安装孔关联特征数据库中。
步骤（3）包括：
1）根据固定结合面设计结果，提取固定结合面接口特征数据库内结合面的形状及尺寸参数、接触面积参数、螺栓布局、螺栓数量；
2）根据固定结合部螺栓安装孔设计结果，提取螺栓安装孔关联特征数据库内螺纹孔和销孔与螺栓关联形状特征、关联形状特征参数；
3）建立固定结合面标准结构的参数化模型；
步骤（4）包括：根据结合面标准结构参数化建模结果，针对结合面信息，利用装配关系，创建装配约束关系，床身与立柱的贴合面重合、棱边对齐，螺栓孔中心线重合。
本发明的一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法，通过固定结合面及关联结构数据库的应用，实现了机床设计过程中固定结合面的自动化创建、机床结构件关联特征的参数化建模及其自动化装配，为机床的快速设计与装配的提供技术支撑，同时可扩展到其他应用固定结合面的机械结构设计领域。
附图说明
图1是床身与立柱固定结合面及关联结构示意图；
图2是固定结合面及关联结构数据库示意图；
图3是床身与立柱固定结合面及关联结构设计及装配流程图。
图中
1：固定结合面设计模块           2：固定结合部螺栓安装孔设计模块
3：标准结构参数化建模模块       4：固定结合部装配约束创建模块
5：固定结合面动力学知识库       6：固定结合面接口特征数据库
7：螺栓选型知识库               8：螺栓孔驱动参数数据库
9：螺栓安装孔关联特征数据库     10：立柱
11；螺栓安装结构                12：螺栓安装孔
13：螺纹孔                      14：床身
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种面向机床快速设计的固定结合面数据库及其建立方法做出详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种面向机床快速设计的固定结合面数据库包括四个设计模块：固定结合面设计模块、固定结合部螺栓安装孔模块、标准结构参数化建模模块和装配约束模块，以及五个设计数据库：固定结合面动力学知识库、固定结合面接口特征数据库、螺栓选型知识库、螺栓孔驱动参数数据库、螺栓安装孔关联特征数据库。
本发明的一种面向机床快速设计的固定结合面数据库，各模块及数据库功能如下：
固定结合面动力学知识库5，包括有结合面动力学特性，用于对固定结合面设计模块提供设计知识和拓扑结构选型；所述的结合面动力学特性，例如：床身与立柱间结合面形状与动力学性能关系，轴承座与床身间结合面结构动力学性能。
固定结合面设计模块1，连接固定结合面动力学知识库5，根据机床设计对固定结合面静动性能需求，进行固定结合面的形状及尺寸参数设计、接触面积计算、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼；
固定结合面接口特征数据库6，连接固定结合面设计模块1，用于存放固定结合面设计结果，为固定结合部螺栓安装孔设计模块提供螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼；为标准结构参数化建模模块提供接口特征形状和尺寸参数。所述的固定结合面设计结果，包括：接口特征形状和尺寸参数、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼。
螺栓选型知识库7，包括螺栓型号、螺栓最佳使用工况、螺栓选型计算公式、预紧与刚度/动态特性参数，为螺栓安装孔设计模块提供螺栓选型知识；
螺栓孔驱动参数数据库8，包括螺栓型号及尺寸参数、螺栓安装部结构参数、通孔参数，为螺栓安装孔设计模块提供螺栓设计参数；
固定结合部螺栓安装孔设计模块2，分别连接固定结合面接口特征数据库6、螺栓选型知识库7和螺栓孔驱动参数数据库8，包括螺栓选型计算和螺栓预紧力计算，根据固定结合面设计结果中的螺栓连接刚度和阻尼，进行结合部的螺栓孔选型及结构尺寸设计，以保证固定结合面具有规定的静动力学性能；
螺栓安装孔关联特征数据库9，连接固定结合部螺栓安装孔设计模块2，包括螺栓关联形状特征，及螺纹孔和销孔等关联形状特征参数。依据螺栓安装孔设计结果存放相应内容，为标准结果参数化建模模块提供设计参数；
标准结构参数化建模模块3，分别连接固定结合面接口特征数据库6和螺栓安装孔关联特征数据库9，依据固定结合面设计结果和螺栓安装孔设计结果，进行结合面关联零件的关联特征参数化建模、结合面动力学参数特征建模，用于零件上结合部特征的快速参数化建模；
装配约束创建模块4，分别连接固定结合部螺栓安装孔设计模块2和标准结构参数化建模模块3，根据标准结构参数化建模结果，进行装配结合面的标识，用于机床整机装配模型中的零件自动化装配。
参考图3，以床身与立柱间固定结合面设计为例，本发明的面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，包括如下步骤：
（1）根据床身与立柱间固定结合面动力学需求，进行结合面的设计根据机床静动性能需求和结合面形状；包括：
1）根据机床加工性能、拓扑结构形式及结构设计，计算床身与立柱间固定结合面的静动性能需求，包括结合面的刚度和阻尼；
2）依据结合面的刚度阻尼要求，并结合固定结合面动力学知识库，进行床身与立柱间固定结合面结构设计，包括结合面形状、尺寸、接触面积、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼。
3）结合面设计完成后，将结果数据存储至固定结合面接口特征数据库中，供其他设计模块调用。
（2）依据结合面结构，进行螺栓安装孔结构的自动化设计，根据机床静动性能需求和结合面形状，进行螺栓的自动化选型和螺栓孔的自动化创建；包括：
1）从固定结合面接口特征数据库中读取结合面设计结果，根据螺栓布局、数量及刚度阻尼要求，进行螺栓选型需求计算，包括不同位置的螺栓型号和连接刚度分布等；
2）依据螺栓选型知识库，进行螺栓选型公式计算、预紧与刚度/动态特性计算，确定螺栓型号及预紧力；
3）根据螺栓型号，依据螺栓孔驱动参数数据库，确定螺栓及螺栓孔尺寸，包括螺栓安装部结构参数、螺栓孔直径及深度；
5）螺栓安装孔设计完成后，将结果数据存储至螺栓安装孔关联特征数据库中，供其他设计模块调用。
（3）根据结合面和安装孔结构，完成机床大件的结合部标准结构的参数化建模，进行关联特征参数化建模；包括：
1）根据床身与立柱固定结合面设计结果，提取固定结合面接口特征数据库内结合面的形状及尺寸参数、接触面积参数、螺栓布局和螺栓数量；
针对床身，提取结合面的形状及尺寸参数、接触面积参数、螺栓布局、螺栓数量和螺纹孔尺寸参数；
针对立柱，提取结合面的形状及尺寸参数、接触面积参数、螺栓布局、螺栓数量和螺栓安装孔结构尺寸参数；
2）根据床身与立柱固定结合部螺栓安装孔设计结果，提取螺栓安装孔关联特征数据库内螺纹孔和销孔等与螺栓关联形状特征、关联形状特征参数；
3）建立床身和立柱的固定结合面标准结构的参数化模型；
（4）自动创建结合面装配约束关系，进行装配约束的创建。
包括：根据结合面标准结构参数化建模结果，针对床身和立柱上的结合面信息，利用装配关系，创建结合面装配约束关系。装配约束关系包括：床身与立柱的贴合面重合、棱边对齐，螺栓孔中心线重合。
根据装配床身和立柱间的装配约束，在整机的装配中，可实现床身与立柱的自动化装配。
尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种面向机床快速设计的固定结合面数据库，其特征在于，包括： 
固定结合面动力学知识库（5），包括有结合面动力学特性，用于对固定结合面设计模块提供设计知识和拓扑结构选型； 
固定结合面设计模块（1），连接固定结合面动力学知识库（5），根据机床设计对固定结合面静动性能需求，进行固定结合面的形状及尺寸参数设计、接触面积计算、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼； 
固定结合面接口特征数据库（6），连接固定结合面设计模块（1），用于存放固定结合面设计结果，为固定结合部螺栓安装孔设计模块提供螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼；为标准结构参数化建模模块提供接口特征形状和尺寸参数； 
螺栓选型知识库（7），包括螺栓型号、螺栓最佳使用工况、螺栓选型计算公式、预紧与刚度/动态特性参数，为螺栓安装孔设计模块提供螺栓选型知识； 
螺栓孔驱动参数数据库（8），包括螺栓型号及尺寸参数、螺栓安装部结构参数、通孔参数，为螺栓安装孔设计模块提供螺栓设计参数； 
固定结合部螺栓安装孔设计模块（2），分别连接固定结合面接口特征数据库（6）、螺栓选型知识库（7）和螺栓孔驱动参数数据库（8），根据固定结合面设计结果中的螺栓连接刚度和阻尼，进行结合部的螺栓孔选型及结构尺寸设计，以保证固定结合面具有规定的静动力学性能； 
螺栓安装孔关联特征数据库（9），连接固定结合部螺栓安装孔设计模块（2），包括螺栓关联形状特征、关联形状特征参数，依据螺栓安装孔设计结果存放的相应内容，为标准结果参数化建模模块提供设计参数； 
标准结构参数化建模模块（3），分别连接固定结合面接口特征数据库（6）和螺栓安装孔关联特征数据库（9），依据固定结合面设计结果和螺栓安装孔设计结果，进行结合面关联零件的关联特征参数化建模、结合面动力学参数特征建模，用于零件上结合部特征的快速参数化建模； 
装配约束创建模块（4），分别连接固定结合部螺栓安装孔设计模块（2）和标准结构参数化建模模块（3），根据标准结构参数化建模结果，进行装配结合面的标识，用于机床整机装配模型中的零件自动化装配。 
2.根据权利要求1所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库，其特征在于，固定结合面动力学知识库（5）中所述的结合面动力学特性，包括结合面形状与动力学性能关系。 
3.根据权利要求1所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库，其特征在于，固定结合面接口特征数据库（6）中所述的固定结合面设计结果，包括：接口特征形状和尺寸参数、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼。 
4.根据权利要求1所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库，其特征在于，固定结合部螺栓安装孔设计模块（2）中包括螺栓选型计算和螺栓预紧力计算。 
5.根据权利要求1所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库，其特征在于，螺栓安装孔关联特征数据库（9）包括螺栓关联形状特征。 
6.一种权利要求1所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，其特征在于，包括如下步骤： 
（1）根据机床固定结合面动力学需求，进行结合面的设计 
依据结合面的刚度阻尼要求，结合固定结合面动力学知识库，进行固定结合面结构设计； 
（2）依据结合面结构，进行螺栓安装孔结构的自动化设计 
根据机床静动性能需求和结合面形状，进行螺栓的自动化选型和螺栓孔的自动化创建； 
（3）根据结合面和安装孔结构，完成机床大件的结合部标准结构的参数化建模 
进行关联特征参数化建模、约束特征建模以及结合面动力学参数特征建模的设计； 
（4）自动创建结合面装配约束关系 
进行装配约束几何选择以及装配约束创建等的设计。 
7.根据权利要求6所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，其特征在于，步骤（1）包括： 
1）根据机床加工性能、拓扑结构形式及结构设计，计算固定结合面的静动性能需求，包括结合面的刚度和阻尼； 
2）依据结合面的刚度阻尼要求，结合固定结合面动力学知识库，进行固定结合面结构设计，包括结合面形状、尺寸、接触面积、螺栓布局、螺栓数量、螺栓连接刚度和阻尼。 
3）结合面设计完成后，将结果数据存储至固定结合面接口特征数据库中。 
8.根据权利要求6所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，其特征在于，步骤（2）包括： 
1）从固定结合面接口特征数据库中读取结合面设计结果，根据螺栓布局、数量及刚度阻尼要求，进行螺栓选型需求计算，计算内容包括不同位置的螺栓型号和连接刚度分布； 
2）依据螺栓选型知识库，进行螺栓选型公式计算、预紧与刚度/动态特性计算，确定螺栓型号及预紧力； 
3）根据螺栓型号，依据螺栓孔驱动参数数据库，确定螺栓及螺栓孔尺寸，包括螺栓安装部结构参数、螺栓孔直径及深度； 
4）螺栓安装孔设计完成后，将结果数据存储至螺栓安装孔关联特征数据库中。 
9.根据权利要求6所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，其特征在于，步骤（3）包括： 
1）根据固定结合面设计结果，提取固定结合面接口特征数据库内结合面的形状及尺寸参数、接触面积参数、螺栓布局、螺栓数量； 
2）根据固定结合部螺栓安装孔设计结果，提取螺栓安装孔关联特征数据库内螺纹孔和销孔与螺栓关联形状特征、关联形状特征参数； 
3）建立固定结合面标准结构的参数化模型。 
10.根据权利要求6所述的面向机床快速设计的固定结合面数据库的建立方法，其特征在于，步骤（4）包括：根据结合面标准结构参数化建模结果，针对结合面信息，利用装配关系，创建装配约束关系，床身与立柱的贴合面重合、棱边对齐，螺栓孔中心线重合。 
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