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！ ? 上一篇 一種用于氣缸蓋斜孔輔助加工的工裝裝置下一篇 ? 車銑加工中心協同建模與仿真分析