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粉碎机的设计与运动仿真（桂理工）,粉碎机,设计,运动,仿真,理工
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本科毕业设计(论文)外文翻译（附外文原文） 学 院： 机械与控制工程学院 课题名称： 粉碎机的设计与运动仿真 专业(方向)： 机械设计制造及其自动化（机械装备设计与制造） 班 级： 机械11-2班 学 生： 莫光祥 指导教师： 钟丽平 沈中华 日 期： 2015年3月11日 外文资料翻译译文基于adams的五轴联动数控铣床建模与仿真张在春 钟高燕 高勇中国江苏南京，南京农业大学，工程学院关键词：五轴；铣床；adams；建模；仿真摘要：提出一种用仿真的方法，用于运动控制和五轴铣削机床分析。该方法从五轴铣削机PRO/ E的建模开始，然后把建立好的模型导入ADAMS，通过无缝接口软件2005版PRO/ E建立了自己的实体模型。因此，协同PRO/ E和adams仿真实现。在ADAMS的平台，必要的约束和驱动加入到模型中然后仿真开始。在模拟过程中，会产生每个部分的运动参数，而这些信息直接为五轴铣削机床数控加工控制提供了基础。因此，五轴铣床通过仿真实验研究，能在计算机上真实的实现，并为机械工程设计提供了一种有效的方法。介绍五轴是数控加工技术中最困难和最广泛使用的技术。它包括计算机控制技术;高性能伺服驱动技术和精密机械加工技术，并且被施加到复合表面1自动加工。五轴数控机床系统对一国的产业具有决定性的影响，如航空，航天，军工，科研，精密仪器，以及高精密医疗设备。五轴数控技术是国际上视为一个国家的工业化水平的标志。因此，五轴联动数控机床是中国机械行业发展过程中的标志产品，其意义远远大于实际的市场需求的重要性2，3。ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国机械动力公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。机械系统的IE自动动态分析，是由机械动力公司发明的动态仿真的最权威的软件，并在世界各地被广泛使用。工程师和设计师可以用于ADAMS构建和测试虚拟原型，在计算机上实现了运动学和动力学仿真复杂机械系统4。ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。在这项研究中，五轴铣床在实际工厂进行分析，然后用PRO / E进行机器结构中的实体建模。在此之后，实体模型导入到ADAMS，产生自己的实体模型，通过无缝接口软件机制版/专业版E2005。最后，导入仿真软件ADAMS中。模拟的结果显示机床的移动。五轴铣床建模由于五轴铣削机车身结构很复杂，adams没有强大到可以模拟复杂的形状，其他一些特殊的软件通常应用于。在这项研究中，PRO / E的使用是因为它与ADAMS能够无缝连接。所以我们只能用无缝接口软件，机制版/专业版2005，实现模型的转换，然后建立ADAMS的实体模型。模型简化 对于一个复杂的机械系统，常常数百个实体零件模型需要创建，并组装，这些部件需要根据运动的关系，简化为刚性的模型。刚体可以仅含有其中的一部分，但也可包括几十甚至几百份，所以我们需要简化为一个刚体的各个部分，并结合成一个部件。这允许各组件之间的关系变得明确5。因此，我们必须合理的简化研究问题的模式，这对仿真结果的正确性和有效性具有重要意义。根据该简化模型，基本草图可设计。然后基本尺寸，位置和其各部分的关系应在草图绘制，使得草图反映实际模型的基本特征。在此之后，PRO / E被用于精确地绘制机械6的主要零部件。最后，我们可以完成在PRO / E各部分的组装，如图1所示。模型试验 由于部分图纸在Pro / E导出，可能会有一系列的装配问题和装配图可能不符合要求的模拟。因此，我们需要测试完成的PRO/ E模型和试验主要包括以下内容：关系变化反映在装配图上是否发生改变是否会出现在装配干涉检查所有部件的密度信息检查和比较机械系统中对称部分的几何特征。因此，为了获得准确的仿真模型，去测试并简化由Pro / E建立的模型，这是必要的，其可以促进随后的仿真。模式转换 从PRO/ E为ADAMS模型转换一般有两种方法。一种是通过一个标准的图形格式转换，另一种通过PRO/ E与ADAMS之间特殊的数据接口模块机制转换。前者是转换的过程中容易失去图形元素，所以通常不使用。后者用于模型转换更好，通常适用。在所提出的设计中，第二种方法是通过和软件版本机制版PRO/ E20057。图1PRO/ E中的装配图 图2ADAMS中磨粉机模型 添加约束 根据大型数控铣床的实际工作中，我们需要添加固定约束到模型和地面上，再固定底座，立柱和平台一起。在adams主工具箱里选择固定约束的图标，然后选择位置，地面和固定点模型，并设定完成。与此同时，滑块约束添加到X，Y的移动和Z轴和约束到A的旋转C轴。添加运动路径 在ADAMS主工具箱中选择驱动的图标，然后在弹出的工具箱中选择线路图标，然后在该工具的提示创建运动路径。在此之后，一个约束添加到末端，并使其具有给定的路径移动。添加驱动器 在所提出的设计，步骤的函数应用于添加驱动器。步骤是一个三次多项式函数和其在ADAMS中表达被定义为下面给出。步骤（X，X0，H0，X1）。 （1）其中，x是步骤的一个独立的变量，其可以是时间或时间的任何函数，x0是将启动的自变量和X1是自变量值的末尾，这两者可以是常数，函数或表达设计变量，H0是步骤的初始值和X1是最终值，这两者都可以是一个常数，一个设计变量或其它表达式的函数。STEP有两份书面格式：一种是嵌入式的，而另一个是增量。在所提出的设计，后者的格式是步骤（X，X0，H0，X1 HL）+步骤（X，X 1，H 2，2，H 3）+步骤（X，X2，H4，3，H 5） + .。因此，我们可以使用STEP功能添加驱动到XYZAC这五轴。例如，X轴驱动器是步骤（时间，0，0，50，0）+步骤（时间，50.01，0，100，1200）+步骤（时间，100.01，0360，0）+步骤（时间， 360.01，0，500，1000）+ 步骤（时间，500.01，0，600，-2200）。最后在ADAMS验证的图表可以用来检测函数的正确性。仿真模型建成后，我们可以选择模型验证工具中的菜单来检查模型8的有效性。建立的ADAMS模型如图2所示。模拟五轴铣床该模型的建立和检验后，五轴铣削机可以进行仿真。选择adams模拟工具箱中的图标，然后设置时间和仿真的工作步数，最后，单击开始按钮，开始模拟9。根据设计要求，通过ADAMS /后处理器和模拟的结果，包括位移曲线，速度曲线，加速度曲线和该段的振幅曲线所需的机构的运动学分析，示于图3，4，5，和6 。图3在X方向上的位移曲线 图4在X方向的上的速度曲线图5在X方向上的加速度曲线。 图6该段的振幅曲线图3至图6表示该段的运动参数，并且得出的结论是，仿真结果跟步骤的函数相匹配。因此，它的结构，仿真与多体动力学软件ADAMS具有很高的精度，而且它为我们结构的设计和优化提供了一种有效的方法。结论在这项研究中，我们建立五轴联动铣床PRO/ E模型，然后将其导入ADAMS中来模拟仿真，体现了PRO/ E和ADAMS共同运用的仿真。同时，ADAMS有机结合的建模和仿真，从而大大提高了效率，降低了成本。它保证了该机构的研制成功，并为我们提供了设计和模拟机床的新途径。仿真工具使设计人员能够直观地看到整个加工过程的运动，可以得到很多有用的测试结果，提供参考数据的调整和改进结构。ADAMS提前预览特定过程的加工，因此避免了干扰造成的不必要的经济损失。参考文献1 尤HY，叶PQ.和杨KM.对机床行业的需求：五轴数控技术.12卷（2002）制造技术与机床，25-28页。 （在中国）2马Y，王YL和罗G.运动原理及五轴联动数控机床的功能2卷（2010），5-11页。 （在中国）3 江EL. Bohez.五轴铣削机床运动设计与分析，机床国际期刊与制造42（4）（2002），505-520页。4 朱CX.朱LD. 庞ZR.刘YX和蔡GQ.基于ADAMS建模与仿真无全自由度并联机床刀具材料41卷（12）（2007），页38-42。 （在中国）5 陶XH.马LM.刘TY.三维实体建模和五轴PMT运动学仿真9卷（2005）制造业信息化.48-49页。 （在中国）6 Z.H. GE和F.L.杨：PRO/ ENGINEER Wildfire野火版3.0：机械结构有限元分析（化学工业出版社，北京2008年）。 （在中国）7 李XJ.对Pro / E和ADAMS的联合仿真方法的研究 12卷（2008）装备制造技术，31-33页。 （在中国）8 李ZG.ADAMS实例与详解（国防工业出版社，北京2009年）。 （在中国）9 郭XW，王ZX.运动学和PMT基于ADAMS动力学仿真 32卷（7）（2003）制造业信息化，119-122页。 （在中国）附外文资料原文ModelingandSimulationofFive-axisMillingMachineBasedonADAMSZaichunZhang1,a,GaoyanZhong1,b,YongGao1,c1CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing,JiangsuProvince210031,P.R.ChinaKeywords:five-axis,millingmachine,ADAMS,modeling,simulation.Abstract.Amethodformotioncontrolandanalysisoffive-axismillingmachinewasproposedbymeansofsimulation.Themethodstartedfromsolidmodelingoffive-axismillingmachineinPRO/E,andthenimportedthemodelintoADAMS,generatingitsownsolidmodel,throughseamlessinterfacesoftwareMechanism/Pro2005.Therefore,co-simulationofPRO/EandADAMSwasrealized.OntheplatformofADAMS,constraintsanddriversnecessaryforsimulationwasaddedtothesolidmodelandthesimulationwasbegun.Duringthesimulationprocess,motionparametersofeachheadwereproduced,andtheseinformationdirectlyprovidedacontrolbasisforNCmachiningoffive-axismillingmachine.Thus,theperformancestudyoffive-axismillingmachinethroughsimulationwasrealizedonthecomputeranditprovidedaneffectivemethodfortheengineeringdesignofthemachine.IntroductionFive-axisisthemostdifficultandwidelyusedtechnologyinCNCmachiningtechnology.Itincludescomputer-controllingtechnology;high-performanceservodrivestechnologyandprecisionmachiningtechnology,andisappliedtoautomaticmachiningofcomplexsurface1.Five-axisCNCmachinetoolsystemhasdecisiveinfluenceonacountrysindustry,likeaviation,aerospace,military,scientificresearch,precisioninstruments,andhigh-precisionmedicalequipment.Five-axisCNCtechnologyisinternationallyviewedasasymbolofacountryslevelofindustrialization.Therefore,five-axisCNCmachinetoolisasignproductduringthedevelopmentofChinasmachineryindustry,anditssignificanceisfargreaterthantheimportanceoftheactualmarketdemand2,3.ADAMS,automatic dynamic analysis of mechanical systems, the software is mechanical dynamics Inc. the development of virtual prototype analysis software. AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems,wasexploitedasanalysissoftwarebyMechanicalDynamicsInc.Itisthemostauthoritativesoftwareofdynamicsimulationandiswidelyusedaroundtheworld.EngineersanddesignerscanapplyADAMStobuildandtestvirtualprototypes,realizingthekinematicsanddynamicssimulationofcomplexmechanicalsystemonthecomputer4.ADAMS software uses interactive graphics environment and parts library, constraint library, force library, create a fully parametric geometric model of the mechanical system, the solver using multi rigid body system dynamics theory and the Lagrange equation, dynamic equations of the system are established, the statics, kinematics and dynamics analysis for the virtual machine system, output displacement, velocity, acceleration and reaction curve. The simulation of ADAMS can be used to predict the performance of the mechanical system, the range of motion, the detection of collision, the peak load and the input load of the finite element.ADAMS is the application software of the virtual prototype analysis, and the user can use the software to analyze the static, kinematics and dynamics of the virtual machine system conveniently. On the other hand, it is virtual prototype analysis of development tools, the open of program structure and multiple interfaces, can become a special industry users of special type of virtual prototype analysis of secondary development tool platform.Inthisstudy,five-axismillingmachineinactualfactorywasanalyzed,andthenPRO/Ewasappliedtoconductthesolidmodelingofthemachinestructure.Afterthat,thesolidmodelwasimportedintoADAMS,generatingitsownsolidmodel,throughseamlessinterfacesoftwareMechanism/Pro2005.Atlast,thesimulationwascarriedoutinADAMS.Theresultsofsimulationguidedthemovementofthemachinetool.ModelingofFive-axisMillingMachineBecausethebodystructuresoffive-axismillingmachinearecomplexandADAMSisnotpowerfulenoughtomodelcomplexshapes,someotherspecialsoftwareareusuallyapplied.Inthisstudy,PRO/EisusedbecauseofitsseamlessconnectionwithADAMS.Sowecanonlyuseseamlessinterfacesoftware,Mechanism/Pro2005,toachievetransformationofmodelandthenbuildthesolidmodelofADAMS.Modelsimplification.Foracomplexmechanicalsystem,hundredsofthree-dimensionalsolidpartmodelsoftenneedtobecreated,andafterassembling,thesepartsshouldbesimplifiedtorigidmodelsaccordingtothemovementrelationshipandresearchpurpose.Arigidbodymaycontainonlyonepart,butalsomayincludedozensorevenhundredsofparts,soweneedtosimplifythevariouspartsdefinedasonerigidbodyandcombinethemintoonepart.Thisallowstherelationshipamongthevariouscomponentsbecomeclear5.Therefore,wemustsimplifythemodelreasonablybasedontheproblemsresearched,whichhasimportantimplicationsonthecorrectnessandeffectivenessofsimulationresults.Accordingtothesimplifiedmodels,basicsketchescanbedesigned.Thenthebasicdimensions,locationandtheirrelationshipofeachpartshouldbedrawninthesketches,makingthedraftreflectthebasiccharacteristicsoftheactualmodel.Afterthat,PRO/Eisappliedtoaccuratelydrawthemainpartsandcomponentsofthemachine6.Finally,wecancompletetheassemblyofallpartsinPRO/EasshowninFig.1.Testofmodel.AsthepartdrawingsaredrawnoutinPRO/E,theremaybeaseriesofassemblyproblemsandtheassemblydrawingmaynotmeetthesimulationrequirements.SoweneedtotestthefinishedPRO/Emodelandthetestmainlyconsistsofthefollowing:Whetherdochangesofthetopologyrelationshipreflectintheassemblydrawing?Whetherdoesinterferenceappearintheassembly?Checkthedensityinformationofallparts.Checkandcomparethegeometriccharacteristicsofsymmetricalcomponentsinthemechanicalsystem.Therefore,inordertoobtainaccuratesimulationmodel,itisnecessarytotestandsimplifythemodelestablishedbyPRO/E,whichcanfacilitatethesubsequentsimulation.Modelconversion.ModelconversionfromPRO/EtoADAMSgenerallyhastwomethods.Oneconvertsthroughastandardgraphicformat,anotherconvertsthroughspecialdatainterfacemoduleMechanism/ProbetweenPRO/EandADAMS.Theformeriseasiertolosegraphicelementsintheprocessofconversion,soitisnotusedgenerally.Thelatterisbetterforthemodeltransformationandisusuallyapplied.Inthepresenteddesign,thesecondmethodisadoptedandthesoftwareversionisMechanism/Pro20057.Fig.1AssemblydrawinginPRO/EFig.2ModelofmillingmachineinADAMSAddconstraints.Accordingtotheactualworkoflarge-scaleCNCmillingmachine,weneedaddfixedconstrainttothebaseofthemodelandtheground,andthenfixthebase,columnandplatformtogether.InADAMS,choosetheiconoffixedconstraintinthemaintoolbox,thenselectthebase,thegroundandfixedpointsinthemodel,andthesetisdone.Atthesametime,addsliderconstrainttothemovementofX,YandZ-axisandpinconstrainttotherotationofAandC-axis.Addmotionpath.SelecttheiconofthepartinthemaintoolboxinADAMS,theninthepop-uptoolboxchoosethelineicon,andfinallycreatemotionpathontipofthetool.Afterthat,addalineconstrainttothetipandmakeitmovewiththegivenpath.Adddrives.Inthepresenteddesign,functionofSTEPisappliedtoadddrives.STEPisacubicpolynomialfunctionanditsexpressioninADAMSisdefinedasgivenbelow.STEP(x,x0,h0,x1,hl). (1)where,xisanindependentvariableofSTEP,whichcanbetimeoranyfunctionoftime,x0isstartvalueofindependentvariableandx1istheendofthevalue,bothofwhichcanbeaconstant,anexpressionoffunctionoradesignvariable,h0istheinitialvalueofSTEPandhlisthefinalvalue,bothofwhichcanbeaconstant,adesignvariableorafunctionofotherexpressions.STEPhastwowrittenformats:oneisembedded,whileanotherisincremental.Inthepresenteddesign,thelatterisappliedandtheformatisSTEP(x,x0,h0,x1hl)+STEP(x,x1,h2,x2,h3)+STEP(x,x2,h4,x3,h5)+.SowecanadddriverstothefiveaxesofXYZACusingthefunctionofSTEP.Forexample,driveofX-axisisSTEP(time,0,0,50,0)+STEP(time,50.01,0,100,1200)+STEP(time,100.01,0,360,0)+STEP(time,360.01,0,500,1000)+STEP(time,500.01,0,600,-2200).FinallytheiconofVerifyinADAMScanbeusedtocheckthegrammarofthefunctions.Afterthesimulationmodelisbuilt,wecanselectModelVerifyinthemenuofTooltocheckthevalidityofthemodel8.ThemodelbuiltinADAMSisshowninFig.2.SimulationofFive-axisMillingMachineAftertheconstructionandinspectionofthemodel,thefive-axismillingmachinecanbesimulated.InADAMS,selecttheiconofsimulationinthetoolbox,andthensettimeandworkstepofsimulation,finally,clickthebuttonofStarttostartthesimulation9.Accordingtodesignrequirements,kinematicsanalysisoftheinstitutionisneededthroughADAMS/Postprocessorandthesimulationresults,includingdisplacementcurve,speedcurve,accelerationcurveandamplitudecurveofthesegment,areshowninFig.3,4,5,and6.Fig.3DisplacementcurveinXdirectionFig.4SpeedcurveinXdirectionFig.5AccelerationcurveinXdirection Fig.6AmplitudecurveofthesegmentFig.3toFig.6showsthemotionparametersofthesegment,anditisconcludedthatthesimulationresultsiscloselymatchingwiththefunctionsofSTEP.Thus,thestructure,simulatedwiththemulti-bodykinematicssoftwareADAMS,hashighprecision,anditprovidesusaneffectivemethodforthedesignandoptimizationofstructures.ConclusionsInthisstudy,wemodelthefive-axismillingmachinewithPRO/E,andthenimportitinADAMStosimulate,reflectingtheco-simulationofPRO/EandADAMS.Inthesametime,ADAMSorganicallycombinesthemodelingandsimulation,whichgreatlyimprovestheefficiencyandreducesthecost.Itassuresthesuccessfuldevelopmentofthemachineandprovidesanewwayforustodesignandsimulatemachinetools.Simulationofmachinetoolsenablesdesignerstovisuallyseethemovementofthewholemachiningprocessandcangetmanyusefultestresults,whichprovidereferencedatatotheadjustmentandi
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