基于Solidwork的虛擬數(shù)控機床建模技術及其應用

2013-05-14 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

作者: 段文潔來源: 萬方數(shù)據(jù)
關鍵字: 數(shù)控機床實體建模 Solidworks 虛擬裝配虛擬數(shù)控機床
通過分析數(shù)控車床的結構.采用三維實體設計軟件對數(shù)控機床進行建模。以沈陽機床廠生產的SSCK3220型數(shù)控車床為原型,對其中典型零部件進行建模,通過虛擬裝配,生成了虛擬數(shù)控車床的三維實體模型。并在此基礎上。討論了虛擬數(shù)控車床的應用。

0引言

虛擬制造(Visual Manufacturing,VM)是利用信息技術、仿真技術、計算機技術對現(xiàn)實制造活動中信息及制造過程進行全面的仿真的技術。虛擬機床(Viaual Machine Tool,VMT)是隨著虛擬制造技術的發(fā)展而提出的一個研究領域.它的最終目標是為虛擬制造建立一個真實的加工環(huán)境,以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題,在計算機上對機床進行設計、制造、測試,甚至可以"進l入"虛擬機床和其制造環(huán)境檢驗其設計、加工、裝配和操作,在產品實際生產前就采取預防措施,從而達到產品一次性制造成功,來達到降低成本、縮短產品開發(fā)周期,增強產品競爭力的目的。用于仿真和評估加工過程對產品質量的影響。

本文以SSCK3220型數(shù)控車床為研究對象,從虛擬產品開發(fā)的角度,論證虛擬數(shù)控機床的總體設計方案,提出虛擬機床的體系結構,建立虛擬數(shù)控機床模型,并對其應用加以討論。

1虛擬數(shù)控機床體系結構

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

(1)與真實機床相似的結構,以便模仿真實機床的任何功能,并可使設計者以直觀的方式設計和修改系統(tǒng)。

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

(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環(huán)境中那樣完全操作虛擬數(shù)控機床,又能完全真實地以圖像的形式觀察機床運行的各種狀態(tài)和各種機床運行參數(shù).從而最大限度的提高人機融合程度。根據(jù)上述分析,分析虛擬數(shù)控機床的體系結構如圖2所示。

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2結構分析及虛擬數(shù)控機床建模

2.1 SSCK3220主要部件建模

虛擬數(shù)控機床建模關鍵技術是零件的三維造型、虛擬裝配和動態(tài)仿真。虛擬機床的幾何建模包括:虛擬床身,床頭箱,主軸,刀架,尾座,工裝夾具等。機床的幾何模型涉及機床的幾何參數(shù)、運動關系、伺服系統(tǒng)、剛度和熱影響等。此處以SSCK3220型數(shù)控車床為原型進行幾何建模。首先分析SSCK3220型數(shù)控車床的結構,圖3給出該機床的傳動系統(tǒng)結構示意圖。

在分析SSCK3220型數(shù)控車床的結構基礎上,利用三維實體軟件Solidworks對該機床的主要部件進行幾何建模。在此過程中?？衫脭?shù)學方法和計算機手段實現(xiàn)主要結構件的形狀和尺寸優(yōu)化.同時還可實現(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態(tài)特性、伺服進給系統(tǒng)的驅動特性和響應特性等。而對一些機床常用零部件(軸、軸承、齒輪、鍵、帶、離合器、聯(lián)軸器、彈簧等)可進行設計計算和校核計算.以保證計算的準確性和快速性。

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2.2 虛擬裝配

虛擬裝配是根據(jù)產品設計的形狀特性、精度特性,真實地模擬產品三維裝配過程.并允許用戶以交互方式控制產品的三維真實模擬裝配過程,以檢驗產品的可裝配性闈。在對數(shù)控機床的床身、床鞍、主傳動系統(tǒng)、進給傳動系統(tǒng)、裝夾系統(tǒng)分別建立模型。并虛擬工件和刀具的基礎上?？衫锰摂M裝配技術.得到虛擬數(shù)控車床模型。圖4給出SSCK3220數(shù)控車床的簡化的虛擬機床模型。

3.虛擬數(shù)控機床的應用

虛擬數(shù)控機床的應用非常的廣泛,可初步進行無紙設計、裝配和測試等;利用CAD形成的機床三維實體模型,結合CAE軟件,可對機床結構進行分析。對機床部件的多種布局方案進行論證。并可利用有限元分析、優(yōu)化設計等對機械結構、布局進行改進和優(yōu)化閣。虛擬機床是虛擬加工的工具和環(huán)境。在此基礎上?？蓪崿F(xiàn)虛擬工廠。分析用機床進行產品加工的整個過程的各個環(huán)節(jié),對整個生產系統(tǒng)進行虛擬和控制。另外.用虛擬現(xiàn)實技術或三維技術制作的產品廣告具有逼真的效果,不僅可以展示產品的外形。還可顯示產品的內部結構。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.結束語

本文立足企業(yè)的實際情況.結合目前國際上先進制造技術的發(fā)展。將實際數(shù)控機床的設計、制造、應用和虛擬設計/制造相結合。提出了虛擬數(shù)控車床的總體設計方案。在整個設計中,結合機床的設計過程和應用狀況,力圖和實際相結合,為機床行業(yè)的發(fā)展提供一種思路和方法。

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