基于ADAMS的线切割机床双走丝机构的运动仿真.pdf

第 4期 总第 1 6 7期 2 0 1 1 年 8月 机 械工 程与自 动 化 M ECH ANI CAL ENGI NEERI NG ＆AUT0M AT1 0N No． 4 Aug． 文 章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 1 0 4 0 0 3 7 0 2 基于 A D A MS的线切割机床双走丝机构的运动仿真 张娟飞， 李文斌 太原理工大学 机械7 - 程学院，山西 太原0 3 0 0 2 4 摘要 A D A M S是当前国内外使用最广泛C A D ／ C A M软件。利用三维实体软件P r o ／ E建立新型快走丝电火 花机床走丝机构的模型；应用A D A M S的运动仿真功能对共运动特性进行仿真分析，得出速度 曲线，进而分 析系统的运动平稳性，为走丝机构的运动控制及优化设计提供了参考依据。 关键词 走丝机构；P r o ／ E ；运动学仿真分析；A D A M S 中图分类号 T G 5 9 2 T P 3 9 1 ． 9 文献标识码 A 0 引言 在机械制造行业中，电火花线切割加工技术是一 种非常重要的加工方法，尤其是快走丝电火花线切割 机床是我国自主研发的机床 ，它结构简单，生产成本 和使用成本较低，大量地应用于模具制造、精密零件 加工和特殊材料加工等领域。随着新材料、新工艺的 发展，电火花线切割机床的应用越来越普遍化。快走 丝 电火花线切割机床有着 良好的柔性、稳定的加工精 度 ，但是快走丝线切割机床的故障率较高，加工精度 没有慢走丝线切割机床高，所 以如何降低快走丝线切 割机床的故障率和提高其加工精度 已经成为未来快走 丝线切割机床发展的首要 问题。本文从如何提高快走 丝线切割机床的加工工艺指标入手，设计了一种新型 的走丝机构，采用 P r o ／ E对该机构建立三 维模型样 机 ，并结合仿真软件 A D A M S对其进行运动 学仿真研 究 。 1 走丝机构工作原理 本文设计 的是一 种基 于双贮 丝筒 的走丝 系统 ， 目 的是实现 电极丝在直线走丝的同时绕 自身轴线旋转的 复合走丝方式，并要保证在走丝过程中电极丝的张力 恒定。机床的收丝和放丝都采用两个结构完全相同的 贮丝筒机构，采用水平式的安装方式，在垂直方向相 对安装，电极丝在随贮丝筒旋转的同时会向上或向下 走丝，若一端收丝那么另一端就放丝。 运用滚珠丝杠实现对 电极丝的复合排丝，当其中 一 个丝杠螺母朝丝杠的一个方向移动，另一个丝杠螺 母朝着和它相反的方向移动 ，实现了放丝和收丝两个 运动过程。 2 基于 P r n ， E的走丝机构模型的建立 2 ． 1 三维建模 根据 P r o ／ E和 A D A M S接 口软件 m e c h p r o的特点， 为了使模型能够正确导入到 A D A M S中，在 P r o ／ E构建 模型时需注意下面几点 1 采用 P r o ／ E 中公制单位 的模板 ，其格式为 mmns pa rt s o l i d ，不能采用缺省模 板格式 ，否则需 要将创建后的零件格式再修改为上述格式。 2 从机构整 体装配和 导入 A D A M S 角度考虑 ， 应尽可能减少零件数量。如果不同零件的相对位置固 定，在不影响仿真效果的前提下，可将其做成一个零 件。 3 若模型中存在相 同的零件，应该用不同的名 字来命名以示区别，否则在转化中有可能会使整个模 型不能完整地导入到 A D A M S中去。 4 通过 m e c h p r o这个接口将 P r o ／ E中的三维模 型导入到 A D A M S中去 ，需要特别注意 的是在导入之 前， 必须在 P r o ／ E软件中将单位统一转换为 m m N s ， 否则将出现错误。 2 ． 2 装配体创建 在装配整个走丝系统的过程 中，要按照设计要求 正确地装配各零件 ，并且要根据设计要求和连接方式 正确选用约束条件和连接方式。需要注意的是基座在 装配体中的放置会影响到整个走丝机构的模型导入到 收 稿 日期 2 0 1 0 - 1 2 0 9；修 回 日期 2 0 1 l - 0 3 一 O l 作者简介 张娟飞 1 9 8 6 一 ， 女 ， 陕西西安人 ， 在读硕士研 究生 ， 研究方向 机电一体化。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 1 1 年第4期 A D A M S中的位置。 为了便于研究，对走丝机构的刚体模型做如下假 设在装配过程 中，装配间隙等因素不考虑，即间隙 为零，制造误差也忽略不计；暂不考虑在旋转过程中 由于电极丝温升引起的贮丝筒的变形；走丝机构各个 部分均视为刚体。图 1为走丝机构的三维模型。 图 1 走丝机构的三维模型 3 运动学仿真 3 ． 1 走丝机构虚拟样机的建模和验证 首先， 基于运动仿真的要求， 把 P r o ／ E中的模型导 入到 A D A M S软件中。图2为导入到 A D A M S中的走丝机 构的模型。在 A D A M S 中导入走丝机构装配模型后 ， 添 加约束和驱动，并通过 t o o l 菜单下的 m o d e l v e r i f y 验证该样机的自由度为零， 方可进行运动仿真分析。 图2 导入 A D A M S中的走丝机构的模型 3 ． 2 添加约束和栽荷 丝杠和丝杠螺母之间添加旋转副使螺母沿着丝杠 移动，约束两个旋转和两个移动 自由度 ，需要注意的 是螺母上标记点的 z轴必须和丝杠 的 z轴平行或 同 向；贮丝筒和主轴添加旋转副，在主轴的旋转副添加 旋转激励；基座和大地之间添加固定副将基座固定在 大地上；齿轮之间添加齿轮副，最后在输入齿轮添加 旋转激励。 3 ． 3 仿真结果及分析 利用 A D A M S中的仿真运动分析模 块与结果后处 理模块可 以计算运动副关联的两个构件 的相对运动 。 在本文中， 需要计算螺母的移动速度曲线图和贮丝简 的转动速度 曲线图。图 3为螺母速度 曲线截图过程。 图 3螺母速度 曲线截图过程 图 4和图 5分别为螺母的速度曲线图和贮丝筒的 角速度 曲线图。其中，图 4的横坐标表示的是时间， 单位为 S ；纵坐标表示的螺母的速度 ，单位为 m m ／ s 。 图 5的横坐标表示的是时间，单位为 S ；纵坐标表示 的是贮丝筒的角速度，单位为 。 ／ s 。 由图 4 、图 5可知，模型运动合理 ，未出现卡死 等不正常现象 ，达到了预期的效果。 4 结论 在新产品的开发过程中，成熟的产品设计常常需 要经过一个长期的实践过程并被不断地检验 ，将消耗 大量的时问和经费，但是得到的却不一定是预期的结 果。本文通过三维软件 P r o ／ E对走丝机构进行三维建 模 ，然后导入到 A D A M S中进行运动仿真分析，然后和 所要达到的预期效果进行对比，对其仿真过程中反映 的不合理的因素进行改进 ，大大地节省了新产品的研 发时间和经费。 参考文献和英文摘要转第 4 1 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 1年第 4 期 机 械 工 程 与 自 动 化 4 1 从图6 ～图 8 可以得知， 当输入频率为 5 H z 、 1 0 H z 、 1 5 H z所对应 的电机转速分别为 3 6 r a d ／ s 、 6 0 r a d ／ s 、 1 2 6 r a d ／ s 。 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 O i 0 ， 、 l ≠ t ／s 图 7 频率为 1 O H z时电机转 速曲线图 4结论 本文利用 S i m u l i n k模块工具来建模与仿真武器 自动机实验装置 的电气系统 ，操作者可 以利用 该系 统，根据实验的需要给出合适输入频率来调节电机 的 转速。该模拟系统为电气系统的运行提供 了可靠的数 据保障。 ／ ～ | ’ 7 { ／s 图8 频率为 1 5 H z时电机转速曲线图 参考文献 [ 1 ] 董少锋 ， 姚 养无． 自动 机动态模拟实验系 统主传动机构 的优化 设计 f J ] ． 机械管 理开发 ， 2 0 0 7 1 2 9 - 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、 写 - 、 写 ．、 I 、 写 上接第 3 8页 E 3 3 金庆同 ．特种加工 [ M ] ． 北京 航空工业 出版社 ， 1 9 9 8 ． 参考文献 [ 4 ] 李佩泉， 毕长飞． 基于 A D A M S的行星齿轮传动系统运动 [ 1 ] 李 增刚 ． ADA M S入 门详 解与 实例 [ M ] ． 北 京 国防工 业 出 学仿真 分析 [ J ] ． 机 械 ， 2 0 0 9 ， 1 0 6 1 9 2 1 ． 版社， 2 0 0 6 ． [ 5 ] 成大先． 机械设计手册[ M ] ． 第 3版． 北京 化学工业出 [ 2 ] 熊有 伦 ， 丁汉 ， 刘恩沧 ． 机器 人学 [ M ] ． 北 京 机械 工业 出 版 社． 1 9 9 3 ． 版社， 1 9 9 3 ． [ 6 ] 徐灏． 机械设计手册[ M ] ． 北京 机械工业出版社， 1 9 9 1 ． Ki n e ma t i c S i mu l a t i o n o f W i r i n g M e c h a n i s m S y s t e m b y ADAM S Z HANG J u a n f e i，LI We n b i n C o l l e g e o f Me c h a n i c a l E n g i n e e r i n g ，T a i y u a n U n i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y ，T a i y u a n 0 3 0 0 2 4 ，C h i n a Abs t ra c t ADAMS i s t he mo s t wi de l y us e d CAD／ CAM S O f t wa r e bo t h a t h ome a n d a b r o a d．The ne w wi r i n g me c ha ni s m mo de l i S e s t ab l i s he d u s i ng Pr o ／ E．The k i ne ma t i c s i mu l a t i on f un c t i o n o f ADAMS i 8 us e d f o r t h e s i mul a t i o n a n a l ys i s o f t h e ki n e ma t i c f e a t ur e s o f t he n e w wi r i n g me ch a ni s m a n d t he v el oc i t y c ur v e o f t h e en d a c t ua t o r o f t he mac h i ne un de r a s p ec i fic mo t i o n s t a t us i S o bt a i ne d， wh i c h p r o vi de s r e f e r e nc e for t he mo t i o n c o nt r o l an d t he o pt i ma l de s i gn o f t he me cha ni s m． Ke y wor ds wi r i n g me c ha ni s m； Pr o ， E ki ne ma t i cs s i mu l a t i on a nd a n a l y s i s ； ADAM S 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m