2017年5月23日

車銑加工中心仿真結果與分析

2. 4車銑加工中心仿真結果與分析基于虛擬樣機的車銑加工中心仿真主要包括運動學仿真、動力學仿真。運動學仿真可以檢驗所建的虛擬樣機模型是否正確，是否發生干涉，同時可以對機床在運動中位移、速度、加速度進行評估。動力學仿真可以預測在加工過程中電機的驅動力大小，同時可以通過多剛體和多柔體系統在運動過程中對驅動力誤差分析。因此對車銑加工中心運動學和動力學進行仿真是非常有必要的。 2.4.1車銑加工中心的運動學仿真分析通過運動學仿真可以觀察機床在運動過程中干涉現象的發生，以檢驗機構設計是否合理，從而可以修改和完善機床的設汁。其中運動學仿真是使機床的虛擬樣機模型按照要求作機械運動，從而檢驗機床的各運動部件的運動軌跡是否滿足設計要求。運動學分析是在不考慮力的作用情況下研究機械系統的各部件的位置、速度。車銑加工中心在空間上進行螺旋線軌跡的正逆運動仿真研究。將上述運動規律按驅動方式加載到刀頭點，進行逆動力學的仿真。滑板、橫滑板、動力刀架沿著X、Y、Z合成方向的位移曲線和速度曲線，如圖2. 9和圖2. 10所示。按照刀頭點的運動規律可以在虛擬樣機的后處理模塊中求得滑板、橫滑板、動力刀架的運動曲線，并通過后處理的函數功能，利用函數將三個部件運動曲線表示出來，然后將所得運動曲線函數再加載到三個部件的電機上，關閉刀頭點的驅動改為電機的驅動，進行正運動學仿真，所得刀頭點的位移、速度和加速度曲線如圖2. 11所示。仿真結果分析:①由逆運動學可以看出，對于刀具末端按所給的螺旋線運動時，可以看出其曲線的形成是由滑板、橫滑板、動力刀架共同完成的，存在相同的周期性，仿真結果符合加工軌跡要求;②從正運動學的仿真結果圖中可以看出，運動平穩。ADAMS對機構進行運動學仿真，符合正逆運動學的運動關系，同時也驗證了虛擬樣機模型的運動部件之間符合我們設計的機構運動關系，這為后續的車銑加工中心的動態特性提供了基礎條件。2.4.2基于多柔體的動力學仿真分析通過動力學仿真可以獲得車銑加工中心電機驅動力，為電機的參數選擇提供了參考依據，通過多柔體和多剛體仿真可以獲得兩種情況下的驅動力和刀尖位移軌跡，因此進行動力學仿真分析是非常有意義的。在對剛體進行仿真分析時，其銑削加工可分為兩種情況:第一種是空載，機床在進給時的最大速度和加速度達到該機床設計極限，即最大速度為〇. 5m/s,最大加速度為1^，測得電機所需的最大驅動力；第二種是刀具勻速進給i，=〇.4m/s，同時受到銑削力的作用。對于不同材質的銑刀加工不同材質的工件，當加工參數確定后，可利用相應的公式1183來計算切削力。下面以高速工具鋼（W18Ci4V)材質的立銑刀端面銑削45#鋼工件為例進行切削力分析。經過汁算和仿真可知第一種的驅動力大于第二種驅動力，所以研究第一種情況有重要參考價值的。現在以第一種情況進行仿真，圖2.12是刀具的最大速度（0.5m/s)和加速度（lg)是以正弦和余弦曲線進給。在ADAMS中給定位移運動方程以刀具沿X方向運動為例，具體設置如下:車銑加工中心在運動過程中，以工作空間搜索的方法，獲得滑板、橫滑板、動力刀架上的電機最大驅動力，具體仿真結果如圖2. 13所示，該結果可以為電機參數的選擇提供參考依據。在獲得驅動力基礎上，按照上面方法分別進行多剛體和多柔體仿真分析，具體結果如圖2. 14所示，其中圖2. 14(a)為在Z方向上的多剛體和多柔體的驅動力對比曲線圖，為了對比清楚可以對兩條曲線做差運算，從而獲得圖2. 14(h);圖2. 14(c)為F方向的驅動力對比曲線圖；圖2. 14( d)為Z方向的驅動力對比曲線圖。圖2. 15所示為在多剛體和多柔體模型中銑刀位移軌跡曲線圖，其中圖2. 15(a)為在Z方向的多剛體和多柔體的位移曲線對比圖，為了對比清楚可以對兩條曲線做差運算，從而獲得圖2. 15(b);圖2. 15(c) 為義方向的差運算后的銑刀位移曲線圖；圖2. 15(d)為F方向差運算后的銑刀位移曲線圖。從圖2. 14和圖2. 15仿真結果可以看出：①多柔性體受力明顯比多剛件的大些，獲得的仿真結果與實際更接近，因此對驅動電機參數的選擇以多柔體仿真結果更準確；②虛擬樣機在運動過程中開始的時候受到的驅動力有突變現象的發生，尤其在拐點處，可能是加速造成的; ③從切削原理角度講，由于機床剛度是恒定的，切削力越大，則產生的柔性體差值也就越大;④根據在移動過程中刀具位移軌跡誤差添加到精工系統中，有利于補償車銑加工中心的形位誤差，提高了機床加工精度。 2. 5本章小結 (1)采用虛擬樣機技術和有限元方法相結合建立多柔體的仿真系統。具體通過ADAMS和ANSYS軟件協同建模，將車銑加工中心關鍵部件轉化成柔性體，與其他部件形成剛柔耦合系統。 (2)基于多柔體系統的車銑加工中心運動學仿真分析和動力學仿真分析。不僅可以觀察機床在運動過程中是否干涉現象的發生，而且為加工中心的電機參數的選擇提供了參考依據。通過多柔體與多剛休虛擬樣機動力學仿真對比分析，柔性體驅動力比剛性體驅動力大很多，采用多柔休系統仿真更能反映實際情況。本文由海天精工整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！

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