隨著我國(guó)制造業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)制造技術(shù)的要求越來(lái)越高，更加關(guān)注制造過(guò)程中的安全和高效問(wèn)題�；�于此，安全、高效的五軸數(shù)控加工中心大量應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)中。接下來(lái)小編簡(jiǎn)單介紹一篇優(yōu)秀機(jī)械論文。

　　摘要：將某型號(hào)數(shù)控加工中心換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化，分析換刀機(jī)械手的工作原理。應(yīng)用UG軟件建立換刀機(jī)械手的三維模型，將模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，并建立驅(qū)動(dòng)、約束、接觸和彈簧，得到換刀機(jī)械手的虛擬樣機(jī)模型。通過(guò)仿真得到關(guān)于換刀機(jī)械手的各項(xiàng)參數(shù)。建立參數(shù)變量，對(duì)換刀機(jī)械手中彈簧的剛度系數(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模。應(yīng)用ADAMS軟件中的DS(設(shè)計(jì)研究)，對(duì)換刀機(jī)械手中彈簧的剛度系數(shù)進(jìn)行優(yōu)化和分析。

　　關(guān)鍵詞：換刀機(jī)械手;ADAMS;建模;剛度系數(shù)

　　五軸數(shù)控加工中心利用換刀機(jī)械手實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，這種方法安全高效，所以對(duì)換刀機(jī)械手的研究就顯得尤為重要。以往對(duì)換刀機(jī)械手主要是通過(guò)建立真實(shí)的模型，然后對(duì)模型進(jìn)行研究，得到其各項(xiàng)參數(shù)，進(jìn)而對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，最后得出最終的模型。這種方法周期長(zhǎng)、成本高。而運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對(duì)換刀機(jī)械手進(jìn)行仿真，可得到其工作過(guò)程中的各種參數(shù)，進(jìn)而優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，得到最優(yōu)化的各項(xiàng)參數(shù)。本文以某型號(hào)數(shù)控加工機(jī)床中換刀機(jī)械手為研究對(duì)象，應(yīng)用動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS進(jìn)行仿真，得到關(guān)于換刀機(jī)械手的各項(xiàng)仿真數(shù)據(jù)，并且分析不同剛度系數(shù)的彈簧對(duì)換刀機(jī)械手的影響。

　　1換刀機(jī)械手虛擬模型的建立

　　[1-3]ADAMS軟件建模能力較弱，對(duì)于一些復(fù)雜的特征，應(yīng)用該軟件無(wú)法完成建模。ADAMS軟件與三維建模軟件UG有直接的接口，通過(guò)該接口可直接將UG軟件建立好的模型導(dǎo)入ADAMS軟件中，所以本文應(yīng)用UG軟件對(duì)換刀機(jī)械手進(jìn)行建模。建立好的模型如圖1所示。圖1換刀機(jī)械手三維模型圖1的三維模型中，卡刀軸與換刀臂之間存在一個(gè)彈簧，在工作過(guò)程中，換刀機(jī)械手中軸帶動(dòng)換刀臂旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，刀柄和卡刀軸接觸，卡刀軸受力，沿軸的方向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)?shù)侗�完全被刀爪抓住時(shí)，卡刀軸受到彈簧的力彈起，固定住刀柄，然后刀柄隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)至另一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)換刀。通過(guò)ADAMS軟件Exchange模塊導(dǎo)入建立好的換刀機(jī)械手三維模型，然后在軸和大地之間建立旋轉(zhuǎn)副;在卡刀軸和換刀臂之間建立平移副;在沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件之間建立固定副。在卡刀軸和刀具之間建立接觸，命名為CONTACT_KADAOZHOU_DAOJU;在卡刀軸和換刀臂之間建立彈簧，命名為SPRING_1。為了仿真方便，本文不考慮彈簧的阻尼系數(shù)，只考慮彈簧的剛度系數(shù)，初始設(shè)置的彈簧剛度系數(shù)為10N/mm。最后添加驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)方程為Function(time)=180.0d*time。建立好的仿真模型如圖2所示。

　　2換刀機(jī)械手仿真結(jié)果分析

　　根據(jù)建立好的驅(qū)動(dòng)方程，設(shè)置ENDTIME=2s，Steps=50，運(yùn)行仿真，得到卡刀軸位移隨時(shí)間的變化曲線和彈簧受力隨時(shí)間的變化曲線圖分別如圖3和圖4所示。通過(guò)ADAMS軟件中的Postprocessor模塊對(duì)曲線進(jìn)行分析可知，刀柄和卡刀軸接觸前，卡刀軸的位移和彈簧的受力均不會(huì)發(fā)生變化;當(dāng)時(shí)間T=1.8566s時(shí)，刀柄和卡刀軸開(kāi)始接觸，卡刀軸的位移和彈簧受力開(kāi)始發(fā)生變化;當(dāng)時(shí)間T=1.9103s時(shí)，刀柄的位移和彈簧的受力達(dá)到最大，最大位移S=148.51-141.53=6.98(mm)，彈簧最大受力F=71.63N;換刀機(jī)械手繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，卡刀軸的位移和彈簧的受力開(kāi)始變小。

　　3彈簧剛度系數(shù)參數(shù)化建模

　　[4]針對(duì)換刀機(jī)械手中不同剛度系數(shù)的彈簧進(jìn)行分析，利用ADAMS軟件中的設(shè)計(jì)變量(DesignVari-able)對(duì)換刀機(jī)械手中的彈簧進(jìn)行參數(shù)化建模，使得彈簧的剛度系數(shù)在0～20N/mm變動(dòng)。設(shè)計(jì)變量的設(shè)置如圖5所示。

　　4DS設(shè)計(jì)研究結(jié)果分析

　　[5-6]對(duì)設(shè)計(jì)變量DV_spring_stiffness_coefficient進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，設(shè)置其目標(biāo)等級(jí)(DefaultLevels)為5。通過(guò)仿真得到彈簧受力隨時(shí)間變化曲線如圖6所示。圖6中不同曲線代表不同彈簧剛度系數(shù)時(shí)的彈簧受力曲線。仿真得到的彈簧的最大受力隨彈簧剛度系數(shù)變化見(jiàn)表1。根據(jù)表1中數(shù)據(jù)可知，隨著彈簧剛度系數(shù)逐漸變大，彈簧的最大受力逐漸變大，與理論相符。根據(jù)設(shè)計(jì)研究的結(jié)果，可以在換刀機(jī)械手的設(shè)計(jì)期間，針對(duì)刀柄的質(zhì)量、材質(zhì)和卡刀軸的材質(zhì)等各項(xiàng)因素，來(lái)選擇合適的彈簧。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)簡(jiǎn)化換刀機(jī)械手的結(jié)構(gòu)，建立三維模型，導(dǎo)入ADAMS軟件中進(jìn)行仿真，得到了其各項(xiàng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)，并通過(guò)對(duì)換刀機(jī)械手中的彈簧進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，對(duì)不同剛度系數(shù)的彈簧進(jìn)行了分析。本文提供的方法，縮短了此類產(chǎn)品的研發(fā)周期和費(fèi)用，為今后其他運(yùn)用彈簧的機(jī)構(gòu)中彈簧剛度系數(shù)的選擇提供了一定的參考。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]陳峰華.ADAMS2012虛擬樣機(jī)技術(shù)從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

　　[2]MSC.Software.MSC.ADAMS/View高級(jí)培訓(xùn)教程[M].邢俊文，陶永忠，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2004.

　　閱讀期刊：機(jī)械工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略與科技管理

　　本刊是由中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)主管、主辦的綜合性技術(shù)刊物。其宗旨是宣傳國(guó)家和行業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略、方針、對(duì)策;宣傳企業(yè)在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新方面的成就和經(jīng)驗(yàn);介紹國(guó)內(nèi)外機(jī)電產(chǎn)品的先進(jìn)技術(shù)，面向市場(chǎng)與用戶，為提高企業(yè)況爭(zhēng)力服務(wù)。主要欄目有：開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新、產(chǎn)品與市場(chǎng)、國(guó)外新產(chǎn)品新技術(shù)、專題綜述、營(yíng)銷策略、商機(jī)無(wú)限等。

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