1、PDF外文:http:/ 第 1 页 共 26 页 中文 8125 字 出处： Precision Engineering, 2010, 34(3): 399-407 评价机床设计的建模方法 Daisuke Kono a, Thomas Lorenzer b, Sascha Weikert c, Konrad Wegener c a. 系微工程，工程研究生院，左京区吉田本町，京都大学，京都 606-8501，日本 b. INSPIRE 公司， Tannens
2、trasse3， 8092，苏黎世，瑞士 c. 研究所为机床和制造（ IWF）， Tannenstrasse3， 8092，苏黎世，瑞士苏黎世联邦理工学院。 文章信息 文章历史： 本文接收于 2009 年 2 月 12 日 修订 于 2009 年 6 月 8 日 公布于 2009 年 9 月 16 日 网上 公布于 2009 年 9 月 23 日 关键词 刚体模拟 ； 有限元法 ； 模态分析 ； 机床设计 摘要 为了评估机床的配置， IWF 轴构建工具包（ ACK）已经研制成功。本文介绍
3、了 对 这种方法的评价。 ACK 的支持刚体模拟和简单的弹性体模拟。 ACK 被比作 商业有限元软件，以探讨其实用性和可靠性。 ACK 需要有限元分析所需的总时间的 30，因为它在机建模的模块化。然后，以探讨两种方法的 ACK，静态和动态模拟的可靠性进行了 相互之间的 比较以及与基础梁 的 模型分析计算。结果表明， ACK 与 有限元方法外文翻译 第 2 页 共 26 页 提供了相同的结果。静态和动态模拟 也比作在 实际机床上的测量。 ACK 与 有限元 取 得了几乎相同的结果。几乎所有较低的
4、结构模式的形状和其 本来参数 可以 用 ACK 制造出，当它的 的关键 零部件 采用弹性体建模。 2009 爱思唯尔公司保留所有权利 。外文翻译 第 3 页 共 26 页 1 介绍 最近，机床的动态误差 如 是在高精密加工的关键问题之一。由于机器的动态特性，极大地影响机器配置，配置应该很早就在设计阶段进行评估。然而，只有少数厂家使用评估工具 来 检查配置的 变 异 。出于这个原因，缺乏一个可靠的和轻松的仿真软件可以说明。机床仿真方法可以大致可分为两类：一类是有限元法（ FEM）和另
5、一种是刚性的多体模拟（ MBS） 1。 在工业用途中，有限元法 被 流行和广泛使用。几项研究已经开展， 应用有限元造型的组合机床零部件 。 zaeh 和 Oertli 已开发为滚珠丝 杠副的 驱动器之间的自由 2的轴向和扭转度的交叉耦合模型。 altintas 和 Cao 已开发 了用 有限元模型主轴组成的非线性模型的轴和轴承 3,4。 通过 有限元方法，可以得到可靠的结果。此外，有限元方法是在设计过程中非常有用，因为 许多有限元分析软件包 拥有 三维 CAD 系统 非常 有用的接口。 然而，有限元方法需要大量的计算工作 来组装一台组合机床 ，因为它 有很多
6、 自由度（ nDOF）。 在商业软件中 组装部件之间的耦合设置，往往不切合实际的代表导轨或滚珠丝杠，并 且 详细的建模需要在一定的水平，以避免元件之间的干扰。机器为了减少 自由度 ，已分为子或模块，这些模块 被比作 耦合边界条件 5-8。此外，在模拟定位系统 柔性 铰链 中 ，铰链作为一个简单的梁单元 目的是为了 减少 自由度 9。 与有限元分析相比，多自由度可以被显注降低当使用 MBS 时。特别是在早期的设计阶段，获 得快速和粗糙的机器运动刚性的多体模拟是一个合适的工具 1。 teeuwsen等人通过刚性的多体模拟开发的 CMM 运动误差模型 10。 在时域和模态特性的刀具运动已经由 MBS 甚至模拟机床 11,12。近年来，刚性的多体模拟已用于实时仿真运动的误差分析 13。 MBS 和有限元相结合，以获得更可靠的动态分析结果 14。虽然这些研究显示了刚性的多体模拟的优势，但是只有很少一部分实用的软件包重点应用于组合机床的发展。 可以看到在使用有限元，三维 CAD 软件与商业的刚性的多体模拟软件的组合被用于分析并联机床的运动 15。 这种方法是可行的。然而，商业套装软件通常需要更多的努力来模拟特定的机器，因为他们设计的对象是大众化的。
