機床商務網技術文章
車銑加工中心仿真結果與分析
閱讀：108 發布時間：2020-8-12
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，機床在進給時的大速度和加速度達到該機床設計極限，即大 速度為〇. 5m/s,大加速度為1^，測得電機所需的大驅動力；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 數控系統中，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。
本文由伯特利數控整理發表文章均來自網絡僅供學習參考，轉載請注明！