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

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境,以發現制造中可能出現的問題,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型數控車床為研究對象,從虛擬產品開發的角度,論證虛擬數控機床的總體設計方案,提出虛擬機床的體系結構,建立虛擬數控機床模型,并對其應用加以討論。

1虛擬數控機床體系結構

數控機床進行加工時,首先要能夠識別由數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。在建立虛擬數控機床模型時,為追求身l臨其境的逼真性和超越現實的虛擬性,虛擬數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。

(2)能全面逼真的反映現實的加工環境和加工過程。能對加工中出現的碰撞、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境中那樣完全操作虛擬數控機床,又能完全真實地以圖像的形式觀察機床運行的各種狀態和各種機床運行參數.從而最大限度的提高人機融合程度。根據上述分析,分析虛擬數控機床的體系結構如圖2所示。

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2結構分析及虛擬數控機床建模

2.1 SSCK3220主要部件建模

虛擬數控機床建模關鍵技術是零件的三維造型、虛擬裝配和動態仿真。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、運動關系、伺服系統、剛度和熱影響等。此處以SSCK3220型數控車床為原型進行幾何建模。首先分析SSCK3220型數控車床的結構,圖3給出該機床的傳動系統結構示意圖。

在分析SSCK3220型數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。可利用數學方法和計算機手段實現主要結構件的形狀和尺寸優化.同時還可實現功能部件的特性優化。如主軸部件中主軸的支距及其靜動態特性、伺服進給系統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。在對數控機床的床身、床鞍、主傳動系統、進給傳動系統、裝夾系統分別建立模型。并虛擬工件和刀具的基礎上。可利用虛擬裝配技術.得到虛擬數控車床模型。圖4給出SSCK3220數控車床的簡化的虛擬機床模型。

3.虛擬數控機床的應用

虛擬數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、優化設計等對機械結構、布局進行改進和優化閣。虛擬機床是虛擬加工的工具和環境。在此基礎上。可實現虛擬工廠。分析用機床進行產品加工的整個過程的各個環節,對整個生產系統進行虛擬和控制。另外.用虛擬現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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