2017年5月23日

車銑加工中心結構特點和剛體建模

2.1車銑加工中心結構特點本章介紹的車銑加工中心屬于五軸車銑復合加工中心，如圖2. 1 所示。可實現X方向、Y方向、Z方向移動；主軸可實現無級調速及恒速切削，主軸電機可作C軸轉動控制，形成任意角度的C軸；動力刀架上可裝銑刀主軸，形成-90°~ +90°范圍轉動。因此該機床可實現五軸聯動加工，一次裝卡不僅可完成軸類或盤類零件全部工序，而且適合復雜曲面零件的加工。該加工中心的床身采用部分水平和部分45°傾斜角度組成，不僅適合高速強力切削及精度保持性，而且布局排屑流暢，便工?操作。滑板可沿著Z方向移動;橫滑板在滑板上沿1方向移動；動力刃架在橫滑板上沿著45°移動，形成虛擬“Y”軸，可實現車、銑、鉆及偏心加工該機床虛擬“Y”結構，克服了以往加工中心的許多不足，防止了立杵的受力不很合理、大余量切削時力矩大等現象，W為容易引起機床機械系統的振動，強力切削加工時這種優點顯而易見（沒有刀架在y軸上形成懸臂梁），從而影響加工精度及工件表面粗糙度；同時i軸拖動重力輕，易于控制。2.2車銑加工中心剛體建模 ADAMS軟件具有建模功能，對簡單的機械結構來說，直接在AD- AMS/View建模不僅方便、快捷，而且有利于對該機構仿真分析。但復雜零件的建模并不是A1MMS的強項，這樣將花費大量的時間在建模上，并會大大降低ADAMS仿真和分析效率。要想得到零件的準確質量和質心，可以通過其他擅長復雜零件建模的軟件進行建模求解，將結構導人到ADAMS中。SolidWorks具有強大的三維機械設計功能，同時該軟件也完全支持參數化設計，使得機械設計工程師能快速地繪制草圖，嘗試運用各種特征與不同尺寸，使生成的三維實體模型接近于實際物體；另外SolklWorks與ADAMS軟件之間具有無縫接門，導人方便。本文根據沈陽機床集閉某型號的圖紙設計要求，采用SolidWorlcs建立三維實體模型，如圖2. 2所示，該模型在實際圖紙基礎上進行了簡化，然后導人到adams軟件中，形成車銑加工中心的虛擬樣機模型。ad- ams 軟件中零件形狀描述得越精確，自動求解的零件質量和質心位置也越精確，所得仿真結果越可靠。因此正確處理SolkIWorks與ADAMS 之間的模型轉換是確保仿真效果的一項關鍵技術。對于SdidWorks與 AIMMS之間的模型轉換，除了定義好零部件的長度和密度單位，還應需要注意如下關鍵問題。 2. 2.1簡化模型及轉換對于一個復雜的機械系統，通常要建立數萬個甚至更多的三維實體零件模型，這些零部件在裝配完成后，要根據運動關系和研究目的，簡化為由數個剛體組成的剛體模型。一個剛體可能僅包含一個零件，也可能包括數十個甚至上百個零部件，這就需要把準備定義為一個剛體的多個零件進行簡化，使其合并為一個零件，這樣就使各個零部件之間的關系變得簡潔明了[55]。ADAMS與SdidWorks共同支持的三種主要圖形交換格式分別是STEP格式、1GES格式和Parasolicl格式。本文采用的PamsoUd格式，它是EDS公司開發的幾何造型核心系統，現已成為開發高端、中等規模CAD系統及商品化CAD/CAM/CAE軟件的標準，SdidWorks和ADAMS均采用其作為兒何核心。在圖形文件交換時釆用Parasolid格式可以防止數據丟失，這對仿真結果的正確性和有效性有重要的影響，因此采用Parasolid作為兩個軟件進行數據交換的紐帶具有顯而易見的優勢。利用Parasdid格式導入到AI〕AMS/View 的車銑加工中心模型，與在SolidWorks中的模型對比，缺失了機床的約朿信息、零件的材料信息、零件的質量和零件的名稱，這些信息在AD- AMS/View中很容易修改，這樣就為我們進行下一步的仿真分析提供了非常好的基礎。將在SolidWorks中建好的車銑加工中心模型導人到 ADAMS中，具體步驟如下：(1 )在SolidWorks的File下拉菜準中，選擇另存為，出現對話框后，選擇保存類型為Parawlid格式，單擊保存。這里需要注意的是，文件名不能為中文。(2)在ADAMS中選擇File下拉菜單中的Import,彈出File Import 對話框，然后選擇導人文件的格式，文件的保存位置和導入圖形的界面名稱，單擊0K即可導入模型。 2.2.2施加約束和動力(1)施加固定約束：根據車銑加工中心實際的工作狀態，將給模型的床身與地面施加固定約束，然后將主軸箱和臺尾與床身固定在一起。在主工具箱上，選擇固定約束圖標，然后選擇要固定的床身和地面以及同定點，完成固定約束的設置。(2)施加轉動約束：根據機床的實際運動狀態，需要在各個軸旋轉施加轉動約束，在運動副工具箱中選擇轉動約朿圖標，然后選擇要連接的兩個部件，最后選擇施加約束的位置和方向，完成施加轉動約朿。(3)施加移動約朿：機床在運動時，刀尖點的運動主要是依靠滑板、橫滑板、動力刀架上電機驅動而移動，因此要在滑板、橫滑板、動力刀架處施加移動副。移動副的施加和前面的約束施加方法相同，先在約束工具箱上選擇移動約束副，然后選擇要連接的兩個部件，最后選擇施加約束的位置和方向。(4)創建車銑加工中心的運動軌跡:在主工具箱上，用右鍵選擇零件圖標，然后在彈出的工具箱中，選擇折線圖標，在刀尖點位置創建運動軌跡，并加一個固定副使其與地面相固定，另外再加一個線約束，使刀尖點約束在給定的軌跡上。(5)施加運動：在運動副工具箱中選擇旋轉運動圖標，然后選擇要施加運動的約束副，選擇單點運動圖標，然后選擇運動軌跡的方向，修改運動速度。為了使仿真更接近于實際機床的工作狀態，要對機床末端刀尖點施加中.作用力，選擇作用力I:具圖標，在設置欄選擇：應在RUn_Time- 38Direction設置欄，選擇力的作用方式Bohymoving,然后將力加在機械手末端的標記坐標Workpoint上，確定力的方向，施加力的大小。建好仿真模塑后，便確認選擇Tool下拉菜單的ModelVerify，以確認模型的正確性及自由度， 2.2.3虛擬樣機模型的驗證由于SolidWorks建模可能存在一個問題，按照裝配圖紙將零部件進行裝配，但完成的裝配不一定符合仿真的要求，這樣將模型導入到 ADAMS中就會給虛擬樣機帶來一些問題:如裝配關系存在問題，零部件的尺寸單位不一致等問題。這就要求我們對已完成的ADAMS模型進行裝配檢査。這種裝配檢查主要包括以下兒個方面 : (1)機構的拓撲關系變化是否在裝配圖上體現出來； (2)裝配中是否有干涉； (3)檢査各個零部件的密度信息； (4)對機械系統中對稱零部件的質量幾何特征進行檢査對比。因而要想獲得精確的仿真模型，就要對ADAMS建立的裝配模型進行檢査、簡化等處理，這樣才能便于后面的仿真。模型的驗證是對建立的機床模型是否合理和有效，主要包括以下方面。 1)機構的自由度驗證自由度是機構學中的一個重要的概念，是進行機構設計時應首先解決的關鍵問題，確定了自由度，才能確定系統的驅動和控制，因此自由度的驗證至關重要。 2)判斷機構輸入選取是否合理可以合理性判斷是機構學中一個重要且復雜的問題，輸人選取的不合理，車銑加工中心將不能實現給定的運動，會發生干涉和重復，因此判斷車銑加工中心機構輸人選取是否合理是有必要的。ADAMS中自帶有檢測工具，可以檢測出機構的自出度及各個部件和約束情況，建立的虛擬樣機模型驗證結果，如圖2. 5所示，從圖可以看出所建立的車銑加工中心虛擬樣機模型結構比較復雜，構件多，簡化部分比較少，接近實際的機構模型，自由度數目為5，沒有干涉的現象產生。三維模型的建模對提高車銑加工中心實際加丁的成功率是十分重要的，并可以為進一步的運動學和動力學分析奠定基礎。本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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