基于Pro/E的機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真
一眷射、前言
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型求解记令，以研究實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的性能的技術(shù)漆勉，由于計(jì)算機(jī)仿真是應(yīng)用計(jì)算機(jī)中的數(shù)學(xué)模型做實(shí)驗(yàn)，與用實(shí)物做實(shí)驗(yàn)比較椰弊，具有經(jīng)濟(jì)许溅、安全、實(shí)驗(yàn)周期短等特點(diǎn)秉版。
機(jī)床制造業(yè)是其它機(jī)械加工行業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)贤重，機(jī)床做為其它
本文通過對(duì)一簡(jiǎn)化機(jī)床從建立模型、裝配借卧、到機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真盹憎、分析的全過程，簡(jiǎn)述了仿真技術(shù)在機(jī)床行業(yè)機(jī)床設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用铐刘。
二陪每、機(jī)床建模、裝配镰吵、仿真檩禾、分析
2.1機(jī)床設(shè)計(jì)目標(biāo)確定：
假設(shè)該機(jī)床要實(shí)現(xiàn)螺紋加工的功能
2.2設(shè)計(jì)目標(biāo)分析
機(jī)床要實(shí)現(xiàn)螺紋加工，就要求旁班，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部分和工件進(jìn)給部分有一個(gè)確定的傳動(dòng)關(guān)系蔑誓，
1(主軸)×U×T1 = S
U--從主軸到絲杠的總傳動(dòng)比；
T1--機(jī)床絲杠的導(dǎo)程（例如：CA6140型機(jī)床的T1=12mm）职菜；
S--被加工螺紋的導(dǎo)程誉梳；
1(主軸)--主軸轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)。
由上式可知兰险，改變U就能加工出不同的螺紋骇俏。
最終由以上公式把機(jī)床模型簡(jiǎn)化為：
齒輪組、蝸輪蝸桿傳動(dòng)組脚培、齒輪齒條傳動(dòng)組北郁；
其中參數(shù)U由齒輪組實(shí)現(xiàn)；
參數(shù)T1由蝸輪蝸桿傳動(dòng)組纺围、齒輪齒條傳動(dòng)組共同實(shí)現(xiàn)用劲，也可由絲杠螺母組實(shí)現(xiàn)，本文采用前者僧旬。
軟件選擇：Pro/ENGINEER,Pro/Mechanism
Pro/ENGINEER作為一款集成了CAD/CAM/CAE/PDM的工程軟件炉奴，其三維建模能力很強(qiáng)，而其中的Mechanism模塊又具有運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真功偿、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)往堡、力平衡等多種仿真械荷、分析功能，并且Mechanism提供了各種機(jī)構(gòu)配合方式虑灰，能夠進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)吨瞎，凸輪機(jī)構(gòu)痹兜、齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪系颤诀、螺旋機(jī)構(gòu)字旭、多種復(fù)合機(jī)構(gòu)等進(jìn)行仿真、分析崖叫。
2.3設(shè)計(jì)
2.3.1建模
用Pro/E中的"從方程"方法應(yīng)用漸開線方程實(shí)現(xiàn)齒輪齒型輪廓的建模
正齒輪設(shè)計(jì)的漸開線方程為： 將其轉(zhuǎn)化為Pro/E中的關(guān)系式為：
r=DB/2
theta=t×45
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=0
由以上公式在Pro/E中就可建立出一般正齒輪模型： 在建立了模型之后可以應(yīng)用Pro/E中參數(shù)設(shè)計(jì)功能為齒輪各個(gè)尺寸參數(shù)建立"關(guān)系"遗淳，這樣就可由一個(gè)齒輪實(shí)現(xiàn)相同類型、不同尺寸齒輪的建模了心傀。與之配合的正齒輪止既，只需修改一下"參數(shù)"中的數(shù)值就可完成建模。
蝸輪垂暖、蝸桿核瘤、齒條的建模方法和步驟與正齒輪建模基本相同穗阐，僅僅是蝸輪涉泡、蝸桿、齒條所用的齒廓方程與正齒輪不同而已能莫。
蝸輪的齒廓方程為：
r=D5/2
theta=t*45
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=m*q/2
蝸桿的齒廓方程為：
1）螺線方程：
r=m*q/2
theta=t*tx*360
z=-t*la
2）漸開線方程：
r=D4/2
theta=t*60
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=0
齒條的剖面為一連續(xù)的梯形政茄，建模較簡(jiǎn)單，無須方程前挡。 就此實(shí)現(xiàn)了機(jī)床各個(gè)功能部件的建模峡审。
2.3.2裝配、仿真屎谆、分析
首先在Pro/E的裝配模塊中對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組裝然后轉(zhuǎn)入Pro/Mechanism中進(jìn)行仿真分析拨聚，由于機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤比較多琐览，所以采用部分裝配再仿真丑瞧、分析，仿真蜀肘、分析數(shù)據(jù)正確后再加入新部件绊汹，再分析、仿真的方法逐漸由部分到整體的實(shí)現(xiàn)機(jī)床模型的正確建立扮宠。 在Pro/Mechanism中可進(jìn)行的分析測(cè)量的量有：位置西乖、速度、加速度坛增、連接反作用获雕、凈負(fù)荷、沖力。
在Pro/Mechanism中測(cè)量對(duì)模型各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量届案，假如不符合要求庵楷，則重新建立模型，再次進(jìn)行仿真楣颠、分析尽纽，直至模型達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。 由仿真拯拓、分析結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)再仿真披贰，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求，接著進(jìn)行各部分功能細(xì)化辨埃，機(jī)床樣機(jī)最終定型散苦。
三、結(jié)論
本文借助Pro/E實(shí)現(xiàn)了對(duì)簡(jiǎn)化機(jī)床從建立模型下风、裝配到仿真分析的全過程奇嗽，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床樣機(jī)的設(shè)計(jì)。借助像Pro/E這樣的三維CAD軟件和仿真技術(shù)鹤肥，大大縮短了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期永音；而且通過對(duì)數(shù)字化模型的分析可以提早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷并加以修改，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的冠樱；直接在數(shù)字化模型上進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)及材料特性的仿真分析而不用投入大量的人力炭箭、財(cái)力進(jìn)行產(chǎn)品試制，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本颠舞。應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)機(jī)床行業(yè)菌司，及各個(gè)機(jī)械行業(yè)都是大有裨益的。
計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)就是應(yīng)用計(jì)算機(jī)對(duì)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型求解记令，以研究實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行的性能的技術(shù)漆勉，由于計(jì)算機(jī)仿真是應(yīng)用計(jì)算機(jī)中的數(shù)學(xué)模型做實(shí)驗(yàn)，與用實(shí)物做實(shí)驗(yàn)比較椰弊，具有經(jīng)濟(jì)许溅、安全、實(shí)驗(yàn)周期短等特點(diǎn)秉版。
機(jī)床制造業(yè)是其它機(jī)械加工行業(yè)的基礎(chǔ)行業(yè)贤重，機(jī)床做為其它
本文通過對(duì)一簡(jiǎn)化機(jī)床從建立模型、裝配借卧、到機(jī)床運(yùn)動(dòng)仿真盹憎、分析的全過程，簡(jiǎn)述了仿真技術(shù)在機(jī)床行業(yè)機(jī)床設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用铐刘。
二陪每、機(jī)床建模、裝配镰吵、仿真檩禾、分析
2.1機(jī)床設(shè)計(jì)目標(biāo)確定：
假設(shè)該機(jī)床要實(shí)現(xiàn)螺紋加工的功能
2.2設(shè)計(jì)目標(biāo)分析
機(jī)床要實(shí)現(xiàn)螺紋加工，就要求旁班，機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部分和工件進(jìn)給部分有一個(gè)確定的傳動(dòng)關(guān)系蔑誓，
1(主軸)×U×T1 = S
U--從主軸到絲杠的總傳動(dòng)比；
T1--機(jī)床絲杠的導(dǎo)程（例如：CA6140型機(jī)床的T1=12mm）职菜；
S--被加工螺紋的導(dǎo)程誉梳；
1(主軸)--主軸轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)。
由上式可知兰险，改變U就能加工出不同的螺紋骇俏。
最終由以上公式把機(jī)床模型簡(jiǎn)化為：
齒輪組、蝸輪蝸桿傳動(dòng)組脚培、齒輪齒條傳動(dòng)組北郁；
其中參數(shù)U由齒輪組實(shí)現(xiàn)；
參數(shù)T1由蝸輪蝸桿傳動(dòng)組纺围、齒輪齒條傳動(dòng)組共同實(shí)現(xiàn)用劲，也可由絲杠螺母組實(shí)現(xiàn)，本文采用前者僧旬。
軟件選擇：Pro/ENGINEER,Pro/Mechanism
Pro/ENGINEER作為一款集成了CAD/CAM/CAE/PDM的工程軟件炉奴，其三維建模能力很強(qiáng)，而其中的Mechanism模塊又具有運(yùn)動(dòng)/動(dòng)力學(xué)仿真功偿、動(dòng)態(tài)、靜態(tài)往堡、力平衡等多種仿真械荷、分析功能，并且Mechanism提供了各種機(jī)構(gòu)配合方式虑灰，能夠進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)吨瞎，凸輪機(jī)構(gòu)痹兜、齒輪機(jī)構(gòu)、齒輪系颤诀、螺旋機(jī)構(gòu)字旭、多種復(fù)合機(jī)構(gòu)等進(jìn)行仿真、分析崖叫。
2.3設(shè)計(jì)
2.3.1建模
用Pro/E中的"從方程"方法應(yīng)用漸開線方程實(shí)現(xiàn)齒輪齒型輪廓的建模
正齒輪設(shè)計(jì)的漸開線方程為： 將其轉(zhuǎn)化為Pro/E中的關(guān)系式為：
r=DB/2
theta=t×45
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=0
由以上公式在Pro/E中就可建立出一般正齒輪模型： 在建立了模型之后可以應(yīng)用Pro/E中參數(shù)設(shè)計(jì)功能為齒輪各個(gè)尺寸參數(shù)建立"關(guān)系"遗淳，這樣就可由一個(gè)齒輪實(shí)現(xiàn)相同類型、不同尺寸齒輪的建模了心傀。與之配合的正齒輪止既，只需修改一下"參數(shù)"中的數(shù)值就可完成建模。
蝸輪垂暖、蝸桿核瘤、齒條的建模方法和步驟與正齒輪建模基本相同穗阐，僅僅是蝸輪涉泡、蝸桿、齒條所用的齒廓方程與正齒輪不同而已能莫。
蝸輪的齒廓方程為：
r=D5/2
theta=t*45
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=m*q/2
蝸桿的齒廓方程為：
1）螺線方程：
r=m*q/2
theta=t*tx*360
z=-t*la
2）漸開線方程：
r=D4/2
theta=t*60
x=r*cos(theta)+sin(theta)*theta*pi/180
x=r*sin(theta)-cos(theta)*theta*pi/180
z=0
齒條的剖面為一連續(xù)的梯形政茄，建模較簡(jiǎn)單，無須方程前挡。 就此實(shí)現(xiàn)了機(jī)床各個(gè)功能部件的建模峡审。
2.3.2裝配、仿真屎谆、分析
首先在Pro/E的裝配模塊中對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行組裝然后轉(zhuǎn)入Pro/Mechanism中進(jìn)行仿真分析拨聚，由于機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜、可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤比較多琐览，所以采用部分裝配再仿真丑瞧、分析，仿真蜀肘、分析數(shù)據(jù)正確后再加入新部件绊汹，再分析、仿真的方法逐漸由部分到整體的實(shí)現(xiàn)機(jī)床模型的正確建立扮宠。 在Pro/Mechanism中可進(jìn)行的分析測(cè)量的量有：位置西乖、速度、加速度坛增、連接反作用获雕、凈負(fù)荷、沖力。
在Pro/Mechanism中測(cè)量對(duì)模型各種運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量届案，假如不符合要求庵楷，則重新建立模型，再次進(jìn)行仿真楣颠、分析尽纽，直至模型達(dá)到設(shè)計(jì)要求為止。 由仿真拯拓、分析結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)再仿真披贰，直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求，接著進(jìn)行各部分功能細(xì)化辨埃，機(jī)床樣機(jī)最終定型散苦。
三、結(jié)論
本文借助Pro/E實(shí)現(xiàn)了對(duì)簡(jiǎn)化機(jī)床從建立模型下风、裝配到仿真分析的全過程奇嗽，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)床樣機(jī)的設(shè)計(jì)。借助像Pro/E這樣的三維CAD軟件和仿真技術(shù)鹤肥，大大縮短了新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的周期永音；而且通過對(duì)數(shù)字化模型的分析可以提早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的缺陷并加以修改，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的冠樱；直接在數(shù)字化模型上進(jìn)行各種運(yùn)動(dòng)及材料特性的仿真分析而不用投入大量的人力炭箭、財(cái)力進(jìn)行產(chǎn)品試制，有效節(jié)約了生產(chǎn)成本颠舞。應(yīng)用仿真技術(shù)對(duì)機(jī)床行業(yè)菌司，及各個(gè)機(jī)械行業(yè)都是大有裨益的。
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