基于Solidwork的虛擬數(shù)控機(jī)床建模技術(shù)及其應(yīng)用

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-www.br5w05v.cn 來源:仿真在線

作者: 段文潔來源: 萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字: 數(shù)控機(jī)床實(shí)體建模 Solidworks 虛擬裝配虛擬數(shù)控機(jī)床
通過分析數(shù)控車床的結(jié)構(gòu).采用三維實(shí)體設(shè)計(jì)軟件對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行建模。以沈陽機(jī)床廠生產(chǎn)的SSCK3220型數(shù)控車床為原型,對(duì)其中典型零部件進(jìn)行建模,通過虛擬裝配,生成了虛擬數(shù)控車床的三維實(shí)體模型。并在此基礎(chǔ)上。討論了虛擬數(shù)控車床的應(yīng)用。

0引言

虛擬制造(Visual Manufacturing,VM)是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真的技術(shù)。虛擬機(jī)床(Viaual Machine Tool,VMT)是隨著虛擬制造技術(shù)的發(fā)展而提出的一個(gè)研究領(lǐng)域.它的最終目標(biāo)是為虛擬制造建立一個(gè)真實(shí)的加工環(huán)境,以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題,在計(jì)算機(jī)上對(duì)機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試,甚至可以"進(jìn)l入"虛擬機(jī)床和其制造環(huán)境檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配和操作,在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施,從而達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功,來達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,增強(qiáng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的目的。用于仿真和評(píng)估加工過程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的影響。

本文以SSCK3220型數(shù)控車床為研究對(duì)象,從虛擬產(chǎn)品開發(fā)的角度,論證虛擬數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案,提出虛擬機(jī)床的體系結(jié)構(gòu),建立虛擬數(shù)控機(jī)床模型,并對(duì)其應(yīng)用加以討論。

1虛擬數(shù)控機(jī)床體系結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí),首先要能夠識(shí)別由數(shù)控編程人員編寫的或由CAD/CAM程序生成的零件加工程序,將程序分解成機(jī)床部件的相關(guān)動(dòng)作,控制刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng),從而加工出所需零件,其過程如圖1所示。在建立虛擬數(shù)控機(jī)床模型時(shí),為追求身l臨其境的逼真性和超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性,虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿足以下要求:

(1)與真實(shí)機(jī)床相似的結(jié)構(gòu),以便模仿真實(shí)機(jī)床的任何功能,并可使設(shè)計(jì)者以直觀的方式設(shè)計(jì)和修改系統(tǒng)。

(2)能全面逼真的反映現(xiàn)實(shí)的加工環(huán)境和加工過程。能對(duì)加工中出現(xiàn)的碰撞、干涉提供報(bào)警信息。

(3)具有完善的圖形接口。完善的圖形接口使用戶既能像在真實(shí)環(huán)境中那樣完全操作虛擬數(shù)控機(jī)床,又能完全真實(shí)地以圖像的形式觀察機(jī)床運(yùn)行的各種狀態(tài)和各種機(jī)床運(yùn)行參數(shù).從而最大限度的提高人機(jī)融合程度。根據(jù)上述分析,分析虛擬數(shù)控機(jī)床的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

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2結(jié)構(gòu)分析及虛擬數(shù)控機(jī)床建模

2.1 SSCK3220主要部件建模

虛擬數(shù)控機(jī)床建模關(guān)鍵技術(shù)是零件的三維造型、虛擬裝配和動(dòng)態(tài)仿真。虛擬機(jī)床的幾何建模包括:虛擬床身,床頭箱,主軸,刀架,尾座,工裝夾具等。機(jī)床的幾何模型涉及機(jī)床的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系、伺服系統(tǒng)、剛度和熱影響等。此處以SSCK3220型數(shù)控車床為原型進(jìn)行幾何建模。首先分析SSCK3220型數(shù)控車床的結(jié)構(gòu),圖3給出該機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

在分析SSCK3220型數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上,利用三維實(shí)體軟件Solidworks對(duì)該機(jī)床的主要部件進(jìn)行幾何建模。在此過程中?？衫脭?shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)手段實(shí)現(xiàn)主要結(jié)構(gòu)件的形狀和尺寸優(yōu)化.同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)功能部件的特性優(yōu)化。如主軸部件中主軸的支距及其靜動(dòng)態(tài)特性、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性和響應(yīng)特性等。而對(duì)一些機(jī)床常用零部件(軸、軸承、齒輪、鍵、帶、離合器、聯(lián)軸器、彈簧等)可進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算.以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和快速性。

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2.2 虛擬裝配

虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性,真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過程.并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程,以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性闈。在對(duì)數(shù)控機(jī)床的床身、床鞍、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、裝夾系統(tǒng)分別建立模型。并虛擬工件和刀具的基礎(chǔ)上?？衫锰摂M裝配技術(shù).得到虛擬數(shù)控車床模型。圖4給出SSCK3220數(shù)控車床的簡(jiǎn)化的虛擬機(jī)床模型。

3.虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用

虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用非常的廣泛,可初步進(jìn)行無紙?jiān)O(shè)計(jì)、裝配和測(cè)試等;利用CAD形成的機(jī)床三維實(shí)體模型,結(jié)合CAE軟件,可對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。對(duì)機(jī)床部件的多種布局方案進(jìn)行論證。并可利用有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)、布局進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化閣。虛擬機(jī)床是虛擬加工的工具和環(huán)境。在此基礎(chǔ)上?？蓪?shí)現(xiàn)虛擬工廠。分析用機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工的整個(gè)過程的各個(gè)環(huán)節(jié),對(duì)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬和控制。另外.用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或三維技術(shù)制作的產(chǎn)品廣告具有逼真的效果,不僅可以展示產(chǎn)品的外形。還可顯示產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。裝配和維修過程,使用方法,工作過程工作性能等。

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4.結(jié)束語

本文立足企業(yè)的實(shí)際情況.結(jié)合目前國(guó)際上先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。將實(shí)際數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和虛擬設(shè)計(jì)/制造相結(jié)合。提出了虛擬數(shù)控車床的總體設(shè)計(jì)方案。在整個(gè)設(shè)計(jì)中,結(jié)合機(jī)床的設(shè)計(jì)過程和應(yīng)用狀況,力圖和實(shí)際相結(jié)合,為機(jī)床行業(yè)的發(fā)展提供一種思路和方法。

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