移动桥式坐标测量机ZOO3/1077虚拟设计

　　1　引言

　　随着生产和科学技术的迅速发展,对产品精度的要求越来越高,从而对机床的精度和精度稳定性也就提出了越来越高的要求,因此急需高精度的坐标测量机(CMM)来控制产品的质量[1~2]。与此同时,制造企业面临产品上市时间日益缩短的巨大竞争压力,由此产生了对高速坐标测量机的需求,这就要求在保持高的测量精度的前提下提高坐标测量机的测量加速度和速度来缩短测量时间。坐标测量机生产厂家为达到这些目标,通过设计刚性更高,质量更轻的结构[3~4],性能更好的驱动系统和控制算法在提高测量速度的同时,对各种影响测量精度的误差采取种种防止和补偿措施[5~6]来提高其测量精度。

　　在坐标测量机设计过程中,为了减少利用物理原型所进行的昂贵、耗时的实验测试和利用日益强大的计算机能力,应该尽可能利用基于数字仿真的虚拟原型测试与验证代替物理原型实验[7]。为设计人员在设计各个阶段分析、评价、修改和优化CMM设计提供支持。

　　2　研究框架

　　对于采用铝合金结构的移动桥式CMM ZOO3/1077坐标测量机,本文通过对其进行设计改进来达到误差防止的目的,研究框架如图1所示。为提高该坐标测量机的测量精度和加速度,本文主要对CMM结构的静、动、热特性进行研究。

　　首先,对CMM结构进行建模。为了保证所建立模型的正确性和有效性,在建模过程中,模型验证主要是利用设计和分析人员的经验、过去产品设计的实验结果和类比分析来进行。

　　基于有限元计算、综合评价以及分析,研究在各种正常工作条件和虚拟工作条件下坐标测量机原始设计的动、静、热特性,分析所存在的问题。然后,基于有限元分析结果,根据协同工作的研究结果和提高策略专家系统提供的改进策略,针对CMM的原始设计选择有效的改进措施,对左立柱、右立柱、横梁和滑架分别采用不同材料、不同的结构和参数进行分析。通过设计改进后的CMM与原始设计的比较,判断设计修改后的坐标测量机性能与原始设计的性能差别。最后,根据以上分析和研究,通过结构和参数优化,寻求该坐标测量机的最优结构,进一步提高其性能。

　　3　模型的建立

　　首先,对CMM结构进行建模,这里重点研究滑架和梁柱部分(包括左立柱、右立柱和横梁)的分析和改进,如图2、图3所示。

　　4　CMM ZOO3/1077原始设计静、动、热特性分析

　　基于实验、有限元分析、综合评价以及分析,通过研究各种实际工作条件和虚拟工作条件下CMM原始设计的动、静、热特性,分析了原始设计所存在的问题。