基于Pro／E的螺旋面钻尖刃磨机床运动仿真.pdf

第 2 8 卷第 1 期 2 O O 7 年 1 月 煤矿机械 C o a l Mi n e Ma c h i n e l V0 1 ． 2 8 N o ． 1 J a n ．2 00 7 基于 P r o ／ E的螺旋面钻尖刃磨机床运动仿真 虞文武 ．靳敏 ．张小强 1 ． 东北大学，沈阳 1 1 I 10 4 ；2 ． 中国矿业大学，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 摘要给出螺旋面钻尖刃磨机床的基本结构及其工作原理。采用 P r o ／ E对零部件进行三维 参数化建模。在此基础上进行虚拟装配包括定义运动副连接、 设置伺服电机， 完成螺旋面钻尖刃磨 机床的装配体模型。最后通过此模型利用 M e c h a n is m模块实现螺旋面钻尖刃磨的运动仿真． 并完 成干涉检查、 速度等运动分析。 关键词P r o ， E ；运动仿真；并联杆刃磨机床；螺旋面钻尖 中图分类号T G 5 8 文献标志码A 文章编号 1 0 0 3 - 0 7 9 4 2 0 0 7 O l - O O ． 0 3 O 引言 目 前就刀具的刃磨质量和效率而言， 手工刃磨 表 2 控制点坐标及其权因子 写 缔 图 1 三次 N U R B S空间曲线插值算例 2 算例2 用三次 N U R B S曲线插值一条球面 曲线， 其效果如图2 。 图2 曲线插值的效果图 7 结语 通过三次 N U R B S曲线的矩阵表示给出了三次 N U R B S 空间曲线插值的算法， 即给定任意一曲线上 的一组型值点及其权因子， 就可以构造一条三次 N U R B S曲线顺序通过这些型值点并使之在这些点 处具有给定的权因子。然后， 利用 M A T L A B软件验 证了该算法并得到了比较好的效果， 该算法的出现， 为进一步对 N U R B S 曲线和曲面的研究奠定了基础。 参考文献 [ 1 ] 施法中． 计算机辅助几何设计与非均匀有理 B样条[ M] ． 北京 高 等教育出版社， 2 0 0 1 [ 2 ] 朱 tl , 雄， 等． 自由曲线曲面造型技术[ M ] ． 北京 科学出版社， 2 0 O O ． [ 3 ] 贾桂红． N U R B S 曲线的直线与圆弧数控逼近算法研究[ D ] ． 保定 华北电力大学， 2 0 0 5 ． [ 4 ] 陈绍平， 三次 N U R B S曲线的插值与应用[ J ] ． 机械科学与技术， 2 0 0 1 。 2 0 5 6 9 2 6 9 4． [ 5 ] 张志涌， 等． 精通 M A T L A B 6 [ M ] ． 5 版． 北京 航空航天大学出版 社 。 2 0 0 3 ． 作者简介韩庆瑶 1 9 5 3 一 ， 河北保定人， 博士， 教授， 研究方 向 数控技术， 机电控制及其自动化， C A D ／ C A M， 微机控制， 电话 0 3 1 2 一 1 3 2． - -- 4 6 -- - 收稿日期 2 0 0 0 8 ． 1 0 5 d 3 2 1 0 辞 5 4 3 2 1 O 彝 维普资讯 箜垫鲞箜． ． 塑 茎王 垦 堡 亘壁 麈 床运动仿真虞文武， 等 V o 1 ． 2 8 N o ． 1 已无法满足生产发展的需要。为了解决这个问题， 国外研制了许多不同类型的刃磨机， 并在钻尖的刃 磨理论方面进行了大量的研究。本文首先简单地介 绍了一种新型并联杆刃磨机床及其刃磨螺旋面钻尖 的原理， 其次利用 P r o ／ E进行实体三维建模， 在此基 础上完成装配， 最终实现了刃磨过程的仿真， 直观地 解释了这款基于并联机构的刃磨机床其二轴联动就 可实现普通钻尖刃磨机所必须的三轴联动的刃磨效 果。 1 螺旋面钻尖刃磨机床的基本结构与工作原理 螺旋面钻尖刃磨机床由4 个基本模块组成 床 身模块 、 主机构模块、 工作台模块、 末端执行机构组 成。其结构如图 1 所示。 圈 1 螺旋面钻尖刃磨机床样机 1 ． 并联结构2 ． 末端执行机构3 ． 工作台模块4 ． 床身模块 床身模块分为机架和底座。主机构模块为并联 机构。两滑块的直线运动为输入运动， 分别由两直 线电机驱动， 以实现刃磨处所需运动。工作台模块 由升降台、 电机 、 砂轮和工作台面组成， 可实现竖直 方向的进给。由刀具和直流伺服电机组成末端执行 机构模块。 螺旋面钻尖刃磨机床二轴联动就可实现普通钻 尖刃磨机三轴联动刃磨螺旋面钻尖的效果。刃磨原 理如图 2 所示。与杆系一端相连的一个滑块在 A 点保持不动， 杆系另一端相连的滑块在直线电动机 的驱动下从 A 。 点平移到 A 点， 与此同时运动平台 上的钻尖从 O 。 点移动到 D点 ， 实现一个圆弧运动， 加上运动平台上主轴带动钻头的自转， 从而实现螺 旋面钻尖刃磨所需的成形运动。 圈2 螺旋面钻尖刃磨机床刃磨原理圈 2 螺旋面钻尖刃磨机床的参数化实体建模 对刃磨机床进行实体建模是完成刃磨机床的刃 磨运动仿真的第 1 步。刃磨机床的所有零部件包含 的特征均为草绘特征， 即由草绘的二维截面经拉伸、 旋转、 扫描和混合等方式生成。建模过程比较简单， 且限于篇幅关系略去其建模的具体步骤， 只说明各 零件所用特征 见表 1 。 表 1 螺旋面钻尖刃磨机床零件特征明细表 零件名称 特征名称 机 譬 妻 耋 塾 轮 拉 伸 增 、 减 材 料 ； 圆 角 滑 块 、连杆、 运动平台 、 们 ’ 丝杠 拉伸增材料； 扫描 钻头 拉伸增、 减材料； 混合 工作平台 拉伸增材料； 圆角 3 螺旋面钻尖刃磨机床的虚拟装配 P ro ／ E N G I N E E R Wil d fi r e 采用单一数据库来完成 设计。在完成所有零件的设计后 ， 可以使用 A s s e m b l y 模块完成零件的装配。零件的装配过程， 实际上 就是一个约束限位的过程。根据不同的零件模型及 设计需要， 选择合适的装配约束类型， 从而完成零件 模型的定位。一般要完成一个零件的完全定位， 可 能需要同时满足几种约束条件。为了实现刃磨运动 的仿真， 必须采用连接的方式在装配件中增加元件。 限于篇幅关系略去装配的具体步骤， 只说明各零件 之间的连接类型， 滑动连接明细见表 2 ， 销顶连接明 细见表 3 。 表 2 滑动连接明细表 表 3 销顶连接明细表 连接体1 连接体2 连 接个数 连接体1 连接体2 连 接个数 机架 导轨 1 左滑 块 导轨 1 右滑 块 导轨 1 工作台 机架 1 左滑块 右滑块 运动平台 钻头 机架 工作平台 马达 杆 4 杆 4 杆 4 动平台 1 丝杠 1 马达 1 砂轮 1 4 螺旋面钻尖刃磨机床刃磨仿真及运动分析 在 M e c h a n is m工作环境下， 在模型中添加伺服 电机、 定义初始位置、 建立测量方式后便可执行运动 学分析。进行运动学分析可以观察研究机构的运 动、 测量零件的位置、 速度、 加速度。 刃磨过程的仿真步骤中关键一步是分析定义， 其中涉及到伺服电机的工作时序问题， 这是运动分 析的核心， 也是分析成败的关键。螺旋面钻尖刃磨 运动的仿真过程可分为4 个工作阶段 准备工作； 钻 --- 4 7 --- 维普资讯 0 1 1垫N 0 1 基王 堡旌亟 匮 运 墓二 _ 虞文武， 等 第2 8 卷第 1 期 尖左端面刃磨； 钻尖右端面刃磨 ； 复位。相关伺服电 机的具体工作时序安排见表 4 。 表 4 伺服电机工作时序表 钻尖的速度和位置在刃磨过程中是2 个关键指 标。在完成刃磨运动的仿真后对钻尖的速度和位置 进行了分析。速度分布见图 3 ， 钻尖位置分布见图 4。 4 n 营 藉 1 5 ． 1 n 图 3 钻尖速度分布图 U L U L U L U h L U毡 叫1 0 ． 叫l Z 叫1 4 ． 叫1 6 ． 叫 N／ s 圈 4 钻尖位置分布圈 5 结语 对有类似于螺旋面钻尖刃磨机床的复杂运动机 械产品，建立三维动态图形和三维虚拟环境模拟， 可以很好地描述其数学模型的准确性、装配过程的 合理性、作业过程的动态性、运动轨迹的正确性。 文章基于F r c的大型 C A D ／ C A M ／ C A E 软件P m ， E ，通 过实体建模、 虚拟装配、 设置连接、准确定义伺服 电机的工作时序，实现了螺旋面钻尖刃磨机床作业 过程的仿真， 非常直观地说明了螺旋面钻尖的刃磨 原理 。 参考文献 [ 1 ] 高秀华， 李炎亮． 机械三维动态设计仿真技术[ M ] ． 北京 化学工 业 出版社 ， 2 0 0 3 ． [ 2 ] 周四新． P r o ／ E N G I N E E RWil d f i r e 基础设计[ M] ． 北京 机械工业出 版社 ， 2 0 0 3 ． [ 3 ] 魏红芳． 基于2 一 P R R机构的模块化并联机床的性能分析[ D ] ． 河 北 河北工业大学 ， 2 O 0 3 ． [ 4 ] 赵俊伟， 黄俊杰， 陈国强． 基于P re ／ E的串并联机床几何建模和运 动仿真[ J ] ． 机械制造， 2 0 0 5 ， 4 3 2 2 9 3 0 ． [ 5 ] 邹平， 杨旭磊． 几种螺旋面钻尖刃磨机床的研制[ J ] ． 制造技术与 机床 ． 2 0 0 4 7 29 3 0 ． 作者简介虞文武 1 9 8 1 一 ， 江苏常州人， 东北大学机械学院 2 O 0 4级硕士 ， 主要从事机械制造方面的研究 ． 收稿13 期 ． 2 0 0 6 0 8 0 9 超 强 除 铁 器 在 选 煤 厂 的 应 用 兖州矿业 集团 公司济宁二号煤矿选煤厂在动筛车间的2 条输煤输送带上各安装了 1 台超强多极式除 铁器以后， 磁力比除铁器增加4 0 0 ％， 煤炭中的杂铁、 雷管明显减少。 这个厂动筛车间原设计在动筛跳汰机前只有 1 0 1 G机头 1 台除铁器， 励磁功率及效果很难达到要求， 对 动筛车间的中心设备一动筛跳汰机造成很大的损坏， 致使斗板变形脱落， 弧形板变形无法阻煤。在动筛前给 煤机增加2台强磁除铁器， 对块煤的铁杂物进行二次除铁。选用 R C D A一1 8 0 0 T型除铁器， 励磁功率为 1 2 k W， 悬挂高度为 5 0 0 m il l 。井下随原煤上来的特大铁器如大刮板 约有 3 5 k g 都可靠吸出， 细微铁器如铁丝 头、 雷管等也能吸出， 宽度为 1 8 0 0 m il l ， 与入料宽度一致， 能够对吸入料块煤进行完全除铁， 从而避免了铁器 进入动筛跳汰机。自2 台除铁器安装以来， 在第 1 个月内吸出大刮板 4 8 个， 动筛跳汰机没有出现被铁器严 重破坏的现象， 精煤破碎机没有再受到大铁器破坏， 极大地减少了维修量。 李剑峰 供稿 一 4 8 维普资讯