proe的串并联机床几何建模和运动仿真

2013-08-10 by:ProE/Croe培训中心来源:仿真在线

proe的串并联机床几何建模和运动仿真

proe(proengineer)是由PTC(Parametric Tech.nology corporation)公司推出的参数化设计三维cAD/CAM软件包,是当今世界上拥有用户最多的三维CAD软件,被广泛应用于机械、电子、航天、纺织、军工等行业。

近年来随着个人计算机的发展,人们运用各种软件及其开发工具对并联、串并联机床进行三维实体的几何建模和仿真。用AutocAD进行二维模型的建立相对比较容易,而对三维实体建模则较麻烦;OpenGL(Open graphic 1ibrary)提供了一些基本的图元,仅能完成简单的形体绘制,而复杂形体的建模是比较复杂的工作,如果采用汇编语言(如VB++、VC++等)编程进行实体建模和仿真,不仅要求工作人员技术高,而且工作量也很大。本文运用proe对串并联机床进行参数化设计,对其中的零部件进行分析,并分别建立模型,最后以一定的装配关系和约束条件来完成对串并联机床的建模,并应用Animation功能实现了运动平台的仿真。

1 串并联机床

三自由度的串并联机床结构简单,它基于stewart原理,主要由1个三自由度的主轴平台和1个传统的两自由度X-Y,工作台组成,被加工工件装夹在工作台上以获得二维平面运动。主轴安装于平台中央,主轴平台通过圆周均布的3个球铰(ball joint)或万向铰分别与3个连杆连接,每个连杆的另一端通过圆柱铰(rotational ioint)分别连接于相应的滑座上,每个滑座可沿各自所在立柱导轨作垂直运动,3个立柱空间均布。通过结构分析,不难发现串并联机床具有很多相似的部件和零件,如它的3根立柱、连杆和动、定平台的球铰和圆柱铰等,特别适合采用参数化的设计思想。

2 串并联机床几何模型的建立

(1)零件建模

分析串并联机床的结构,主要由立柱、连杆和动、定平台组成,可对它们进行建模,如图1所示是串并联机床的建模过程框图。

(2)零件装配

零件装配形成组件的过程,其实是一个通过proe指定零件间约束的过程,通过指定零件问的约束,确定零件的装配位置关系来完成装配图,因此在装配时不仅要考虑相连零件问装配的8种连接类型,还要考虑零件装配的先后次序及组合关系。可见零件的装配有不同的方式,串并联机床装配过程框图。

(3)几何建模的完成

立柱和定平台用固定(Rigid)约束装配;连杆连接滑块并绕滑块的一轴线旋转,因此连杆和滑块间用销钉(Pin)方式连接;滑块在立柱上面做直线平移运动,只要求有一个平移自由度,则选择滑块(Solid)连接方式连接;连杆与动平台之间是用具有三个自由度的球铰进行连接的,因此选择球(Ball)连接方式进行连接,最后生成所需的3-DOF串并联机床。

3 串并联机床主轴平台仿真

在proe软件中,有两大方法可以让组件“动起来”:

一是利用Mechanism功能,它可以让用户通过设定运动副——“连接”(connection),使机器组件实现模拟运动(虚拟运动);

二是利用Animation功能,它可以让用户不设定电机而用鼠标直接拖曳组件,仿照动画影片的制作过程,一步一步快拍(Snapshot),最后连接播映便成动画。在此不考虑伺服电机的驱动等方面的因素,只要求依照构件之间所连接的运动副而运动,因此第二种方法比较方便,且能满足所需运动的要求。

其中使用【play】-【capture】功能,可以输出一个影像文件,通过播放器能够看到主轴运动平台的运动情况。

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