車銑加工中心結(jié)構(gòu)特點和剛體建模
2.1車銑加工中心結(jié)構(gòu)特點 本章介紹的車銑加工中心屬于五軸車銑復(fù)合加工中心,，如圖2. 1 所示,?？蓪崿F(xiàn)X方向,、Y方向、Z方向移動,；主軸可實現(xiàn)無級調(diào)速及恒 速切削,，主軸電機可作C軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動。因此該機床可實現(xiàn)五軸聯(lián)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(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(xiàn)車,、銑,、鉆及偏心加工該機床虛擬“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,、大余量切削時力矩大等現(xiàn)象，W為容易引起機床機械系統(tǒng)的 振動,，強力切削加工時這種優(yōu)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(jié)構(gòu)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(gòu)仿真分析。但復(fù) 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(zhì) 量和質(zhì)心,，可以通過其他擅長復(fù)雜零件建模的軟件進行建模求解,，將結(jié) 構(gòu)導(dǎo)人到ADAMS中。SolidWorks具有強大的三維機械設(shè)計功能,，同時 該軟件也完全支持參數(shù)化設(shè)計,，使得機械設(shè)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(dǎo)人方便,。 本文根據(jù)沈陽機床集閉某型號的圖紙設(shè)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(chǔ)上進行了簡化,， 然后導(dǎo)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(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關(guān)鍵技術(shù),。對于SdidWorks與 AIMMS之間的模型轉(zhuǎn)換，除了定義好零部件的長度和密度單位,，還應(yīng)需要注意如下關(guān)鍵問題,。 2. 2.1簡化模型及轉(zhuǎn)換 對于一個復(fù)雜的機械系統(tǒng)，通常要建立數(shù)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(jù)運動關(guān)系和研究目的， 簡化為由數(shù)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(shù)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(guān)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(fā)的幾何造型核心系統(tǒng)，現(xiàn)已 成為開發(fā)高端,、中等規(guī)模CAD系統(tǒng)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(shù)據(jù)丟失,，這對仿真結(jié)果的正確性和有 效性有重要的影響,，因此采用Parasolid作為兩個軟件進行數(shù)據(jù)交換的 紐帶具有顯而易見的優(yōu)勢。利用Parasdid格式導(dǎo)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(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下拉菜準中，選擇另存為,，出現(xiàn)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(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施加約束和動力(1)施加固定約束：根據(jù)車銑加工中心實際的工作狀態(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(shè)置。(2)施加轉(zhuǎn)動約束：根據(jù)機床的實際運動狀態(tài)，需要在各個軸旋轉(zhuǎn) 施加轉(zhuǎn)動約束,，在運動副工具箱中選擇轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(qū)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(chuàng)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(chuàng)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(zhuǎn)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(tài)，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(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(dǎo)入到 ADAMS中就會給虛擬樣機帶來一些問題:如裝配關(guān)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(gòu)的拓撲關(guān)系變化是否在裝配圖上體現(xiàn)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(tǒng)中對稱零部件的質(zhì)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(gòu)的自由度驗證 自由度是機構(gòu)學(xué)中的一個重要的概念,，是進行機構(gòu)設(shè)計時應(yīng)首先解決的關(guān)鍵問題，確定了自由度,，才能確定系統(tǒng)的驅(qū)動和控制,，因此自 由度的驗證至關(guān)重要。 2)判斷機構(gòu)輸入選取是否合理 可以合理性判斷是機構(gòu)學(xué)中一個重要且復(fù)雜的問題,，輸人選取的 不合理,，車銑加工中心將不能實現(xiàn)給定的運動，會發(fā)生干涉和重復(fù),，因 此判斷車銑加工中心機構(gòu)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(gòu)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(jié)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(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,，構(gòu)件多,，簡化部分比較少，接 近實際的機構(gòu)模型,，自由度數(shù)目為5,，沒有干涉的現(xiàn)象產(chǎn)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(xué)和動力學(xué)分析奠定基礎(chǔ),。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明,！