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机械手 设计 CAD

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换刀机械手设计带CAD图,机械手,设计,CAD

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基于I2DEAS的加工中心换刀机械手运动仿真3 穆塔里夫 阿赫迈德 尼加提 依米提 郑 力摘要 以I2DEAS1MS8三维工程软件为平台,对TH6350卧式加工中心换刀机械手进行三维实体装配。以装配模型为基础,对换刀机械手进行机构建模和换刀运动仿真。通过机械手换刀运动干涉检验和分析,得到机械手换刀运动并发时序图,提出了缩短机械手换刀运动时间的措施。关键词:I2DEAS 换刀机械手 运动仿真 干涉检验中图分类号:TG659 文献标识码:A 文章编号:16713133(2003)09 - 0040 - 03The kinematics simulation to the ATC formachining center based on I2DEASMutellip Ahmat,Jurat MamatZheng LiAbstractThe 3D assembly was made to the ATC (automatic tool changer)for the TH6350 machining center by based on I2DEAS;The 3D mechanism modeling and mechanical kinematics simulation for the tool changing motion of the ATC was made;The figures of the sequence in time to the ATC was obtained by kinematics interference checking to the tool changing motion ofthe ATC ,and a measure to shorten the tools exchanging time was put forward1Key words :I2DEASATC(automatic tool changer)Kinematics simulationInterference check用集成化工程分析软件I2DEAS1MS8中的机构设计(Mechanical Design)模块对TH6350卧式加工中心的自动换刀机构进行机构建模以及换刀运动分析和仿真,使设计人员在屏幕上通过机构的三维动态显示,不仅可以直观地看到整个机构的运动过程,而且可以分析运动的完成时间、 运动轨迹、 运动干涉情况以及机构运动参数等。采用I2DEAS1MS8软件,以TH6350加工中心换刀机械手零部件三维实体模型为基础,完成换刀机械手三维实体装配,通过定义刚体、 机架、 运动副、 运动函数和运动等实现换刀机械手的三维机构建模,通过对换刀机械手的换刀动作进行运动仿真和运动干涉检验分析,得到机械手换刀动作并发运动时序图,由此得出机械手换刀运动的有些动作可以并发进行而不发生运动干涉,从而缩短机械手换刀运动时间。 一、 换刀机械手三维实体装配TH6350卧式加工中心换刀机械手三维装配建模是在以I2DEAS为平台的CAD应用环境下,以换刀机械手零部件三维实体模型库为基础,将不同的零部件通过特征识别和确定装配特征后,组装成一个装配体。基于3D特征的装配建模主要包括以下技术:零部件三维实体建模;装配路径规划;零部件树状结构划分;位置尺寸约束条件施加;装配仿真;装配干涉分析。3 新疆维吾尔自治区少数民族科技骨干人才特殊培养科研专项资金资助(2003 - 08)成绘图文件。这个绘图文件实际上是个文本文件,文件中汇集了用AUTOCAD系统绘制拉刀工作图的所有屏幕命令,并经过合理的排序处理,由系统直接启动AUTOCAD系统去执行该文件,自动绘出拉刀设计图。用户可以根据具体情况直接在图上修改,并使用打印设备打印出拉刀设计图。 三、 结论渐开线花键拉刀CAD专家系统的开发,提高了拉刀设计的效率和质量,达到了专家级的设计水平。其中采用的产生式与框架结合的复合型知识表示法,较好地解决了拉刀设计知识表达的问题,提高了运行效率。经工厂计算实例表明,该专家系统能满足工程需求,可以在拉刀设计中推广应用。参 考 文 献1 四川省机械工业局 1 复杂刀具设计手册M1 北京:机械工业出版社,19792 王玫,王杰等 1 渐开线插齿刀CAD专家系统的开发J 1 成都:四川大学学报,2002(2)3 殷国富 1 工程专家系统技术及其应用M1 成都:成都科技大学出版社,1995作者通讯地址:四川大学制造科学与工程学院(成都610065)收稿日期:2003042104CAD/ CAPP/ CAM/ CAE现代制造工程2003(9)TH6350加工中心换刀机械手共由40多个零部件组成,其中主要零部件有13个,包括齿轮齿条类、 轴类、 轴承类、 盖板类及箱体类等。由于空套齿轮轴、 轴承、 花键、 插拔刀活塞以及两个抓刀和换刀齿条、 箱体等大部分零部件都与空心齿轮轴有装配关系,所以将大空心齿轮轴作为基准,依次将其它零部件装配到大齿轮轴上,然后安装其它零部件,最后将其安装到箱体上来完成换刀机械手的三维实体装配。换刀机械手的三维实体装配模型如图1所示。图1 机械手三维实体装配模型 二、 机械手机构建模与运动仿真11I2DEAS Mechanism Design一些概念加工中心换刀机械手机构建模分析是由换刀机械手零部件的三维实体模型、 换刀机械手的三维装配模型、 换刀机械手机构建模,再到换刀机构的运动分析求解到评估、 动态仿真、 再进行动态干涉分析等。在用I2DEAS Mechanism Design模块进行换刀机械手机构建模时,用到以下概念。1)连杆(Link) 连杆代表一个刚体的一种机械特征。连杆是一个几何体的可见的表示,可以赋予参数特性。2)运动副(Joint) 运动副表示在连杆间可以完成的相对运动。一个运动副连接和约束两个机械实体。3)标记(Marker) 标记表示在连杆上的一个 “关注点”,可以得到标记处的分析结果。标记可用于:识别某点的结果(位移、 速度和加速度)和定义弹簧接触点或齿轮的接触点。4)运动(Motion) 运动是描述运动副运动方程的表达式。运动仅应用于运动副上并用运动副的方位来定义将会发生的相关运动。运动可用恒速、 常数和函数来输入。21 换刀机械手机构建模和运动仿真换刀机械手由装配模型到机构模型,再到机构运动仿真及运动干涉分析,其过程用框图2表示。换刀机械手换刀过程由以下五个阶段完成:抓刀阶段、 拔刀阶段、 换刀阶段、 插刀阶段和放刀阶段。这些动作分别由下列运动副完成:两个齿条分别与缸体组成移动副;两个齿条分别与两个齿轮轴组成齿轮副;两个齿轮轴分别与缸体组成转动副;机械手臂分别与两个齿轮轴组成移动副,来回移动来完成拔刀和插刀动作。装配模型定义刚体定义机架选运动副运动函数定义运动运动求解机构模型运动仿真干涉分析图2 机构建模仿真过程在进行机构建模时,通过定义运动函数来设置机构中各构件运动的前、 后顺序、 各构件的位移和运动完成时间等。由于换刀机械手的换刀动作主要有抓刀和放刀(正、 负90 转动)、 换刀(180 转动)、 拔刀和插刀(正、 负165mm移动)以及机械手臂在前、 后花键的转移等运动,因此,用以下的Step函数来分别表达这些运动。抓刀和放刀:step (time ,0 ,0 ,016 , - 90d) + step (time ,512 ,0 ,518 ,90d)换刀:step (time ,213 ,0 ,315 , - 180d) + step (time ,414 ,0 ,516 ,180d)拔刀和插刀:step (time ,116 ,0 ,212 , - 165d) + step (time ,316 ,0 ,412 ,165)机械手臂在前、 后花键的转移:step (time ,0 ,0 ,016 , - 90d) + step (time ,213 ,0 ,315 ,- 180d) + step (time ,512 ,0 ,518 ,90d)通过上述方法对换刀机械手进行机构建模以后,就可以进行运动仿真。如图3所示换刀机械手抓刀和拔刀运动状态。图3 换刀机械手抓刀和拔刀运动状态14CAD/ CAPP/ CAM/ CAE现代制造工程2003(9) 三、 机械手并发运动时序分析11 换刀机械手动态干涉分析换刀机械手的换刀动作分别是由两个独立的齿条活塞和另外一个活塞的直接驱动来完成的,它们的动作过程是串行进行的,也就是说在前一个动作完成以后才进行下一个动作,否则会发生运动干涉。然而,通过运动干涉检验和分析发现,换刀机械手的有些换刀动作可以并发完成而不会发生运动时位置和尺寸的干涉。这两个动作并行进行而不发生运动干涉的时间可以通过反复干涉检验得到。因此,由于换刀动作的并行完成,可以缩短机械手的换刀完成时间,由此提高机械手的换刀效率。21 换刀机械手并发时序分析以换刀机械手抓刀和拔刀过程为例,来说明并发时序分析的方法和步骤。在进行机械手并发运动干涉检验时,修改换刀机械手的Step函数中的动作完成时间,使抓刀和拔刀动图4 干涉检验的 步骤和方法作并发进行,进行运动干涉检验,可以得出两相对运动有关实体之间是否有干涉、 最大干涉体积、 不发生干涉的最短距离以及干涉点的坐标等数据,分析运动干涉情况,直到不出现干涉为止,即可确定两个动作的并发时序。经过反复的并发运动干涉检验,得出换刀机械手进行抓刀和拔刀并发运动而 不 发 生 干 涉 的 时 间 为0135s。其方法和步骤如图4所示。其运动干涉检验报告如下:449 - RUN15STEP05Interference Check 1Checking:Instance(Hi14213):H652402101 ; 21 ,mtlfLibrary 1 with : Instance (Hi12211): H652402099 ;21 ,mtlf2Library 1Results 3 3 3INTERFERE3 3 3Volume 1761Total just touching detected0 Totalinterferences detected14502RUN15STEP06Interference Check 1Checking:Instance(Hi14213):H652402101 ; 21 ,mtlfLibrary 1 with : Instance (Hi12211): H652402099 ;21 ,mtlf2Library 1Results Just touchingTotal just touching detected1 Totalinterferences detected0该报告显示,当运动进行到第5步时,换刀机械手臂花键与齿轮轴花键出现体积为176mm3的干涉,而进行到第6步时,刚好不产生干涉。图5和图6分别表示换刀机械手换刀过程串行时序图和抓刀、 拔刀时的并发时序图。图5 机械手换刀过程串行时序图图6 机械手抓刀和拔刀时的并发时序图 四、 结语用I2DEAS1MS8为平台实现了TH6350加工中心换刀机械手的三维实体装配、 机构建模和换刀运动仿真。以换刀机械手抓刀和拔刀运动为例,通过运动干涉检验和分析,得出了机械手在抓刀和拔刀时的部分动作可以并发完成从而缩短换刀运动时间0135s。同样,也可对换刀机械手其它动作进行运动干涉检验和分析,为缩短加工中心的换刀运动时间提供依据。参 考 文 献1 穆塔里夫,张年松,郑力 1 加工中心虚拟装配建模及装配干涉的研究 1 现代制造工程(原 机械工艺师) ,2002 ,(9)2I2DEAS Course Guide ,The Mechanical Design Course1Structure Dy2namic Research Corporation , 2000 East