數(shù)控銑床加工流程演示

1、實驗五產(chǎn)品的裝配與運動仿真一、實驗?zāi)康?. 了解產(chǎn)品及數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的基本知識；2. 了解產(chǎn)品裝配的原理與過程；3. 掌握產(chǎn)品裝配的數(shù)據(jù)保存方法與格式；4. 掌握運動仿真的基本原理；5. 了解常見運動副的類型和要素；6. 掌握運動仿真的必要條件、參數(shù)與仿真方法；7. 了解運動仿真的常用用途、在工程分析中的地位。二、實驗內(nèi)容1 .教師講解產(chǎn)品組成及零件間的約束；2 .通過示例演示產(chǎn)品自零件設(shè)計到裝配的過程，3 .講解演示裝配約束類型，以及數(shù)據(jù)保存的方法；4 .分析產(chǎn)品實例，定義零件及其間裝配關(guān)系；5 .講解產(chǎn)品仿真的分類、及運動仿真的基本原理；6 .通過示例演示產(chǎn)品的運動副定義及形成運動仿真的過程

2、；7 .通過產(chǎn)品實例分析，定義零件間的運動關(guān)系與運動副，構(gòu)成運動仿真。三、實驗設(shè)備1 .硬件：海信圖形工作站；2 .軟件：操作系統(tǒng) Windows XP 或 Windows 2000;CATIA V5R14 ;四、實驗概述1 .產(chǎn)品的裝配1）產(chǎn)品的裝配概述產(chǎn)品通常由多個零件組成，因產(chǎn)品的復(fù)雜程度而異，其組成的產(chǎn)品數(shù)量和裝配關(guān) 系都不盡相同。產(chǎn)品的裝配是指將零件按照其實際裝配中的機械約束關(guān)系，定義特定的裝配約束 關(guān)系，從而將單個的零件組合起來，最終構(gòu)建完整的產(chǎn)品，表達真實產(chǎn)品的形態(tài)，并 為后續(xù)的運動仿真、分析、 ERP等工作提供數(shù)據(jù)。如實驗圖5-1中所示為產(chǎn)品（引擎機構(gòu)）裝配后的狀態(tài)。實驗圖 5

3、-2中所示為將 產(chǎn)品中的所有零件按爆炸視圖繪制后的情況。實驗圖5-1裝配后的產(chǎn)品實驗圖5-2產(chǎn)品爆炸圖2）裝配約束及類型以CATIA為例，按零件、部件間不同的裝配關(guān)系， 裝配約束通?？梢苑譃槿缦聨?種：實驗表5-1常用的裝配約束類型序號圖標(biāo)約束名稱及應(yīng)用場合1重合（Coincidence ）約束；用于定義孔、軸的向心、工件表面的對齊等場合2疆貼合（Contact ）約束；用于定義工件表面、棱邊等的（貼合）接觸；3偏置（Offset ）約束；用于定義工件表面之間L定特定偏置距離的場合；4然"ivr角度（Angle ）約束；府十定義，件表面之間成一定角度的夾角；5赤固定（Fix ）約束；

4、定義裝配機構(gòu)中的某個零件定義為/、可運動；6固定組合（Fix Components Together）約束；用于固定裝配中兩個零件之間的相對位置；3）實例：現(xiàn)以某機構(gòu)的裝配為例，需要在CATIA中完成從開始裝配到定義約束，最終完成 數(shù)據(jù)保存輸出的過程。文件名分別為零件一:CRICBRANCHI.CATPart 、形狀與文件名如實驗圖5-3所示:CRIC_FRAME.CATPart、零件二CRICBRANCH2.CA TPart。事先已經(jīng)完成組成機構(gòu)的三個零件設(shè)計，保存在計算機中,（1）啟動CATIA ,進入裝配設(shè)計模塊雙擊桌面上的 CATIA圖標(biāo)Assembly Design ,進待CATIA

5、啟動完成后，依次點擊Start Mechanical Design入裝配設(shè)計模塊(實驗圖5-4)。實驗圖5-4啟動裝配模塊(2)調(diào)入零件依次點擊Insert Existing Component ,在彈出的文件選擇對話框中選擇第零件 (CRIC_FRAME.CATPart )。重復(fù)上述步驟，將零件二、零件三( CRIC_BRANCH_1.CATPart 、CRIC_BRANCH_2.CA TPart)也分別調(diào)入，結(jié)果如實驗圖 5-5所示。實驗圖5-5調(diào)入后的零件(3)約束分析與添加如實驗圖5-6所示，根據(jù)機械裝配關(guān)系，零件一與零件三之間應(yīng)該有如下的約束 關(guān)系：a、孔軸同軸；b、側(cè)面面貼合；實驗

6、圖5-6零件一和零件三之間的約束分析點擊然后分別選擇零件一的軸，和零件三的孔，以施加同軸約束;再點擊旗，分別點擊零件一和零件三相應(yīng)表面，施加貼合約束。約束定義完成后，零件間的位置不會馬上變化，需要點擊“Edit Update”或®圖標(biāo)，零件才會更新為新的位置。零件二和零件三之間的情況類似。添加完約束后，產(chǎn)品定義完畢，如實驗圖5-7所示。圖5-7裝配結(jié)果(4)保存產(chǎn)品數(shù)據(jù)依次點擊 File Save Management.,將所有的文件保存到同一目錄中。2 .機構(gòu)的運動仿真3 ）機構(gòu)的運動仿真概述本實驗中所說的機構(gòu)的運動與仿真，屬于機械系統(tǒng)的運動學(xué)分析，主要針對系統(tǒng) 及其各構(gòu)件的運動分

7、析，一般不考慮驅(qū)動力的影響。根據(jù)已知構(gòu)件之間的運動關(guān)系， 通過定義機架、運動副定義零件間的傳動關(guān)系，通過求解位置的非線性方程組和速度、加速度的非線性方程組，分析整體機構(gòu)運動的可能性，空間運動范圍，求解其余構(gòu)件 的位置、速度和加速度與時間的關(guān)系。以在設(shè)計階段觀察產(chǎn)品機構(gòu)的運動及空間干涉 等情況，并校驗設(shè)計過程中的機構(gòu)、運動副是否合理。4 ）機械傳動中自由度及運動副類型（1）自由度單個零件的自由度，為在笛卡兒坐標(biāo)系中沿X、Y、Z三軸的移動和繞三軸的旋轉(zhuǎn)；而對于機構(gòu)，機械系統(tǒng)的自由度表示機械系統(tǒng)中各構(gòu)件相對于地面機架所具有的 獨立運動數(shù)量。機械系統(tǒng)的自由度與構(gòu)成機械的構(gòu)件數(shù)量、運動副的類型和數(shù)量、原

8、動機的類型 和數(shù)量、以及其他約束條件有關(guān)。機械系統(tǒng)的自由度（DOF）可以用下式計算：mxDOF =6n-x p qjRk1 1j 1其中：n:活動構(gòu)件總數(shù)；Pi, m：第i個運動副的約束條件數(shù)，運動副總數(shù)；qj, x：第j個原動機的驅(qū)動約束條件數(shù)，原動機總數(shù)；Rk其他的約束條件數(shù)如果將系統(tǒng)中的驅(qū)動輸入（如電機軸）作為對某個自由度的約束，當(dāng)系統(tǒng)中自由 度DOF為0時，系統(tǒng)屬于本實驗所討論的運動學(xué)分析。（2）運動副類型、輸入條件及約束自由度數(shù)量下面以對常見的運動副類型、輸入條件及運動副定義后剩余的自由度數(shù)量進行說 明（試驗表5-2 ）:試驗表5-2常見的運動副類型及剩余自由度數(shù)量;裝配（運動副）類

9、型剩余自由度帶止推端面1，_的旋轉(zhuǎn)副2滑槽滑軌1旋轉(zhuǎn)1平移序 號裝配（運動副）類型剩余自由度3孔軸配合1旋車專1移動4球頭連接審3個旋轉(zhuǎn)序 號裝配（運動副）類型剩余自由度5平面接觸1_2移動1旋轉(zhuǎn)6剛性連接無7滾動嚙合曲 線r1旋車專1移動8滑動曲線2旋車專1移動9點對曲線酸3旋車專1移動10點對曲面琴2移動3旋轉(zhuǎn)序 號裝配（運動副）類型剩余自由度11U形連接（萬紙向節(jié)）函1旋轉(zhuǎn)12齒輪嚙合播1旋轉(zhuǎn)13齒輪齒條鐳31旋轉(zhuǎn)或1移動14系索傳動詼11移動15螺旋傳動歲1旋轉(zhuǎn)或1移動16cv連接戔5無3）實例：在此以上完成裝配的機構(gòu)定義運動仿真來說明:（1）進入工作模塊雙擊桌面上的 CATIA圖標(biāo)待

10、 CATIA 啟動完成后，依次點擊Start Digital Mockup DMU Kinematics ,進入運動仿真模塊（實驗圖5-8）。實驗圖5-8啟動運動仿真模塊（2）調(diào)入產(chǎn)品文件調(diào)入方法和產(chǎn)品裝配中相同，零件數(shù)據(jù)文件在上述裝配例子中，增加了零件四、 零件五及零件六。（實驗圖5-9）實驗圖5-8調(diào)入的產(chǎn)品模型（3）機構(gòu)分析、定義機構(gòu)和運動副a、機構(gòu)分析該機構(gòu)為一可伸縮支架。零件四和零件五之間為絲杠螺母傳動，零件四的軸向位 置固定，當(dāng)零件四（螺桿）旋轉(zhuǎn)時，驅(qū)動零件五（螺母）沿零件四移動，從而使得零 件二和零件三組成的曲臂伸展或屈曲，最終轉(zhuǎn)化為支架上方零件六的上下運動。b、定義機構(gòu)整個機構(gòu)

11、中只有一個動力源輸入（零件四的轉(zhuǎn)動）和一個輸出（零件六）的上下 運動，故機構(gòu)只有一個，下屬為若干個運動副；c、運動副定義由零件之間的機械裝配關(guān)系，以及自由度的限定，可以判定各零件之間的主要的 運動副列表：零件一和零件二：帶止推端面的旋轉(zhuǎn)副廛；零件二和零件三：帶止推端面的旋轉(zhuǎn)副左自零件三和零件六：帶止推端面的旋轉(zhuǎn)副占!；.零件二和零件五：孔軸配合零件三和零件五：帶止推端面的旋轉(zhuǎn)副占”零件四和零件五：螺旋傳動最終，定義結(jié)果如實驗圖5-9。iMe ch anmDOO lointslRigid. 1 (CRIJAXIS. 1, CRICTOF. 1)Cylindrical. 2 (CRIC_BRANC

12、H_L 1, CRIJBR吧L瓦 1) RwolutE. 3 (CR1C BrMcH_L 1, CR1C TOP. 1J+戰(zhàn)+您+設(shè)+吸+螭Rm卡Qlute.4 (CR工C_FRAME. 1, CR工C_BRANCH_3. 1), CvlindricaL 5 (CRICJCHN. 1, CRIJBRANC也3.i。殳(CRICI贏.工Cylindrical. 7CR1C_FRAME_ 1,CylindricaLS (CRIcIjOIN. 1, supptFTTMlanar. 9 (CRIC_SCREW. 1,CRIC_FRAME. 1)Scrum 10 (CRIJSCREW. 1, CRIC_

13、JO工M. 1)實驗圖5-9運動副定義結(jié)果(4)定義驅(qū)動源和機架并定義零件一為固定的機架;定義驅(qū)動來源為零件四螺桿的旋轉(zhuǎn)，且零件四螺桿與機架的軸向位置為定值； (5)分析與運動仿真點擊Analysis Mechanism Analysis ,分析結(jié)果如下，當(dāng)前系統(tǒng)中共有 10個機構(gòu),13區(qū)I一個驅(qū)動源，在驅(qū)動狀態(tài)下的系統(tǒng)自由度為1,可以進行運動仿真(實驗圖5-10)。Ie chani sk An-alysiswneral rrpp«rO «5彳riechuiisii n4me：Plecliaiki sn- can be simulatedVj«chuil 

14、3;11. 1章rl-Himber o£ joints：】Kimhar o£ cofnmvrid：n-Utgms o*fwithqQl coitituidl(E)；1 -Bereta »£ freedciTi with 七。力由aiLa(m):ro-Fixed purt：加 JFWE. 1JVinlE ta snail i sat i on ； Q iqJl . (jffS- Lawai.Joint| Command | TyjieF'irt 1| G-aonntry 1 Part 2| Gi on*try 2 Part 3Rigid. 1KiC

15、ylindrical. 2CylindricalRevolute. 3RevoluteKevolute. 4R電mqIuMCylipdric«l 5Rlhn業(yè) icalPrismatie, 6 Comwd 1 Prisn+tiuCjKlindri 唱社.7Cyl I nb i calCyliridiric«l. £CylindricAlPlsriar. 9PlanarScrew. 10ScrevCEIC=AXIS. FCEIC JDF. 1CEIC_BRAHTK_L.1Solil 1CKECJRAFCHJ1Sol i d. 1CKEC_BRANCK_|i1Soli

16、l 1CEICJOP 1S »1 id. 1CKEC_FRAME 1Solid. 1CBIC_BRAflUK_31Solid. 1CEICJUIF B56idlCRIC_BEAff：K_3 11CHCJRAWI 1yi 位曲*CRIC_UlF 11CRJC_FRAME iLi。之EppportZ-1Li口RECRIC11Frojict. 1zuppwt2 11Lin«, 1CRIC_SCREy IISolid!. 1CRIC FRAME. 1Solid. 1CElU丈 RE£llSolidl. 1CBIC JDI 1Solid. 1MeckiTjizjti -irt33ijp LziEprnatj ujl：PttTl 1Pwt 2F型 t M 1隨后點擊Simulation With Commands城圖標(biāo)，即可實現(xiàn)產(chǎn)品的機構(gòu)的運動仿真 （實驗圖5-11）。五、實驗操作步驟：1 .試分析C形夾（實驗圖5-12）機構(gòu)中零件之間的裝配關(guān)系，分析零件之間的 裝配關(guān)系，定義必要的裝配約束，