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合加工中心，如圖2. 1 所示。可實現(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 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雜零件建模的軟件進行建模求解，將結(jié) 構(gòu)導人到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(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)學中的一個重要的概念，是進行機構(gòu)設(shè)計時應首先解決的關(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(xiàn)給定的運動，會發(fā)生干涉和重復，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 為進一步的運動學和動力學分析奠定基礎(chǔ)。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡僅供學習參考，轉(zhuǎn)載請注明！