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大型工件超长平面铣钻专用机床的仿真分析与研究 口柯春松 口刘红娟 口范进桢 口段明扬 1 ． 宁波职业技术学院 机 电学 院宁波3 1 5 8 0 0 2 ． 广西大学 机械工程学院南宁5 3 0 0 0 4 摘要综合利用 C A D／ C A E／ MS S技术 ， 对铣钻专用机床进行仿真分析和研究。 通过 P r o ／ E建立机床的实体模型， 将模型输入到 A D A MS中， 对机床进行动力学仿真。 为提 高系统仿真的精度， 将铣钻专用机床床身大梁柔性化 ， 研究不同工 况下， 床身大梁与拖板之间的动态特性。 同时， 为求解床身大梁载荷提供了新的方法。 关键 词 专用机床 C AD ／ C A E ／ MS S 动力学仿真 AD AMS 中图分类号 T C 5 2 文献标识码 A 文章 编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 8 0 60 0 1 20 3 广 西 龙 滩 水 电 站 是 西 部 大 开 发 的 战 略 重 点 工 程 。 在 龙 滩水 电站工 程 中 ， 要 求 对 1 6 m 长大 型 闸 门 的水封 平 面 进 行 加 工 。 该 水 封 平 面 的 尺 寸 为 1 6 0 mm 1 6 0 0 0 mm， 要 求其 表 面 粗 糙 度 达 到 1 2 ． 5 m 以下 ， 平 面 度 q f E 2 0 1 1 3 ． 范 围 内不 大 于 1 ． 5 mm。 国内 目前 尚未 具备 加工 这样 超 长 大型 闸 门 的条 件 。 针 对这 种 情况 ， 我 们研 究 和 设 计 出一种 易 于制 造 、 成本 低 、 具 有创 新 的大 型工 件超 长 平 面铣钻 专 用机 床 。 本 文 综 合 运 用 了 P r o ／ E、 ANS YS和 ADAMS软 件 对 专 用 机 床 系统 进 行 仿 真 分 析 与研 究 。 通过 真 实 模 拟 机 床在 工作 时 不 同 的铣 削情 况 ， 对机 床进 行 动态 仿真 ， 求 解机 床 导轨 与 拖板 的接 触 情况 以及机 床导 轨所 受 的 工 作 载荷 ， 分 析研 究 机床 的动态 特性 ， 对 仿真 结 果进 行 分 析 。 机床 系统 结 构体 系如 图l 所示 。 1 专用机床三维实体模型的建立 用 P r o ／ E建 立 铣 钻 专 用 机 床 的整 机 模 型 时 ， 首 先 建立 所有 零件 模 型 ， 然后 按 照装 配 关 系进行 装 配 。 由于 建立 整 机模 型 的 目的是 将 该模 型传 人 多体 动 力学 软件 ADAMS中进行 运 动 仿 真 ， 而 AD AMS只对 进 行 仿真 的 收稿 日期 2 o 0 8 年3 月 2 0 0 8／ 6 构 件 质量 、 质 心位 置 、 转 动惯 量 有 要 求 ， 而对 其 具 体 几 何 特征 不关 心 。 图2 为用 P r o ／ E建立 的铣 钻 专用 机床 三 维 实体 模 型 。 2机床虚 拟样机的仿真分 析 2 ． 1机 床 刚 柔 耦 合 体 的 建 立 为 了研究 床身 大 梁与 拖板 之 间 的碰 撞及 床 身 大梁 的变 形 情 况 ， 将 床 身 大 梁 变 为柔 性 体 ， 在 AN S Y S中建 立 床 身 大梁 的有 限元 模 型 ， 再 导 入 到 AD AMS中 ， 与 框 架 式拖 板装 配构 成 刚柔耦 合 体 。 MEC HANI S M／ P r o模 块 是 链 接 P r o ／E与 ADAMS 的 接 口模 块 ， 两 者 采 用 无 缝 链 接 的 方 式 ， 不 需 退 出 P r o ／E应 用 环 境 ， 就 可 以将 装 配 好 的产 品 总成 根 据 其 运 动关 系定 义 各个 刚体 和 施 加 约 束 ， 再 将 模 型 传送 到 ADAMS ／ Vi e w 中 ， 进 行 全面 的动 力 学分 析 。 在 整 个机 床 中总 共 定 义 1 6 个 刚体 ， 为 确 定 刚体 之 间的约 束 ， 在每个 刚体上 定 义标 记 点 ， 整个 机 床总 共定 义 l 9 个 标 记 点 。 装 配 好 的模 型 通 过 P r o ／ E与 AD AMS 接 口输 入到 ADAMS中。 ADAMS ／ F l e x柔 性 分 析 模 块 是 ADAMS软 件包 中 的一 个 集 成 可 选 模 块 ， 它 提 供 了 ADAMS与 有 限元 分 析 软 件 ANS YS 、 NAS T RAN、 AB AQUS 、 I DE AS之 间 的 机械制造4 6 卷 第5 2 6 期 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 双 向数 据 接 口 ， 利 用 这 些 软件 可 以建 立柔 性 体 零 件 的 有 限元 模 型 ， 进行 特 定 的有 限元 分析 ， 然 后生 成模 态 中 性 文 件 。 在 ANs Ys中建立 床身 大 梁 的有 限元 模 型 ， 采 用 自 动划 分 网 格 ， 单 元 类 型 为 S o l i d 9 2， 床 身 大梁 共 计划 分 单 元 数 量 为4 2 5 4 3， 节 点 数 为 8 5 8 7 5。 在床 身 3 v 梁 上定 义 2 6 个 硬 点 ， 这 些 硬 点 将 作 为 模 型 从 AN S Y S输 入 到 AD AMS中 的界 面 点 ， 在 ADAMS中这 些 点将 起 到 连接 其它 构件 和作 为力 的作 用 点 。 在床 身大 梁 与立 柱 之 间定义 轴套 力来 模 拟它 们之 间 的作 用 力关 系 ， 在 拖板 与床 身 大 梁 之 间定 义 接触 力 来模 拟 它 们 之 间作 用 力 的关 系 ， 而 接 触 力必 须 是 在 刚 体 与 刚体 之 间定 义 ， 故 须在 床 身 大 梁 与拖 板 接 触 处施 加 虚 拟物 体 ， 虚拟 物体 与 床 身大 梁用 固定 副联 结 ， 在虚 拟物 体 与拖板 之 间定义 接 触力 。 2 ． 2铣 削 力计 算 铣 刀类 型 为 硬 质 合 金 端 铣 刀 ， 材 料 为 YT1 5。 根 据 实 际 铣 削 要 素 和 生 产 率 要 求 ， 计 算 铣 削 力 0 Wv Z Kr ／ DO n ， 其 中 ， 系数C 、 X、Y 、U、T 、Q及 修 正 系数 肺 的值 可 在 参 考 文献 [ 1 】 中查 得 。 根 据 铣 削深 度 。 ， 铣 刀 转 速 n， 铣 削 宽 度 ， 铣 刀 齿 数 z， 铣 刀 直 径 D， 每 齿 进 给量 C I,r ， 计 算 最 大 铣 削 力 。 考 虑 铣 刀 磨 损 量 ， 要 增 3 v 3 0 ％ ～4 0 ％ ， 圆 周 铣 削 力 1 ． 3～1 ． 4 。 最 后 计 算 各切 削 分 力 的 轴向力 O ． 5～ 0 ． 5 5 F o ， 进 给抗 力F f O ． 3～O ． 4 ， 垂 直 分 力F 0 ． 8 5～0 ． 9 5 ，如 图 3 所 示 。 2 ． 3动 力 学 仿 真 在 稳 态 切 削 的情 况 下 ， 对 拖 板 与床 身 大梁 进 行 运 动 仿 真 研 究 。 设 置 运 行 长 度 为 1 2 5 0 mm， 移 动 速 度 为 2 5 0 ram／ rai n， 时 问 周期 为 3 0 0 s ， 时 问 步长 为0 ． 0 1 s 。 机 床 动 力 学 仿 真 见 图4 。 由 于 床 身 大 梁 与 框 式 拖 板 之 间 有 7 副 导 轨 相 配 合 ， 分别 定 义 7 个 接 触 力 来 模 拟床 身 大 梁 与 框式 拖 板 各 导 轨 问 的接 触情 况 。 在 如表 1 所 示 的不 同切 削 情况 下 ， 分 别 对 床身 大梁 与框 式拖 板 接触 情况 进行 仿 真 比较 。 下 面 以第 1 种工 况下 ， 第 一 副导 轨 三角形 导 轨 接 触 为例 ， 对床 身 大 梁 与 拖 板 间 的接 触 力 和接 触 力 矩进 行 计 算 。 图 5 为 三 角 形 导 轨 所 受 的 、 Z 方 向 的力 。 B 和 兄 的大小 相 等 ， 方 向分别 与 轴 和 z轴正 向相 反 ； n 机械制造4 6卷 第5 2 6 期 表1 专用机床 不同的铣削情况 工况 床身大梁 铣削方向 F E F P F 第 1 种 柔性体 从 左到右 0 O 第2 种 柔性体 从 右到左 O 0 第3 种 刚性体 从左 到右 O O 第4 种 刚性体 从 右到左 O 0 较小 ， 方 向与运动 方 向相 反 ， 为导 轨 面 的摩擦 力 。 图6 为 导 轨所 受 的绕 、y 、 z轴 的力 矩 。 其 中 ， 孔 和 的大 小 基 本 相 等 ， 与 轴 正 向 相 同 ， 与 z轴 正 向相 反 ； T r 较 小 ， 方 向与 l ， 轴 正 向相 反 。 由上 可 知 ， 三角 形 导 轨 面 为 主要 受力 面 ， 侧 面导 轨 和 底 部 导轨 限制 了框 式拖 板 的倾 翻 。 其 它3 种情 况 ， 用 以上相 同方法 求解 。 2 0 0 8 ／ 6 囵l 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 汽车制动器综合制动任h p l- 月 V匕_, 试验台的设计六 口谷曼 合肥学院 机械系合肥2 3 0 0 2 2 摘要对汽车制动器惯性试验系统进行研究， 利用成熟可靠的机电设备及控制技术， 设计了一种汽车制动器综合 性能试验 台。 该试验 台能模拟 汽车制动 器实际工作状况 ， 实现加 载 ， 并可调 节制动初 速度、 负载及 转动 惯量 ， 使 系统运行安 全、 稳定、 可靠； 标准化的制动器试验模式， 可建立各类测试模板， 为企业产品分析、 预测和决策管理提供信息支持。 关键词 制动器综合性能试验 台 中图分类号 U 4 6 7 ． 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 8 0 6 0 0 1 4一o 3 Ab s t r a c t 0 n t h e b a s i s o f t h e r e s e a r c h o n t h e i n e r t i a t e s t s y s t e m o f t h e a u t o b r a k e a n d w i t h t h e a i d o f ma t u r e a n d r e l i a b l e me c h a t r o n i c e q u i p me n t a n d c o n t r o l t e c h n o l o g y ，a g e n e r a l p e r f o r ma n c e t e s t b e d f o r a u t o b r ak e h a s b e e n d e s i g n e d ． T h i s t e s t b e d C an s i mula t e t h e r e a l wo r k i n g c o n d i t i o n o f t h e a u t o b r a k e ，e x e r t l o a d s a n d r e g u l a t e t h e i n i ti a l v e l o c i t y ，l o a d i n g an d r o t a t i n g i n e rti a S O t h a t t h e s v s t e n c a n r o n s a f e l y ，s t e a d i l y a n d r e l i a b l y ． F e a t u r i n g t h e s t a n d a r d i z e d b r a k e t e s t mo d e s ，t h e t e s t b e d c a n e s t a b l i s h v a r i o u s t e s t t e mp l a t e s a n d p r o v i d e t h e e n t e r p r i s e s w i t h i n f o r ma t i o n s u p p o rt f o r p r o d u c t a n aly s i s ，p r e d i c t i o n an d d e c i s i o n ma ki n g ． K ey W ordsBr a ke Ge ne r al Pe r f o r m a nc e Te s t Be d 汽 车 的制动 性 能是 确保 车 辆行 驶安 全 性 和提升 车 辆 行 驶 动 力 性 的决 定 因素 之 一 。 重 大 交 通 事 故往 往 与 制 动距 离太 长 、 紧 急制 动 时发 生侧 滑 等情况 有 关 ， 制动 器 是制 动 系统 中直 接作 用 并制 约 汽 车运 动 的一个关 键 装 置 ， 是 汽 车上 最重 要 的安 全 部件 ， 所 以它 的工作 性能 就 显 得 尤 为 重 要 。 ． 进行 制 动器 试 验 ， 检测 其装 配 质量 ， 评 价 它 的综 合 性 能 ， 成 为改 善 制动 器 制动 性 能不 可或 缺 的工 作 。 台架 试 验是 制 动 器 研 究及 检 测 中一 个 重要 环 节 ， 是评 价 制 动 器 能否 满 足 使 用要 求 的最 重 要 试 验 之一 ， 因此 研 制 一 种模 拟 性 能 好 、自动 化 程 度 高 的制 动 器 试 验 台是 实 际 工 程 迫 切 需 要 的 】 。 制 动 器 试 验 台 是 综 合 测 定 和 分 析 车辆制 动性 能质量 指标 的专用 新型设 备 。 ★安徽省教育厅 自然科 学基金资助项 目 编号 K J 2 0 0 8 B 2 7 9 收稿 日期 2 0 0 8 年2 月 1 试验台结构及配置方案 本 试 验 台是 单 工 位结 构 ， 由主 机 包 括 机 座 、 惯 量 飞轮 组 、 试 验滑 台、 调速 系统 、 控 制 系统 、 计 算 机 系统 、 气 ／油制 动系 统 、 冷 却 系统 等组 成 。 被试 制 动器 旋转 部 分 制动 毂 经 过渡 法 兰盘装 于 主轴 上 ， 非旋 转 部分 装 于滑 台 主轴 上 ， 两者 保 持在 车辆 上 的相对 位 置 。 在计 算机 指令 下 ， 直 流 电机 驱 动 主轴与 飞 轮 升速 至 设定 的转 速 。 然 后 制动 器 在 设 定 的条件 下 对 主轴 进 行 制 动 。 计 算 机 系统 经过 传 感 器 和 放 大器 记 录 下 制 动 过 程 中 的压 力 、 力 矩 、 温 度 、 减 速 度 、 制 动 距 离 、 制 动时 间 和摩 擦功 等 信 息 ， 并 可 由 C RT显示 ， 或 彩 色打 印输 出。 冷却 系统 可 按设 定 风速 冷却 。 具 体 结构 见 图 1 。 试 验 台整 体 布局合 理 紧凑 ， 操 控方 便 。 2 试验台相关技术参数 3 结论 采 用 P r o ／ E、 ANS YS 、 ADAMS软 件 对 机 床 进 行 了 仿 真分 析 ， 由3 个 软件 集成 开 发 的机 床虚 拟样 机行 之 有 效 ， 在一 定 程 度上 可取 代 物理 样 机 。 通 过 机床 虚拟 样 机 仿 真 研究 ， 求 出机 床不 同 的切 削 情 况 和 床身 大 梁 的 变 形 情 况 ， 并 进 一 步求 出床 身 大 梁 与 拖板 之 间 的接 触力 和 接触 矩 ， 为计 算 床身 大梁 的载荷 提供 了新 的方法 。 参 考 文 献 1 机床设计手册 编写组． 机床设计手册 第三册 [ M】 ． 北京 2 0 0 8／6 机械工业出版社 ， 1 9 8 6 ． 2 唐恒龄， 廖伯瑜主编． 机床动力学 I ， Ⅱ [ M 】 ． 北京 机械工业 出版社， 1 9 8 3 ． 3 李军， 邢俊文 ， 覃文浩 ， 等编． A D A MS实例教程[ M】 ． 北京 北 京理工大学出版社， 2 0 0 2 ． 4 郑建荣编著． A D A Ms 虚拟样机技术入门与提高【 M] ． 北 京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． 5 郝云堂， 金烨， 季辉． 虚拟样机技术及其在 A D A MS中的实践 【 J 】 ． 机械设计与制造 ， 2 0 0 3 ， 6 3 1 61 8 ． △ 编辑 禾 禾 机械制造4 6卷 第5 2 6 期 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m