第3章+运动链分析与创建.1

Page1《数控机床数字孪生设计与仿真验证》

——第3章运动链分析与创建Page2目标与导读3.1机床运动链设计原理3.2创建机床设计模型运动链3.3机床运动链验证2目录13Page3目标与导读知识

目标1.理解机床运动链设计原理2.掌握运动链搭建工具（CreateMyVirtualMachine/3DBuilder）的使用方法3.熟练掌握创建虚拟机床运动学模型的方法4.掌握虚拟机床运动学模型在CMVM中的验证方法能力

目标1.能够解释机床运动链的设计原理2.能够创建机床运动学模型3.能够验证机床运动学模型4.能够将机床运动学模型从3DBuilder软件中导出5.能够将机床运动学模型导入至CMVM素质目标1.培养学生的问题解决能力和创新能力2.培养学生表达能力和团队协作能力3.培养学生工程应用能力4.培养学生自主学习和自我提升的能力素养目标1.通过设计机床运动学模型，提升学生工程应用的创新思维2.通过对机床运动学模型的验证，培养学生精益求精的工匠精神教学目标导读Page43.1机床运动链设计原理3.1.1.运动机构分类进给轴机构：X、Y、Z轴等线性几何轴属于进给轴机构，用于实现机床的直线运动。01旋转轴机构：A、B、C轴等旋转轴用于实现机床的旋转运动，常见于五轴机床。02简化模型：本书针对简化的数控加工中心模型，仅考虑3根线性轴X、Y、Z，不涉及旋转轴。03Page53.1机床运动链设计原理3.1.2.运动支链与坐标系01刀具运动支链：MCS（机床坐标系）->XCS（X轴坐标系）->ZCS（Z轴坐标系）->SCS（主轴坐标系）->TCS（刀具坐标系）。03运动链构建：根据有根树系统原理构建机床运动链，形成机床运动学模型。02工件运动支链：MCS（机床坐标系）->YCS（Y轴坐标系）->WCS（工件坐标系）。Page63.1机床运动链设计原理3.1.3.运动链部件模型刀具运动支链：X轴、Z轴、主轴、刀具。工件运动支链：Y轴、工作台、工件。机床模型说明：X轴、Z轴与主轴在刀具链一侧，Y轴在工件链一侧，机床坐标原点在工作台表面的中心处。Page73.2创建机床设计模型运动链3.2.1.导入机床3D模型01软件工具：3DBuilder软件。02项目创建：定义项目名称与路径，点击创建新机床。03模型导入：将机床床身模型作为“根部”几何体导入，通过“3D导入”按键导入绘制好的机床床身三维模型，并更名为housing。以同样的方法导入绘制好的斗笠式刀库模型，并更名为tool_magazine。Page83.2创建机床设计模型运动链3.2.2.建立机床运动学模型2.建立三轴机床运动学模型刀具运动支链：X轴带动Z轴与主轴左右移动，Z轴上下移动，主轴旋转带动刀具旋转。工件运动支链：Y轴带动工件前后移动。1.三轴机床运动链的结构分析工作台运动链：添加Y轴线性轴，定义名称为MY1，向量为(0，-1，0)，原点坐标值为(0)，最小值为(-350)，最大值为(350)。导入Y轴运动链模型，定义为yside。添加工件组件，定义为stock，可更改工件设置的位置、方向及未来位置等。刀具运动支链：添加X轴线性轴，定义名称为MX1，向量为(1，0，0)，原点坐标值为(750)，最小值为(-750)，最大值为(750)。导入X轴运动链模型，定义为xside。添加Z轴线性轴，定义名称为MZ1，向量为(0，0，1)，原点坐标值为(650)，最小值为(0)，最大值为(650)。导入Z轴运动链模型，定义为zside。创建主轴运动链，定义为MSP1SpindleTransform，添加主轴旋转轴，定义名称为MSP1，向量为(0，0，-1)，原点坐标值为(0)，最小值为(-360)，最大值为(360)。添加刀具安装点，定义为Tool。刀具运动支链工件运动支链Page93.2创建机床设计模型运动链3.2.3.创建模型碰撞检查功能功能介绍：检测3D模型是否存在几何错误或冲突，检查多个模型是否在3D空间中重叠，确保在虚拟环境中不会发生意外的碰撞或错误。打开模型碰撞检查界面，点击界面右上角窗口选项，勾选Collision

Groups碰撞组功能。创建刀具与工件、刀具与工作台、主轴箱与工件、主轴箱与工作台的碰撞检查功能。04Page103.3机床运动链验证3.3.1.虚拟机床运动学模型验证模拟功能：通过Simulation模拟功能验证各个运动链的运动范围及运动方向。在右侧模拟界面中，鼠标左键拖拽各轴滑动条进行模拟运动。在资源菜单中设置及更改最大值、最小值，定义各轴系运动范围。点击界面右上角窗口选项，勾选Simulation模拟功能。确保各轴的运动方向与CMVM中定义的坐标轴方向一致。0102030504Page113.3机床运动链验证3.3.2.机床运动学模型导出与导入01021.机床运动学模型导出保存路径：3DBuilder软件选中Export导出选项，选择“/3DExport/3DFile”选项。文件格式：保存类型选择MCKFiles(*.mck)格式，将建立好的机床运动学模型保存至指定文件夹。2.CMVM导入机床运动学模型导入步骤：在Create

MyVirtual

Machine中创建含一台配置完毕且调试完毕的机床的项目。将创建的3D机床运动学模型“*.mkc”格式文件复制到机床项目的虚拟存储卡中。确保存放路径正确，避免出现多个3D机床运动学模型被忽略的情况。启动机床项目时，对应的机床模型会显示在“3D仿真”窗口中。Page12习题一、填空题：1.

机床部件中的伺服运动机构可大致分为

机构与

机构。2.

依据图3-3三轴加工中心模型，3DBuilder中的MY1线性轴的向量应符合XYZ轴运动关系，将其在资源菜单中定义为

。3.

部件模型导入至3DBuilder的文件格式为