某三軸并聯(lián)機(jī)床的建模與仿真分析案例目錄某三軸并聯(lián)機(jī)床的建模與仿真分析案例 1 11.2UG主要功能 2 31.4運(yùn)動(dòng)仿真 81.4.1仿真插件 8 8UG,英文全程是UnigraphicsNX,它是由美國著名公司SiemensPLMUG不僅是讓使用者能夠輕松找到最合理的方案之外，還能夠通過電腦計(jì)算使得NX在設(shè)計(jì)制造軟件方面一直有一席之地，為了幫助人們1.2UG主要功能(1)用戶界面UGNX的界面一般是兩種，除設(shè)置經(jīng)典款之外，還可以使用晉級(jí)款。在辨UG除了草圖部分之外，它真正實(shí)用的核心是建形狀變化。在完成建模之后圖形顏色可以選擇繼續(xù)保持橙色或者變?yōu)殂y色，也可更改顏色，全看個(gè)人喜愛。對(duì)于模型的簡單修改，不需要額外的進(jìn)行設(shè)計(jì)命令，而通過特征創(chuàng)建里面的選項(xiàng)就能輕松完成。在特征命令里，不僅有導(dǎo)角等命令，還有陣列、打孔、拔模等命令。尤其是打孔，對(duì)于設(shè)計(jì)師來說，專門添加打孔命令會(huì)顯得繁瑣，而打孔命極大的減少了設(shè)計(jì)的任務(wù)，方便了設(shè)計(jì)師們進(jìn)行穿孔，并且在數(shù)據(jù)庫中有著眾多標(biāo)準(zhǔn)孔供設(shè)計(jì)師選擇。拔模則極大的方便設(shè)計(jì)師對(duì)薄壁零件的設(shè)計(jì)，該類薄壁零件的材質(zhì)大多很脆，故拔模方便制作其薄壁。UG的另一重要功能，就是其裝配功能。光有零件可不行，只有將零件組裝起來，才能使其所組成的機(jī)器完成我們預(yù)期所希望它所完成的任務(wù)，許多設(shè)計(jì)師也漸漸使用UG的裝配功能。而每一年，UG的公司都會(huì)對(duì)裝配模塊進(jìn)行優(yōu)化，只為給用戶提供最好的裝配體驗(yàn)。并且在軟件性能上有所提升，在高質(zhì)量硬件的情況下能更快的完成裝配任務(wù)，充分利用電腦硬件來進(jìn)行裝配任務(wù)，使得電腦裝配從最初的適應(yīng)幾十個(gè)零件，到現(xiàn)在可以進(jìn)行一臺(tái)飛機(jī)幾萬個(gè)零件的裝配量，可謂是史詩級(jí)提升。(6)仿真加工UG更實(shí)用的一點(diǎn)，除了建模裝配之外，還有對(duì)零件的機(jī)床本身加工模擬。通過啟動(dòng)按鈕中的模擬加工，可以通過設(shè)計(jì)參數(shù)，來完成一個(gè)零件的機(jī)床加工步驟。在完成加工模擬之后，還能導(dǎo)出相關(guān)的編程，可以適用于任何支持該類型命令的機(jī)床當(dāng)中，可謂是從理論到實(shí)際，甚至到加工的全面完成。開始我的建模任務(wù)。首先是滾珠絲桿，作為并聯(lián)機(jī)床中涉及比較重要的零件，我們先繪制它的全長圖形，之后將余程部分，連接部分進(jìn)行修改，之后再添加螺紋。三維圖形如圖之后是同步帶輪的建模，為將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)完美的傳遞到連桿之上，通過同步帶輪來完成傳遞。圖1.2同步帶輪之后再繪制其他零件，并完成伸縮桿的裝配圖。伸縮桿作為主要部件之一，它決定了機(jī)床是否能控制平臺(tái)的移動(dòng)，在接收到命令之后能夠很準(zhǔn)確的三桿之間協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，以此來完成任務(wù)。實(shí)現(xiàn)三維空間的運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行加工。在完成伸縮桿之后，我們對(duì)靜平臺(tái)部分進(jìn)行建模，在建立平臺(tái)之后，并在固定鉸鏈的地方增加兩個(gè)小塊以起到固定的作用。并在三個(gè)角添加三個(gè)墊塊。如圖2.4所示。與靜平臺(tái)相連接的是一個(gè)萬向鉸，該萬向鉸由兩個(gè)框組成，一個(gè)框與靜平臺(tái)連接，另一個(gè)框與伸縮桿相連O圖1.5方框萬向鉸圖在機(jī)械的另一邊，與動(dòng)平臺(tái)和伸縮桿相連的是另一種形式的虎克鉸，它為動(dòng)平臺(tái)的旋轉(zhuǎn)提供了相關(guān)功能。圖1.6萬向鉸圖之后是動(dòng)平臺(tái)的建模，將它與萬向鉸裝配在一起，形成另一半的裝配圖。最后，將我們創(chuàng)建的所有建模三維裝配在一起，完成我們最終的并聯(lián)機(jī)床裝配圖，結(jié)果如圖1.8所示：通過圖1.6,我們就不用通過較高的想象力來理解二維圖實(shí)體建模之后的樣子，可以明確的用眼睛就能去明白和了解并聯(lián)機(jī)床的結(jié)構(gòu)樣式。在UG中完成建模和裝配之后，UG左上角的啟動(dòng)按鈕中就有著我們需要的就可以通過動(dòng)畫了解部件的移動(dòng)動(dòng)畫，通過添加XY圖可以得到1.4.2運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化(1)伸縮桿沿X軸方向的運(yùn)動(dòng)分析伸縮桿是并聯(lián)機(jī)床的主要部分，其中涉及到電和機(jī)械構(gòu)件較多，因此，分設(shè)置材料為45號(hào)鋼，因此它的質(zhì)量為1.4Kg。伸縮范圍為200mm。通過仿真后的連接桿的平均速度幅值。縱軸是速度值以上曲線表示，在滾軸絲杠的帶動(dòng)下，伸縮桿件按照速度方程y=50sin(t),在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期T=6.28s內(nèi)，經(jīng)歷兩次加速，兩次減速運(yùn)動(dòng)。并在t=1.14s其運(yùn)動(dòng)組件的瞬時(shí)速度為零。通過分析曲線我們可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：結(jié)構(gòu)對(duì)伺服電機(jī)的控制精度要求比較高，結(jié)構(gòu)對(duì)滾珠絲杠的強(qiáng)度與傳動(dòng)精度要求也比較高。下面我們驗(yàn)證速度幅值圖形的準(zhǔn)確性，設(shè)定它的某一點(diǎn)時(shí)間。與圖形相吻合。通過連接桿的速度方程，我們計(jì)算出了它的加速度方程。加速度為通過仿真我們得出了它的加速度幅值圖形，如圖4.4表示的是伸縮桿加速度隨時(shí)間變化曲線。驗(yàn)算它的加速度幅值的正確性。我們給出它的某一點(diǎn)時(shí)間，設(shè)t=1.6s得出因此加速度運(yùn)動(dòng)圖形是正確的。圖形分析：當(dāng)伺服電機(jī)啟動(dòng)，并達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后，帶動(dòng)伸縮桿件做加速運(yùn)動(dòng)，加速度的值在半個(gè)周期里隨時(shí)間先變小，在變大。圖4.5顯示的是伸縮桿件的驅(qū)動(dòng)力幅值。連接件的質(zhì)量為m=1.4Kg,加速度方程為因此，驅(qū)動(dòng)它的力為與模擬仿真出的力的圖形相一致。通過上述的模擬仿真出的連接桿的各運(yùn)動(dòng)圖形，可以很清楚的顯示連接桿在各個(gè)運(yùn)動(dòng)時(shí)間里的各參數(shù)大小。它與我們計(jì)算出來的結(jié)果想一致，因此，在很多復(fù)雜的環(huán)境下，我們可以直接運(yùn)用Solidworks進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)，可以減少設(shè)計(jì)的時(shí)(2)同步帶輪繞X軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)分析同步帶輪與電機(jī)相連接，當(dāng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，通過電機(jī)軸帶動(dòng)同步帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。從而帶動(dòng)連接桿運(yùn)動(dòng)。設(shè)定同步帶輪為運(yùn)動(dòng)部件，給出它的運(yùn)動(dòng)方程為：通過仿真得出它的角速度幅值，如圖4.6所示，縱軸是角速度值的變化過程，橫軸表示的是時(shí)間變化。圖1.12同步帶輪角速度幅值通過比較我們得出計(jì)算的結(jié)果與圖形結(jié)論相一致。對(duì)變化曲線的分析：在伺服電機(jī)的帶動(dòng)下，同步帶輪按照角速度方程w=50sin(t),在一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期T=6.28s內(nèi)，經(jīng)歷兩次加速，兩次減速運(yùn)動(dòng)。并在t=1.14s其正到半周期的那一瞬間多有的運(yùn)動(dòng)組件的瞬時(shí)速度為零。通過分析這個(gè)曲線我們可以得到以下幾個(gè)結(jié)論：通過同步帶輪的運(yùn)動(dòng)，我們可以得出伺服電機(jī)的輸出變化，由此得出結(jié)構(gòu)對(duì)伺服電機(jī)的控制精度要求比較高。通過計(jì)算我們得出而運(yùn)動(dòng)仿真后的速度圖形如圖4.7所示。縱軸是速度值的變化過程，橫軸表示的是時(shí)間變化。由