基于catia的磨床工作台设计及运动仿真

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1、第1期(总第158期)机械工程与自动化No．12010年2月MECHANICALENGINEERING＆AUTOMAT10NFeb．文章编号：1672—6413(2010)01—0043—03基于CATIA的磨床工作台设计及运动仿真卢强，崔建昆，张源，罗玉华(上海理2r_大学机械工程学院，上海200093)摘要：在CATIA平台上对STwC一5M型五轴联动数控工具磨床的三坐标工作台进行设计分析，建立模型进行虚拟装配，然后对装配模型进行运动仿真分析。为进一步建立整机仿真系统做好了准备，缩短了研发周期，降低了研发成本，提高了设计质量

2、和可靠性。关键词：CATIA；工具磨床；虚拟装配；运动仿真中图分类号：TG580．2：TP391．9文献标识码：A0引言CATIA作为功能强大的计算机辅助绘图软件，近年来，由于航天、造船、汽车、模具制造等行业集设计、分析、制造于一体。本文利用CATIA采用自的发展，遇到许多复杂零件的加工问题，需要复杂的高顶向下(Top—down)的设计方案，设计流程见图2。精度的刀具来解决。本项目是上海市经委组织实施的2008年度上海市重大技术装备首台业绩突破项目，由上海某厂和上海理工大学校企合作，共同研发STWC一5M五轴联动数控工具磨床，本

3、文重点介绍三坐标工作台部分的设计(下文称STWC一5M工作台)。1STWC一5M工作台的设计方法在总结分析STwC一5M的特性、功能及性能要求的基础上，确定采用机、电、液、气联合控制，机床的、y、z伺服驱动电机均选用西门子伺服电机。伺服电机受伺服系统的控制，通过联轴器直驱滚珠丝杆。滚珠丝杆螺母固定在进给工作台上，从而控制进给工作台运动。STWC一5M工作台工作原理图见图1。图2设计流程图以骨架驱动为主要手段的自顶向下设计将设计流程分为3个主要阶段：①骨架模型设计阶段(设计前期验证)；②零部件详细设计阶段(基于骨架的建模)；⑧装配

4、验证与运动仿真阶段(模型装配与DMU干涉检查)。STwC一5M工作台骨架模型见图3。2零部件模型的建立根据设计方案，利用CATIA对STWC一5M三坐l—x电机；2一联轴器；3一z工作台；4-一z电机；5一z联轴器；6一y电机；7一y联轴器；8一x工作台；9一y工作台标工作台零部件进行建模、虚拟装配、运动仿真等操图1STWC一5M工作台工作原理作。收稿日期：2009—05—18；修回日期：2009—09—18作者简介：卢强(1982一)，男，黑龙江绥化人，在读硕士研究生。·44·机械工程与自动化2010年第1期本例中sTwc一5

5、M工作台零部件结构不是很复(4)可以引入其他零件的元素作为本零件的设计杂，所以直接根据其预定尺寸建模即可。在CATIA混基准／参考，这里存在一个关联／不关联的问题。如果合建模式下建立STWC一5M工作台零部件模型，在option中的part选项开启了关联，那么，当作为参STWC-5M工作台部分零部件组件模型见图4。考的原零件被修改时，本次设计零件也会做相应的变化；而开启不关联时，本次的零件将不会改变。(5)做图时应有及时存盘的习惯，使用savemanagement，然后继承目录，这样所有关联路径将是正确的。虚拟装配模型可以使设计

6、人员对未来即将加工出来的产品有一个整体、直观的认识，并为后续的DMU等工作做好准备。STWC-5M工作台总装配图见图5。图3STWC-5M工作台骨架模型图z丝杆组件z向进给组件A轴Z立柱图5STWC一5M工作台总装图组件CATIAV5电子样机装配模拟设计(F1T：CATIADMUFittingSimulator)用来定义、模拟和分析装配过程和拆卸过程，通过模拟维护修理过程的可】，工作台行性(安装／拆卸)来校验原始设计的合理性。FIT可以组件产生拆卸预留空问等信息以便于将来的设计修改，还可以帮助标识和确定装配件的拆卸路径。工作台组

7、件(1)对于相对位置确定且装配结构简单或可当作图4STWC一5M工作台部分零部件组件模型整体的若干构件，可创建成一个Shuttle，Shuttle可以3虚拟装配忽略层级关系，将产品与零件等不同层级的数据合并虚拟装配(VirtualAssembly)是产品数字化定义成一个群组，进行统一查看、移动等操作。中的一个重要环节，在虚拟技术和仿真领域中得到了(2)创建模拟(Simulations)，尤其是创建装配模广泛的应用。通过CATIA装配设计(Assembly拟时，应使用智能目标(Target)命令对零件进行准确Design)单元对其

8、进行虚拟装配。定位。而指南针对零件进行的是自由移动，虽然会显(1)由于该机床结构比较复杂，零部件比较多，在示相对移动值，但还是较难确定准确位置，所以多用使用CATIA装配模块时，可开启*．cgr文件。该文件于创建拆卸模拟时使用。是用在复杂的大型装配中的一个可视化