proe的串并聯(lián)機(jī)床幾何建模和運(yùn)動(dòng)仿真

2013-08-10 by:ProE/Croe培訓(xùn)中心來(lái)源:仿真在線

proe(proengineer)是由PTC(Parametric Tech.nology corporation)公司推出的參數(shù)化設(shè)計(jì)三維cAD/CAM軟件包,是當(dāng)今世界上擁有用戶(hù)最多的三維CAD軟件,被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航天、紡織、軍工等行業(yè)。

近年來(lái)隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的發(fā)展,人們運(yùn)用各種軟件及其開(kāi)發(fā)工具對(duì)并聯(lián)、串并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行三維實(shí)體的幾何建模和仿真。用AutocAD進(jìn)行二維模型的建立相對(duì)比較容易,而對(duì)三維實(shí)體建模則較麻煩;OpenGL(Open graphic 1ibrary)提供了一些基本的圖元,僅能完成簡(jiǎn)單的形體繪制,而復(fù)雜形體的建模是比較復(fù)雜的工作,如果采用匯編語(yǔ)言(如VB++、VC++等)編程進(jìn)行實(shí)體建模和仿真,不僅要求工作人員技術(shù)高,而且工作量也很大。本文運(yùn)用proe對(duì)串并聯(lián)機(jī)床進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì),對(duì)其中的零部件進(jìn)行分析,并分別建立模型,最后以一定的裝配關(guān)系和約束條件來(lái)完成對(duì)串并聯(lián)機(jī)床的建模,并應(yīng)用Animation功能實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的仿真。

1 串并聯(lián)機(jī)床

三自由度的串并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,它基于stewart原理,主要由1個(gè)三自由度的主軸平臺(tái)和1個(gè)傳統(tǒng)的兩自由度X-Y,工作臺(tái)組成,被加工工件裝夾在工作臺(tái)上以獲得二維平面運(yùn)動(dòng)。主軸安裝于平臺(tái)中央,主軸平臺(tái)通過(guò)圓周均布的3個(gè)球鉸(ball joint)或萬(wàn)向鉸分別與3個(gè)連桿連接,每個(gè)連桿的另一端通過(guò)圓柱鉸(rotational ioint)分別連接于相應(yīng)的滑座上,每個(gè)滑座可沿各自所在立柱導(dǎo)軌作垂直運(yùn)動(dòng),3個(gè)立柱空間均布。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析,不難發(fā)現(xiàn)串并聯(lián)機(jī)床具有很多相似的部件和零件,如它的3根立柱、連桿和動(dòng)、定平臺(tái)的球鉸和圓柱鉸等,特別適合采用參數(shù)化的設(shè)計(jì)思想。

2 串并聯(lián)機(jī)床幾何模型的建立

(1)零件建模

分析串并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu),主要由立柱、連桿和動(dòng)、定平臺(tái)組成,可對(duì)它們進(jìn)行建模,如圖1所示是串并聯(lián)機(jī)床的建模過(guò)程框圖。

(2)零件裝配

零件裝配形成組件的過(guò)程,其實(shí)是一個(gè)通過(guò)proe指定零件間約束的過(guò)程,通過(guò)指定零件問(wèn)的約束,確定零件的裝配位置關(guān)系來(lái)完成裝配圖,因此在裝配時(shí)不僅要考慮相連零件問(wèn)裝配的8種連接類(lèi)型,還要考慮零件裝配的先后次序及組合關(guān)系。可見(jiàn)零件的裝配有不同的方式,串并聯(lián)機(jī)床裝配過(guò)程框圖。

(3)幾何建模的完成

立柱和定平臺(tái)用固定(Rigid)約束裝配;連桿連接滑塊并繞滑塊的一軸線旋轉(zhuǎn),因此連桿和滑塊間用銷(xiāo)釘(Pin)方式連接;滑塊在立柱上面做直線平移運(yùn)動(dòng),只要求有一個(gè)平移自由度,則選擇滑塊(Solid)連接方式連接;連桿與動(dòng)平臺(tái)之間是用具有三個(gè)自由度的球鉸進(jìn)行連接的,因此選擇球(Ball)連接方式進(jìn)行連接,最后生成所需的3-DOF串并聯(lián)機(jī)床。

3 串并聯(lián)機(jī)床主軸平臺(tái)仿真

在proe軟件中,有兩大方法可以讓組件“動(dòng)起來(lái)”:

一是利用Mechanism功能,它可以讓用戶(hù)通過(guò)設(shè)定運(yùn)動(dòng)副——“連接”(connection),使機(jī)器組件實(shí)現(xiàn)模擬運(yùn)動(dòng)(虛擬運(yùn)動(dòng));

二是利用Animation功能,它可以讓用戶(hù)不設(shè)定電機(jī)而用鼠標(biāo)直接拖曳組件,仿照動(dòng)畫(huà)影片的制作過(guò)程,一步一步快拍(Snapshot),最后連接播映便成動(dòng)畫(huà)。在此不考慮伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)等方面的因素,只要求依照構(gòu)件之間所連接的運(yùn)動(dòng)副而運(yùn)動(dòng),因此第二種方法比較方便,且能滿(mǎn)足所需運(yùn)動(dòng)的要求。

其中使用【play】-【capture】功能,可以輸出一個(gè)影像文件,通過(guò)播放器能夠看到主軸運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)情況。

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