2017年5月23日

车铣加工中心结构特点和刚体建模

2.1车铣加工中心结构特点本章介绍的车铣加工中心属于五轴车铣复合加工中心，如图2. 1 所示。可实现X方向、Y方向、Z方向移动；主轴可实现无级调速及恒速切削，主轴电机可作C轴转动控制，形成任意角度的C轴；动力刀架上可装铣刀主轴，形成-90°~ +90°范围转动。因此该机床可实现五轴联动加工，一次装卡不仅可完成轴类或盘类零件全部工序，而且适合复杂曲面零件的加工。该加工中心的床身采用部分水平和部分45°倾斜角度组成，不仅适合高速强力切削及精度保持性，而且布局排屑流畅，便工?操作。滑板可沿着Z方向移动;横滑板在滑板上沿1方向移动；动力刃架在横滑板上沿着45°移动，形成虚拟“Y”轴，可实现车、铣、钻及偏心加工该机床虚拟“Y”结构，克服了以往加工中心的许多不足，防止了立杵的受力不很合理、大余量切削时力矩大等现象，W为容易引起机床机械系统的振动，强力切削加工时这种优点显而易见（没有刀架在y轴上形成悬臂梁），从而影响加工精度及工件表面粗糙度；同时i轴拖动重力轻，易于控制。2.2车铣加工中心刚体建模 ADAMS软件具有建模功能，对简单的机械结构来说，直接在AD- AMS/View建模不仅方便、快捷，而且有利于对该机构仿真分析。但复杂零件的建模并不是A1MMS的强项，这样将花费大量的时间在建模上，并会大大降低ADAMS仿真和分析效率。要想得到零件的准确质量和质心，可以通过其他擅长复杂零件建模的软件进行建模求解，将结构导人到ADAMS中。SolidWorks具有强大的三维机械设计功能，同时该软件也完全支持参数化设计，使得机械设计工程师能快速地绘制草图，尝试运用各种特征与不同尺寸，使生成的三维实体模型接近于实际物体；另外SolklWorks与ADAMS软件之间具有无缝接门，导人方便。本文根据沈阳机床集闭某型号的图纸设计要求，采用SolidWorlcs建立三维实体模型，如图2. 2所示，该模型在实际图纸基础上进行了简化，然后导人到adams软件中，形成车铣加工中心的虚拟样机模型。ad- ams 软件中零件形状描述得越精确，自动求解的零件质量和质心位置也越精确，所得仿真结果越可靠。因此正确处理SolkIWorks与ADAMS 之间的模型转换是确保仿真效果的一项关键技术。对于SdidWorks与 AIMMS之间的模型转换，除了定义好零部件的长度和密度单位，还应需要注意如下关键问题。 2. 2.1简化模型及转换对于一个复杂的机械系统，通常要建立数万个甚至更多的三维实体零件模型，这些零部件在装配完成后，要根据运动关系和研究目的，简化为由数个刚体组成的刚体模型。一个刚体可能仅包含一个零件，也可能包括数十个甚至上百个零部件，这就需要把准备定义为一个刚体的多个零件进行简化，使其合并为一个零件，这样就使各个零部件之间的关系变得简洁明了[55]。ADAMS与SdidWorks共同支持的三种主要图形交换格式分别是STEP格式、1GES格式和Parasolicl格式。本文采用的PamsoUd格式，它是EDS公司开发的几何造型核心系统，现已成为开发高端、中等规模CAD系统及商品化CAD/CAM/CAE软件的标准，SdidWorks和ADAMS均采用其作为儿何核心。在图形文件交换时釆用Parasolid格式可以防止数据丟失，这对仿真结果的正确性和有效性有重要的影响，因此采用Parasolid作为两个软件进行数据交换的纽带具有显而易见的优势。利用Parasdid格式导入到AI〕AMS/View 的车铣加工中心模型，与在SolidWorks中的模型对比，缺失了机床的约朿信息、零件的材料信息、零件的质量和零件的名称，这些信息在AD- AMS/View中很容易修改，这样就为我们进行下一步的仿真分析提供了非常好的基础。将在SolidWorks中建好的车铣加工中心模型导人到 ADAMS中，具体步骤如下：(1 )在SolidWorks的File下拉菜準中，选择另存为，出现对话框后，选择保存类型为Parawlid格式，单击保存。这里需要注意的是，文件名不能为中文。(2)在ADAMS中选择File下拉菜单中的Import,弹出File Import 对话框，然后选择导人文件的格式，文件的保存位置和导入图形的界面名称，单击0K即可导入模型。 2.2.2施加约束和动力(1)施加固定约束：根据车铣加工中心实际的工作状态，将给模型的床身与地面施加固定约束，然后将主轴箱和台尾与床身固定在一起。在主工具箱上，选择固定约束图标，然后选择要固定的床身和地面以及同定点，完成固定约束的设置。(2)施加转动约束：根据机床的实际运动状态，需要在各个轴旋转施加转动约束，在运动副工具箱中选择转动约朿图标，然后选择要连接的两个部件，最后选择施加约束的位置和方向，完成施加转动约朿。(3)施加移动约朿：机床在运动时，刀尖点的运动主要是依靠滑板、横滑板、动力刀架上电机驱动而移动，因此要在滑板、横滑板、动力刀架处施加移动副。移动副的施加和前面的约束施加方法相同，先在约束工具箱上选择移动约束副，然后选择要连接的两个部件，最后选择施加约束的位置和方向。(4)创建车铣加工中心的运动轨迹:在主工具箱上，用右键选择零件图标，然后在弹出的工具箱中，选择折线图标，在刀尖点位置创建运动轨迹，并加一个固定副使其与地面相固定，另外再加一个线约束，使刀尖点约束在给定的轨迹上。(5)施加运动：在运动副工具箱中选择旋转运动图标，然后选择要施加运动的约束副，选择单点运动图标，然后选择运动轨迹的方向，修改运动速度。为了使仿真更接近于实际机床的工作状态，要对机床末端刀尖点施加中.作用力，选择作用力I:具图标，在设置栏选择：应在RUn_Time- 38Direction设置栏，选择力的作用方式Bohymoving,然后将力加在机械手末端的标记坐标Workpoint上，确定力的方向，施加力的大小。建好仿真模塑后，便确认选择Tool下拉菜单的ModelVerify，以确认模型的正确性及自由度， 2.2.3虚拟样机模型的验证由于SolidWorks建模可能存在一个问题，按照装配图纸将零部件进行装配，但完成的装配不一定符合仿真的要求，这样将模型导入到 ADAMS中就会给虚拟样机带来一些问题:如装配关系存在问题，零部件的尺寸单位不一致等问题。这就要求我们对已完成的ADAMS模型进行装配检査。这种装配检查主要包括以下儿个方面 : (1)机构的拓扑关系变化是否在装配图上体现出来； (2)装配中是否有干涉； (3)检査各个零部件的密度信息； (4)对机械系统中对称零部件的质量几何特征进行检査对比。因而要想获得精确的仿真模型，就要对ADAMS建立的装配模型进行检査、简化等处理，这样才能便于后面的仿真。模型的验证是对建立的机床模型是否合理和有效，主要包括以下方面。 1)机构的自由度验证自由度是机构学中的一个重要的概念，是进行机构设计时应首先解决的关键问题，确定了自由度，才能确定系统的驱动和控制，因此自由度的验证至关重要。 2)判断机构输入选取是否合理可以合理性判断是机构学中一个重要且复杂的问题，输人选取的不合理，车铣加工中心将不能实现给定的运动，会发生干涉和重复，因此判断车铣加工中心机构输人选取是否合理是有必要的。ADAMS中自带有检测工具，可以检测出机构的自出度及各个部件和约束情况，建立的虚拟样机模型验证结果，如图2. 5所示，从图可以看出所建立的车铣加工中心虚拟样机模型结构比较复杂，构件多，简化部分比较少，接近实际的机构模型，自由度数目为5，没有干涉的现象产生。三维模型的建模对提高车铣加工中心实际加丁的成功率是十分重要的，并可以为进一步的运动学和动力学分析奠定基础。本文由海天精工整理发表文章均来自网络仅供学习参考，转载请注明！

wnsr888手机版

海天精工机床有限公司 ^{海天精工博客}

车铣加工中心结构特点和刚体建模

◎欢迎参与讨论，请在这里发表您的看法、交流您的观点。