換刀機械手設(shè)計帶CAD圖
換刀機械手設(shè)計帶CAD圖,機械手,設(shè)計,CAD
基于I2DEAS的加工中心換刀機械手運動仿真3 穆塔里夫 阿赫邁德 尼加提 依米提 鄭 力摘要 以I2DEAS1MS8三維工程軟件為平臺,對TH6350臥式加工中心換刀機械手進行三維實體裝配。以裝配模型為基礎(chǔ),對換刀機械手進行機構(gòu)建模和換刀運動仿真。通過機械手換刀運動干涉檢驗和分析,得到機械手換刀運動并發(fā)時序圖,提出了縮短機械手換刀運動時間的措施。關(guān)鍵詞:I2DEAS 換刀機械手 運動仿真 干涉檢驗中圖分類號:TG659 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:16713133(2003)09 - 0040 - 03The kinematics simulation to the ATC formachining center based on I2DEASMutellip Ahmat,Jurat MamatZheng LiAbstractThe 3D assembly was made to the ATC (automatic tool changer)for the TH6350 machining center by based on I2DEAS;The 3D mechanism modeling and mechanical kinematics simulation for the tool changing motion of the ATC was made;The figures of the sequence in time to the ATC was obtained by kinematics interference checking to the tool changing motion ofthe ATC ,and a measure to shorten the tools exchanging time was put forward1Key words :I2DEASATC(automatic tool changer)Kinematics simulationInterference check用集成化工程分析軟件I2DEAS1MS8中的機構(gòu)設(shè)計(Mechanical Design)模塊對TH6350臥式加工中心的自動換刀機構(gòu)進行機構(gòu)建模以及換刀運動分析和仿真,使設(shè)計人員在屏幕上通過機構(gòu)的三維動態(tài)顯示,不僅可以直觀地看到整個機構(gòu)的運動過程,而且可以分析運動的完成時間、 運動軌跡、 運動干涉情況以及機構(gòu)運動參數(shù)等。采用I2DEAS1MS8軟件,以TH6350加工中心換刀機械手零部件三維實體模型為基礎(chǔ),完成換刀機械手三維實體裝配,通過定義剛體、 機架、 運動副、 運動函數(shù)和運動等實現(xiàn)換刀機械手的三維機構(gòu)建模,通過對換刀機械手的換刀動作進行運動仿真和運動干涉檢驗分析,得到機械手換刀動作并發(fā)運動時序圖,由此得出機械手換刀運動的有些動作可以并發(fā)進行而不發(fā)生運動干涉,從而縮短機械手換刀運動時間。 一、 換刀機械手三維實體裝配TH6350臥式加工中心換刀機械手三維裝配建模是在以I2DEAS為平臺的CAD應(yīng)用環(huán)境下,以換刀機械手零部件三維實體模型庫為基礎(chǔ),將不同的零部件通過特征識別和確定裝配特征后,組裝成一個裝配體。基于3D特征的裝配建模主要包括以下技術(shù):零部件三維實體建模;裝配路徑規(guī)劃;零部件樹狀結(jié)構(gòu)劃分;位置尺寸約束條件施加;裝配仿真;裝配干涉分析。3 新疆維吾爾自治區(qū)少數(shù)民族科技骨干人才特殊培養(yǎng)科研專項資金資助(2003 - 08)成繪圖文件。這個繪圖文件實際上是個文本文件,文件中匯集了用AUTOCAD系統(tǒng)繪制拉刀工作圖的所有屏幕命令,并經(jīng)過合理的排序處理,由系統(tǒng)直接啟動AUTOCAD系統(tǒng)去執(zhí)行該文件,自動繪出拉刀設(shè)計圖。用戶可以根據(jù)具體情況直接在圖上修改,并使用打印設(shè)備打印出拉刀設(shè)計圖。 三、 結(jié)論漸開線花鍵拉刀CAD專家系統(tǒng)的開發(fā),提高了拉刀設(shè)計的效率和質(zhì)量,達到了專家級的設(shè)計水平。其中采用的產(chǎn)生式與框架結(jié)合的復(fù)合型知識表示法,較好地解決了拉刀設(shè)計知識表達的問題,提高了運行效率。經(jīng)工廠計算實例表明,該專家系統(tǒng)能滿足工程需求,可以在拉刀設(shè)計中推廣應(yīng)用。參 考 文 獻1 四川省機械工業(yè)局 1 復(fù)雜刀具設(shè)計手冊M1 北京:機械工業(yè)出版社,19792 王玫,王杰等 1 漸開線插齒刀CAD專家系統(tǒng)的開發(fā)J 1 成都:四川大學(xué)學(xué)報,2002(2)3 殷國富 1 工程專家系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用M1 成都:成都科技大學(xué)出版社,1995作者通訊地址:四川大學(xué)制造科學(xué)與工程學(xué)院(成都610065)收稿日期:2003042104CAD/ CAPP/ CAM/ CAE現(xiàn)代制造工程2003(9)TH6350加工中心換刀機械手共由40多個零部件組成,其中主要零部件有13個,包括齒輪齒條類、 軸類、 軸承類、 蓋板類及箱體類等。由于空套齒輪軸、 軸承、 花鍵、 插拔刀活塞以及兩個抓刀和換刀齒條、 箱體等大部分零部件都與空心齒輪軸有裝配關(guān)系,所以將大空心齒輪軸作為基準(zhǔn),依次將其它零部件裝配到大齒輪軸上,然后安裝其它零部件,最后將其安裝到箱體上來完成換刀機械手的三維實體裝配。換刀機械手的三維實體裝配模型如圖1所示。圖1 機械手三維實體裝配模型 二、 機械手機構(gòu)建模與運動仿真11I2DEAS Mechanism Design一些概念加工中心換刀機械手機構(gòu)建模分析是由換刀機械手零部件的三維實體模型、 換刀機械手的三維裝配模型、 換刀機械手機構(gòu)建模,再到換刀機構(gòu)的運動分析求解到評估、 動態(tài)仿真、 再進行動態(tài)干涉分析等。在用I2DEAS Mechanism Design模塊進行換刀機械手機構(gòu)建模時,用到以下概念。1)連桿(Link) 連桿代表一個剛體的一種機械特征。連桿是一個幾何體的可見的表示,可以賦予參數(shù)特性。2)運動副(Joint) 運動副表示在連桿間可以完成的相對運動。一個運動副連接和約束兩個機械實體。3)標(biāo)記(Marker) 標(biāo)記表示在連桿上的一個 “關(guān)注點”,可以得到標(biāo)記處的分析結(jié)果。標(biāo)記可用于:識別某點的結(jié)果(位移、 速度和加速度)和定義彈簧接觸點或齒輪的接觸點。4)運動(Motion) 運動是描述運動副運動方程的表達式。運動僅應(yīng)用于運動副上并用運動副的方位來定義將會發(fā)生的相關(guān)運動。運動可用恒速、 常數(shù)和函數(shù)來輸入。21 換刀機械手機構(gòu)建模和運動仿真換刀機械手由裝配模型到機構(gòu)模型,再到機構(gòu)運動仿真及運動干涉分析,其過程用框圖2表示。換刀機械手換刀過程由以下五個階段完成:抓刀階段、 拔刀階段、 換刀階段、 插刀階段和放刀階段。這些動作分別由下列運動副完成:兩個齒條分別與缸體組成移動副;兩個齒條分別與兩個齒輪軸組成齒輪副;兩個齒輪軸分別與缸體組成轉(zhuǎn)動副;機械手臂分別與兩個齒輪軸組成移動副,來回移動來完成拔刀和插刀動作。裝配模型定義剛體定義機架選運動副運動函數(shù)定義運動運動求解機構(gòu)模型運動仿真干涉分析圖2 機構(gòu)建模仿真過程在進行機構(gòu)建模時,通過定義運動函數(shù)來設(shè)置機構(gòu)中各構(gòu)件運動的前、 后順序、 各構(gòu)件的位移和運動完成時間等。由于換刀機械手的換刀動作主要有抓刀和放刀(正、 負90 轉(zhuǎn)動)、 換刀(180 轉(zhuǎn)動)、 拔刀和插刀(正、 負165mm移動)以及機械手臂在前、 后花鍵的轉(zhuǎn)移等運動,因此,用以下的Step函數(shù)來分別表達這些運動。抓刀和放刀:step (time ,0 ,0 ,016 , - 90d) + step (time ,512 ,0 ,518 ,90d)換刀:step (time ,213 ,0 ,315 , - 180d) + step (time ,414 ,0 ,516 ,180d)拔刀和插刀:step (time ,116 ,0 ,212 , - 165d) + step (time ,316 ,0 ,412 ,165)機械手臂在前、 后花鍵的轉(zhuǎn)移:step (time ,0 ,0 ,016 , - 90d) + step (time ,213 ,0 ,315 ,- 180d) + step (time ,512 ,0 ,518 ,90d)通過上述方法對換刀機械手進行機構(gòu)建模以后,就可以進行運動仿真。如圖3所示換刀機械手抓刀和拔刀運動狀態(tài)。圖3 換刀機械手抓刀和拔刀運動狀態(tài)14CAD/ CAPP/ CAM/ CAE現(xiàn)代制造工程2003(9) 三、 機械手并發(fā)運動時序分析11 換刀機械手動態(tài)干涉分析換刀機械手的換刀動作分別是由兩個獨立的齒條活塞和另外一個活塞的直接驅(qū)動來完成的,它們的動作過程是串行進行的,也就是說在前一個動作完成以后才進行下一個動作,否則會發(fā)生運動干涉。然而,通過運動干涉檢驗和分析發(fā)現(xiàn),換刀機械手的有些換刀動作可以并發(fā)完成而不會發(fā)生運動時位置和尺寸的干涉。這兩個動作并行進行而不發(fā)生運動干涉的時間可以通過反復(fù)干涉檢驗得到。因此,由于換刀動作的并行完成,可以縮短機械手的換刀完成時間,由此提高機械手的換刀效率。21 換刀機械手并發(fā)時序分析以換刀機械手抓刀和拔刀過程為例,來說明并發(fā)時序分析的方法和步驟。在進行機械手并發(fā)運動干涉檢驗時,修改換刀機械手的Step函數(shù)中的動作完成時間,使抓刀和拔刀動圖4 干涉檢驗的 步驟和方法作并發(fā)進行,進行運動干涉檢驗,可以得出兩相對運動有關(guān)實體之間是否有干涉、 最大干涉體積、 不發(fā)生干涉的最短距離以及干涉點的坐標(biāo)等數(shù)據(jù),分析運動干涉情況,直到不出現(xiàn)干涉為止,即可確定兩個動作的并發(fā)時序。經(jīng)過反復(fù)的并發(fā)運動干涉檢驗,得出換刀機械手進行抓刀和拔刀并發(fā)運動而 不 發(fā) 生 干 涉 的 時 間 為0135s。其方法和步驟如圖4所示。其運動干涉檢驗報告如下:449 - RUN15STEP05Interference Check 1Checking:Instance(Hi14213):H652402101 ; 21 ,mtlfLibrary 1 with : Instance (Hi12211): H652402099 ;21 ,mtlf2Library 1Results 3 3 3INTERFERE3 3 3Volume 1761Total just touching detected0 Totalinterferences detected14502RUN15STEP06Interference Check 1Checking:Instance(Hi14213):H652402101 ; 21 ,mtlfLibrary 1 with : Instance (Hi12211): H652402099 ;21 ,mtlf2Library 1Results Just touchingTotal just touching detected1 Totalinterferences detected0該報告顯示,當(dāng)運動進行到第5步時,換刀機械手臂花鍵與齒輪軸花鍵出現(xiàn)體積為176mm3的干涉,而進行到第6步時,剛好不產(chǎn)生干涉。圖5和圖6分別表示換刀機械手換刀過程串行時序圖和抓刀、 拔刀時的并發(fā)時序圖。圖5 機械手換刀過程串行時序圖圖6 機械手抓刀和拔刀時的并發(fā)時序圖 四、 結(jié)語用I2DEAS1MS8為平臺實現(xiàn)了TH6350加工中心換刀機械手的三維實體裝配、 機構(gòu)建模和換刀運動仿真。以換刀機械手抓刀和拔刀運動為例,通過運動干涉檢驗和分析,得出了機械手在抓刀和拔刀時的部分動作可以并發(fā)完成從而縮短換刀運動時間0135s。同樣,也可對換刀機械手其它動作進行運動干涉檢驗和分析,為縮短加工中心的換刀運動時間提供依據(jù)。參 考 文 獻1 穆塔里夫,張年松,鄭力 1 加工中心虛擬裝配建模及裝配干涉的研究 1 現(xiàn)代制造工程(原 機械工藝師) ,2002 ,(9)2I2DEAS Course Guide ,The Mechanical Design Course1Structure Dy2namic Research Corporation , 2000 Eastman Drive Milford, Ohio45150(513)576 - 24003 吳石林 1 基于Euclid的機械動態(tài)仿真研究 1 現(xiàn)代制造工程(原 機械工藝師) ,2002 ,(2)作者簡介:穆塔里夫 阿赫邁德,新疆大學(xué)副教授,碩士生導(dǎo)師,清華大學(xué)訪問學(xué)者。主要研究方向:機構(gòu)學(xué)與機械原理、機械設(shè)計和虛擬制造。作者通訊地址:新疆大學(xué)(北校區(qū))機械工程學(xué)院(烏魯木齊830008)清華大學(xué)工業(yè)工程系(100084)收稿日期:2003050924CAD/ CAPP/ CAM/ CAE現(xiàn)代制造工程2003(9)
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