車(chē)銑加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和剛體建模
2.1車(chē)銑加工中心結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 本章介紹的車(chē)銑加工中心屬于五軸車(chē)銑復(fù)合加工中心，如圖2. 1 所示。可實(shí)現(xiàn)X方向、Y方向、Z方向移動(dòng)；主軸可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速及恒 速切削，主軸電機(jī)可作C軸轉(zhuǎn)動(dòng)控制，形成任意角度的C軸；動(dòng)力刀架 上可裝銑刀主軸，形成-90°~ +90°范圍轉(zhuǎn)動(dòng)。因此該機(jī)床可實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動(dòng)加工，一次裝卡不僅可完成軸類或盤(pán)類零件全部工序，而且適合復(fù)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?gòu)?qiáng)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(dòng);橫滑板在滑板上沿1方向移動(dòng)；動(dòng)力刃架在橫滑板上沿著45°移動(dòng)，形成虛擬“Y”軸，可實(shí)現(xiàn)車(chē)、銑、鉆及偏心加工該機(jī)床虛擬“Y”結(jié)構(gòu)，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(shí)力矩大等現(xiàn)象，W為容易引起機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)的 振動(dòng)，強(qiáng)力切削加工時(shí)這種優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)（沒(méi)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(shí)i軸拖動(dòng)重力輕， 易于控制。2.2車(chē)銑加工中心剛體建模 ADAMS軟件具有建模功能，對(duì)簡(jiǎn)單的機(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，直接在AD- AMS/View建模不僅方便、快捷，而且有利于對(duì)該機(jī)構(gòu)仿真分析。但復(fù) 雜零件的建模并不是A1MMS的強(qiáng)項(xiàng)，這樣將花費(fèi)大量的時(shí)間在建模 上，并會(huì)大大降低ADAMS仿真和分析效率。要想得到零件的準(zhǔn)確質(zhì) 量和質(zhì)心，可以通過(guò)其他擅長(zhǎng)復(fù)雜零件建模的軟件進(jìn)行建模求解，將結(jié) 構(gòu)導(dǎo)人到ADAMS中。SolidWorks具有強(qiáng)大的三維機(jī)械設(shè)計(jì)功能，同時(shí) 該軟件也完全支持參數(shù)化設(shè)計(jì)，使得機(jī)械設(shè)計(jì)工程師能快速地繪制草 圖，嘗試運(yùn)用各種特征與不同尺寸，使生成的三維實(shí)體模型接近于實(shí)際 物體；另外SolklWorks與ADAMS軟件之間具有無(wú)縫接門(mén)，導(dǎo)人方便。 本文根據(jù)沈陽(yáng)機(jī)床集閉某型號(hào)的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，采用SolidWorlcs建立 三維實(shí)體模型，如圖2. 2所示，該模型在實(shí)際圖紙基礎(chǔ)上進(jìn)行了簡(jiǎn)化， 然后導(dǎo)人到adams軟件中，形成車(chē)銑加工中心的虛擬樣機(jī)模型。ad- ams 軟件中零件形狀描述得越精確 ，自動(dòng)求解的零件質(zhì)量和質(zhì)心位置 也越精確，所得仿真結(jié)果越可靠。因此正確處理SolkIWorks與ADAMS 之間的模型轉(zhuǎn)換是確保仿真效果的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。對(duì)于SdidWorks與 AIMMS之間的模型轉(zhuǎn)換，除了定義好零部件的長(zhǎng)度和密度單位，還應(yīng)需要注意如下關(guān)鍵問(wèn)題。 2. 2.1簡(jiǎn)化模型及轉(zhuǎn)換 對(duì)于一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，通常要建立數(shù)萬(wàn)個(gè)甚至更多的三維實(shí) 體零件模型，這些零部件在裝配完成后，要根據(jù)運(yùn)動(dòng)關(guān)系和研究目的， 簡(jiǎn)化為由數(shù)個(gè)剛體組成的剛體模型。一個(gè)剛體可能僅包含一個(gè)零件，也可能包括數(shù)十個(gè)甚至上百個(gè)零部件，這就需要把準(zhǔn)備定義為一個(gè)剛 體的多個(gè)零件進(jìn)行簡(jiǎn)化，使其合并為一個(gè)零件，這樣就使各個(gè)零部件之 間的關(guān)系變得簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)的幾何造型核心系統(tǒng)，現(xiàn)已 成為開(kāi)發(fā)高端、中等規(guī)模CAD系統(tǒng)及商品化CAD/CAM/CAE軟件的 標(biāo)準(zhǔn)，SdidWorks和ADAMS均采用其作為兒何核心。在圖形文件交換 時(shí)釆用Parasolid格式可以防止數(shù)據(jù)丟失，這對(duì)仿真結(jié)果的正確性和有 效性有重要的影響，因此采用Parasolid作為兩個(gè)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的 紐帶具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)。利用Parasdid格式導(dǎo)入到AI〕AMS/View 的車(chē)銑加工中心模型，與在SolidWorks中的模型對(duì)比，缺失了機(jī)床的約 朿信息、零件的材料信息、零件的質(zhì)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(jìn)行下一步的仿真分析提供 了非常好的基礎(chǔ)。將在SolidWorks中建好的車(chē)銑加工中心模型導(dǎo)人到 ADAMS中，具體步驟如下：(1 )在SolidWorks的File下拉菜準(zhǔn)中，選擇另存為，出現(xiàn)對(duì)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(duì)話框，然后選擇導(dǎo)人文件的格式，文件的保存位置和導(dǎo)入圖形的界面 名稱，單擊0K即可導(dǎo)入模型。 2.2.2施加約束和動(dòng)力(1)施加固定約束：根據(jù)車(chē)銑加工中心實(shí)際的工作狀態(tài)，將給模型 的床身與地面施加固定約束，然后將主軸箱和臺(tái)尾與床身固定在一起。 在主工具箱上，選擇固定約束圖標(biāo)，然后選擇要固定的床身和地面以及 同定點(diǎn)，完成固定約束的設(shè)置。(2)施加轉(zhuǎn)動(dòng)約束：根據(jù)機(jī)床的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，需要在各個(gè)軸旋轉(zhuǎn) 施加轉(zhuǎn)動(dòng)約束，在運(yùn)動(dòng)副工具箱中選擇轉(zhuǎn)動(dòng)約朿圖標(biāo)，然后選擇要連接 的兩個(gè)部件，最后選擇施加約束的位置和方向，完成施加轉(zhuǎn)動(dòng)約朿。(3)施加移動(dòng)約朿：機(jī)床在運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀尖點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)主要是依靠滑 板、橫滑板、動(dòng)力刀架上電機(jī)驅(qū)動(dòng)而移動(dòng)，因此要在滑板、橫滑板、動(dòng)力 刀架處施加移動(dòng)副。移動(dòng)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(dòng)約束副，然后選擇要連接的兩個(gè)部件，最后選擇 施加約束的位置和方向。(4)創(chuàng)建車(chē)銑加工中心的運(yùn)動(dòng)軌跡:在主工具箱上，用右鍵選擇零 件圖標(biāo)，然后在彈出的工具箱中，選擇折線圖標(biāo)，在刀尖點(diǎn)位置創(chuàng)建運(yùn) 動(dòng)軌跡，并加一個(gè)固定副使其與地面相固定，另外再加一個(gè)線約束，使 刀尖點(diǎn)約束在給定的軌跡上。(5)施加運(yùn)動(dòng)：在運(yùn)動(dòng)副工具箱中選擇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)圖標(biāo)，然后選擇要施加運(yùn)動(dòng)的約束副，選擇單點(diǎn)運(yùn)動(dòng)圖標(biāo)，然后選擇運(yùn)動(dòng)軌跡的方向，修 改運(yùn)動(dòng)速度。 為了使仿真更接近于實(shí)際機(jī)床的工作狀態(tài)，要對(duì)機(jī)床末端刀尖點(diǎn) 施加中.作用力，選擇作用力I:具圖標(biāo)，在設(shè)置欄選擇：應(yīng)在RUn_Time- 38Direction設(shè)置欄，選擇力的作用方式Bohymoving,然后將力加在機(jī)械手 末端的標(biāo)記坐標(biāo)Workpoint上，確定力的方向，施加力的大小。建好仿 真模塑后，便確認(rèn)選擇Tool下拉菜單的ModelVerify，以確認(rèn)模型的正 確性及自由度， 2.2.3虛擬樣機(jī)模型的驗(yàn)證 由于SolidWorks建模可能存在一個(gè)問(wèn)題，按照裝配圖紙將零部件 進(jìn)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(dǎo)入到 ADAMS中就會(huì)給虛擬樣機(jī)帶來(lái)一些問(wèn)題:如裝配關(guān)系存在問(wèn)題，零部件的尺寸單位不一致等問(wèn)題。這就要求我們對(duì)已完成的ADAMS模型 進(jìn)行裝配檢査。這種裝配檢查主要包括以下兒個(gè)方面 : (1)機(jī)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系變化是否在裝配圖上體現(xiàn)出來(lái)； (2)裝配中是否有干涉； (3)檢査各個(gè)零部件的密度信息； (4)對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中對(duì)稱零部件的質(zhì)量幾何特征進(jìn)行檢査對(duì)比。 因而要想獲得精確的仿真模型，就要對(duì)ADAMS建立的裝配模型 進(jìn)行檢査、簡(jiǎn)化等處理，這樣才能便于后面的仿真。模型的驗(yàn)證是對(duì)建立的機(jī)床模型是否合理和有效，主要包括以下方面。 1)機(jī)構(gòu)的自由度驗(yàn)證 自由度是機(jī)構(gòu)學(xué)中的一個(gè)重要的概念，是進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先解決的關(guān)鍵問(wèn)題，確定了自由度，才能確定系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)和控制，因此自 由度的驗(yàn)證至關(guān)重要。 2)判斷機(jī)構(gòu)輸入選取是否合理 可以合理性判斷是機(jī)構(gòu)學(xué)中一個(gè)重要且復(fù)雜的問(wèn)題，輸人選取的 不合理，車(chē)銑加工中心將不能實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)，會(huì)發(fā)生干涉和重復(fù)，因 此判斷車(chē)銑加工中心機(jī)構(gòu)輸人選取是否合理是有必要的。ADAMS中 自帶有檢測(cè)工具，可以檢測(cè)出機(jī)構(gòu)的自出度及各個(gè)部件和約束情況，建 立的虛擬樣機(jī)模型驗(yàn)證結(jié)果，如圖2. 5所示，從圖可以看出所建立的車(chē)銑加工中心虛擬樣機(jī)模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，構(gòu)件多，簡(jiǎn)化部分比較少，接 近實(shí)際的機(jī)構(gòu)模型，自由度數(shù)目為5，沒(méi)有干涉的現(xiàn)象產(chǎn)生。三維模型 的建模對(duì)提高車(chē)銑加工中心實(shí)際加丁的成功率是十分重要的，并可以 為進(jìn)一步的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析奠定基礎(chǔ)。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來(lái)自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明！