（机械工程专业论文）基于vericut的数控钢轨精磨机加工仿真.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 随着中国铁路建设的发展，铁路运输朝着高速、安全、舒适的方向迈进，钢 轨作为承载机车车辆运行的媒介，更是在铁路建设中有着举足轻重的作用，高速 铁路的发展，极大的推动了无缝钢轨在高速铁路中的应用。 在无缝钢轨加工的过程中，将标准长度的钢轨焊接成轨道，在焊接接头的地 方，会产生焊瘤，如何高效的处理焊瘤就成为了制约无缝钢轨在高速铁路中应用 的关键。 传统的无缝钢轨焊缝处理手段效率低下，显然无法满足无缝钢轨在高速铁路 建设中的需求。因此急需高自动化的、适用于车间生产的钢轨打磨设备对钢轨焊 接接头进行处理。国内外许多科研机构和机床生产厂家，如上海理工大学附属 二厂、法国的拉伊台克公司和吉斯玛公司等，都对无缝钢轨精磨机进行了研究， 并设计有产品在生产应用。国内的焊轨厂大多采用进口国外的磨削机床对钢轨焊 缝进行处理，而进口设备存在价格高、代价大、操作学习周期长、维修不便和语 言障碍等弊端。 面对国内外钢轨焊缝处理的现状，在导师的指导下，产生了一种新的钢轨焊 缝磨削的方法，提出数控仿形磨削的无缝钢轨焊缝磨削方案，利用数控插补的原 理，以v e 砌c u t 数控仿真软件为平台，建立数控钢轨精磨机机床模型，并根据 加工对象编写数控加工程序g 代码。在磨削加工过程中，磨床的打磨头按照 数控程序编制的轨迹运行，精确磨出形面。最后，应用v e r j c u t 仿真软件的 a u t o - d i f f ( 自动检测) 功能对加工模型的加工质量与设计模型要求的加工质 量进行比较检测，应用v e 砌c u t 仿真软件的o p t i p a m ( 优化) 功能，对编写的 数控加工程序进行优化。 关键词：无缝钢轨；v e r j c u t ；仿真；数控 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t w 油t l l ed e v e l o p m e n to fr a i l 、v a yc o n s n l l c t i o ni nc 1 1 i n a ，t l l er a i l w a yt r a n s p o 眦i o n t o w a r di nt h ed i r e c t i o no fh i g h s p e e d ，s a f e t y ，a n dc o m f o r t t h er a i l i sp l a y i n g 锄 i m p o r t a i l tr o l e 嬲am e d i u mf o rc a r 拶i n gt l l er o l l i n gs t o c k t h ed e v e l o p m e n to ft l l e l l i 曲- s p e e dr a i l w a y ，g r e a t l yp r o m o t e dt 1 1 ec o n t i n u o u s l yw e l d e dr a i l si n 印p l i c a t i o no f m eh i g h s p e e dr a i l w a y w h e nt l l es t a l l ( 1 a r dl e n g mo fr a i li sw e l d e di m or a j l w a yi 1 1t l l ec o u r s eo ft h e c o n t i n u o u s l yw e l d e dr a i l sp r o c e s s i n g ，t l l e r ei so v e r l a pw h i c ha p p e a r si nt 1 1 ew e l d e d j o i m ni sac r i t i c a l t h a tc o n d i t i o n st l l e c o n t i m l o u s l y 。w e l d e d r a i l u s i n g i i lt l l e l l i g h - s p e e dr a i l w a y ，a b o u th o we f r e c t i v et od e a l 州t ht l l eo v e r l 印 t h e 仃a d i t i o n a lm e a i l sa b o u t 也eo v e r l 印o ft l l ec o n t i n u o u s l yw e l d e dr a i la r e i n e 伍c i e n t ，o b v i o u s l y ，t l l ee x i s t i n gc o n t i i l u o u s l yw e l d e dr a i lc a nn o tm e e t 也ed e m a l l d f o r 虹l el l i g h s p e e dr a i l 、v a yc o n s t 九l c t i o n t h e r e f o r e ，t l l e1 1 i g ha u t o m a t i o na n da p p l yt 0 w o r k s h o pp r o d u c t i o nr a i lg r m d i n ge q u i p m e n ti sn e e d e df o rp r o c e s s i n go f t h er a j l w a y w e l d e dj o i n t m a i l yd o m e s t i c 锄df o r e i g i lr e s e a r c hi 1 1 s t i t t l t i o l l sa 1 1 dm a c h i n et o o l m 锄u f a c t u 芏e s ，l i k eu 1 1 i v e r s 时o fs h 锄g h a if o rs c i e n c e 距dt e c l l l l o l o g ys u b o r d i n a t e s h o pi i ， r a i l t e c hi m e m a t i o r 谢f 砌c ec o m p a n y 锄dg e i s m a rf m c ec o m p 锄y t h e yr c s e a r c h e do nm ec o n t i r l u o l l s l yw e l d e dr a i lg r i l l d i n gm a c l l i n e ，a n d 吐坨r e a r e p r o d u c t i o n su s i n gi np r a c t i c e m o s to ft 1 1 ed o m e s t i cr a i l 、) l ，e l d 协gf a c t o 叫i m p o n e d 也e 面n d i n gm a c h i i l et o o la b r o a df o rp r o c e s s i n gt l l eo v e r l 印o ft h ec o n t i n u o u s l yw e l d e d r a i l ，h o w e v e r 廿l e r ea r eh i g hp r i c e ，c o s to fl 锄驾e ，l o n gl e 龇m n gc y c l eo p e m t i o 玛 i i l c o n v e m e n tm a i n t e i 姗c e ，l a j l 母埝g eb 枷e r sa i l ds oo nd i s a d v 觚t a g e sf o rn l e 油p o r t e d m a c l l i n e t h e r ei san e wm e t l l o d 氨叮g r i n d i n g 廿l e0 v e r l a po ft l l er a i l w a y ，f a c i n gt 0t h e d o m e s t i c 锄d 锄舭n a t i o n a ls t a t u sd b o u tt l l eo v e r l a po ft l l er a i l w a yp r o c e s s i tp r o p o s e s t l l e 印p l i c a t i o no ft l l ec o n c e p to ft 1 1 en u m e r i c a lc o n t r o lp r o f i l eg r i n d i n g ，u s i n g n u m e r i c a 】c o n t r o l i n t e q p o l a t i o np r i n c i p l e s 锄dt 1 1 ev e 砌c u tn 岫e r i c a lc o n t r o l s 蛔u l a t i o ns o r w 砌p l a 廿0 衄，m e l l r e f i l l i n gt l l em o d e lo ft l l en 姗e c a lc o n 仃o l m i l w a yg r i n d i n gm a c h j n et o o l ，觚dp r o g r 眦l m i n gt h e g - c o d e a c c o r d i n gt 0m e p r o c e s s i n go 场e c t s i l lt h e 咖n d i n gp r o c e s s ，m e 鲥n d i n g 、) v _ h e e lo ft l l e 班n d i n g m a c m n ea c c o r d a n c e 埘t 1 1m em l m e r i c a lc o n t r 0 1p r o g r 锄t 0m i lt l l et m c k ，觚dp r e c i s e g r i n d - s h 印e ds u r f a c e f i n a l l y c o m p a r et l l e s u r f a c eo ft l l ep r o c e s s i n gm o d e l 、) i ，i t l lt l l e d e s i g nm o d e l ，b yu s i n ga u t o - d i f f ( a u t o m a t i cd e t e c t i o n ) w l l i c hi st l l e 氕m c t i o no f m ev e r i c u ts i m u l a t i o ns o 小v a r e ，锄du s i n go p t i p a m ( o p t i m i z a t i o n ) w m c hi st l l e n m c t i o no ft l l ev e 对c u ts i m u l a t i o ns o 小v a r eo p t i m i z et l l en 啪e r i c 甜c o n t r o l p r o g 瑚- i n k e yw o r d s ：c o n t i i l u o u s l y w e l d e dr a i l ； v e i u c u t ；s i m u l a t i o n ； n u m e r i c a l c o n 仃0 l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题的背景及意义 第1 章绪论 机械，作为人类肢体功能的延伸，越来越广泛的影响人类的生活。而运输类 机械，更是做为人类腿脚功能的延伸，极大的扩展了人类的活动范围，自从人类 文明产生以来，人们就致力于追求高质量高速、安全、舒适的运输方式，人 类的足迹更是通过各种交通工具遍布了地球的大洲、海洋、天空。 铁路运是已知的陆上交通方式中最有效的运输方式之一。铁路上使用的钢轨 是一种极光滑及坚硬的媒介能让列车的车轮在上面以最小的摩擦力滚动，同时保 证乘坐的舒适性。在重视节能环保的今天，铁路运输的优势还体现在它还能节省 能量。从货物运输的角度出发，如果各项指标配置得当，铁路运输可以比路面运 输在运载同一重量的物体时节省五至七成的能量。此外，钢轨还能平均分散列车 的重量，令列车的载重力大大提高。 高速铁路是指通过改造原有线路( 直线化、轨距标准化) ，使营运速率达到 每小时2 0 0 公里以上，或者专门修建新的“高速新线 ，使运营速度达到每小时 2 5 0 公里以上的铁路系统。 高速铁路技术是当代世界铁路的一项重大技术成就，它集中反映了一个国家 在铁路牵引动力、线路结构、运行控制、运输组织和经营管理等方面的现状，也 体现了一个国家科技和工业水平：针对我国国情，发展高速铁路能极大的解决“春 运 一票难求的现状，改善人们的出行条件。高速铁路在经济发达、人口密集的 地区具有突出的经济效益和社会效益，能给周边地区经济注入新的活力。 与公路、航空相比，高速铁路的主要技术优势表现在：( 1 ) 能耗低；( 2 ) 列 车密度高、运量大；( 3 ) 受气候影响不大，全天候运行；( 4 ) 安全可靠：( 5 ) 旅 行时间短，速度快；( 6 ) 环境污染小；( 7 ) 外部运输成本低；( 8 ) 列车运行准点； ( 9 ) 土地占用面积小；( 1 0 ) 高速列车乘坐舒适性好；( 1 1 ) 社会经济效益好等 方面引。 1 1 1 国外高速铁路的发展 世界上第一条铁路于1 8 5 2 年在英国修建，铁路运输相对于当时的主要运输 方式轮船和马车，在速度、运量以及可靠性上呈现出明显的优势，因而迅速 得到了发展和推广，成为各国交通运输的骨干力量，对各国经济的发展做出了重 大贡献。从2 0 世纪初至2 0 世纪5 0 年代，德、法、日等国家先后开展了大量的 有关高速列车的理论研究和试验工作。1 9 5 5 年3 月，法国用2 台电力机车牵引3 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 辆客车试验速度达到了3 3 1 l ( n 1 l l ，创造了当时高速铁路的记录。1 9 6 4 年，世界首 条投入商业运营的高速铁路在日本诞生，运营速度达2 1 0 l l 。2 0 0 7 年4 月3 日，法国创造了轮轨高速铁路试验速度5 7 4 8 m 的世界最新记录。高速铁路技 术在2 0 世纪6 0 年代进入了应用阶段，1 9 6 4 年，日本新干线成功实现了商业运 营，为世界铁路发展树立了典范。1 9 8 1 年，法国建成了最高速度为2 7 0 m l l 的 t g v 东南新干线，它的修建开辟了一条以低造价建设高速铁路的新途径，把高 速铁路的发展推上一个新台阶。在日本、法国修建高速铁路取得成效的基础上， 世界各国掀起了建设高速铁路的高潮，德国、意大利、西班牙等国家相继发展了 不同类型的高速铁路，且列车运行速度不断刷新陋1 。 截止2 0 0 6 年底的数据显示，全世界新建高铁铁路里程已达6 3 9 3 b ，其中日 本新干线2 5 7 2l 【i i l ，法国t g v 2 0 1 9l ( 1 i l ，德国i c e l 0 8 1 ，意大利e t r 7 0 1l ( 1 1 1 ， 西班牙a 、，e 1 3 2 6l ( 1 n ，比利时18 8k m 、荷兰9 6 l 、韩国4 1 2k n l 及中国台湾地区 3 4 5k m ，澳大利亚、美国、俄罗斯等国也已规划或将修建高速铁路。另外，欧洲 还计划把各国高速铁路联网，建成泛欧高速铁路网哺1 。 1 1 2 中国高速铁路的现状 2 0 0 3 年，我国铁道部提出了“推动我国铁路跨越式发展”的总战略。从此， 中国铁路进入了跨越式发展的新时代。“十一五”期间，全国铁路营业里程达 到9 1 万公里，快速客运网总规模达到2 万公里以上。2 0 0 4 年1 月，我国国务院 通过了中长期铁路网规划( 不包括港、澳、台) ，确定了扩大规模、完善结构、 提高质量，快速扩充运输能力，迅速提高装备水平的铁路网发展目标。到2 0 2 0 年，我国铁路营业里程将达到1 2 万公里以上。其中，新建高速铁路将达到1 6 万公里以上；加上其他新建铁路和既有提速线路，形成以“四横四纵”快速客运通 道和环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区三个城际快速客运系统为骨 架，快速客运网将达到5 万公里以上，连接所有省会城市和5 0 万人口以上城市， 覆盖全国9 0 以上人口的铁路快速客运系统。形成功能完善、点线协调的客货运 输网络。同时，主要技术装备达到或接近国际先进水平。 2 0 l o 年1 2 月3 日，在京沪高铁枣庄至蚌埠段进行综合试验的“和谐号 c l m 3 8 0 a 新一代高速动车组试车最高时速达4 8 6 1 公里12 0 1 1 年1 月1 3 日，由 唐车公司自主创新研制的新一代“和谐号”c r h 3 8 0 b l 高速动车组，在京沪高速 铁路先导段运行试验中创造了每小时4 8 7 3 公里的速度，世界铁路运营试验最 高速，再次刷新此前该公司创造的4 8 6 1 公里的世界纪录。中国再度刷新世界 铁路运营速度纪录，演绎了中国的“高铁奇迹”。高速度列车运行的表象下，体现 的是整个国家铁路装备制造能力的提升。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 1 1 3 无缝钢轨在高速铁路中的应用 高速铁路的特点是高速度和高密度，其目标是高安全性和高乘坐舒适性，因 而要求轨道结构必须具备高平顺性和高稳定性。 钢轨作为轨道的重要组成部件，它支承及引导机车车辆的车轮，使列车安全 运营。在轨道上，钢轨是直接承受车轮压力并引导车轮运行方向的。它应当具有 足够的刚硬性和柔韧性。刚硬性是为了承受车轮的强大压力，同时防止轨道过快 的磨损；柔韧性是为了减轻车轮对钢轨的冲击作用。高速铁路具有曲线半径大、 列车运行速度高、列车运行密度高、对轨面平顺性要求高的特点。因此，对钢轨 质量有很高的要求，主要体现在钢质纯净度、钢轨的内在和表面质量、几何尺寸 精度和外观平直度上表1 1 说明世界各国对钢轨的表面质量的要求。 钢轨轨顶断面是构成轮轨相互作用关系的主要方面，是影响高速铁路行车平 稳的主要因素。为与车轮良好匹配，轨顶圆弧要尽量符合车轮表面的尺寸。 表1 1 关于钢轨的表面质量要求( m m ) 缺陷名称法国t g v日本j i s l 0 1欧洲u i c 8 6 0欧洲e n 热伤 0 3 5 o 4 o 3 5 0 3 5 冷伤 0 3 0 4 0 3 0 ，或圆弧为g 0 3 ，r o 时，乃取负值：否 则乃取正值，则有： ，：三c o s 口一办s i n 口 2 ，= 三s i n 口+ 办c o s 口 2 当圆弧为半圆，即1 8 0 0 圆弧时，厅= o ，圆心在弦的中点上，与半径的符号 无关。上述算法不会产生误差。对工件旋转磨床在加工时，因不考虑大于1 8 0 0 的圆弧，上述算法应排除大于18 0 0 圆弧的情况。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 2 页 2 4 本章小结 在本章中，对加工对象的基本组成以及构成元素等情况进行了说明，并对几 种不同形式的仿形磨削加工进行了介绍，进而引出了本文引用的数控仿形磨削加 工的方案。在本章中，还介绍了无缝钢轨焊缝磨削的加工原理数控插补，结 合磨削编程对主要应用的直线插补和圆弧插补的原理和算法进行了简单的解说。 其中，直线插补算法采用的是时间分割法进行了介绍，并分别对切线、割线以及 内接线圆弧插补算法进行了表述。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 3 页 第3 章数控钢轨精磨机模型 v e 砌c u t 是一款针对数控机床的仿真加工软件，它不能直接生成数控程序 g 代码或a p t 代码，但可以模拟g 代码数控程序，包括子程序、宏程序循 环、跳转、变量等；一般的c a m 软件如m 嬲t e r c 锄、u g 等只是模拟刀轨或中 间文件，不能做到包含机床模型、机床控制系统等细节的仿真加工。此外， v e 砌c u t 软件仿真机床加工，并能进行碰撞、干涉检查，保证了机床加工的安 全性，仿真后还能对切削模型尺寸分析，利用a u t o d i f f 功能比较设计模型与 仿真结果，判断是否存在毛坯的“过切”或“欠切 ，还能对切削速度进行优化， 并输出仿真结果模型，以及生成工艺文件报表，这些都是一般c a m 软件所不能 完成的。用r j c u t 模拟数控机床仿真的一般流程如下图2 1 所示： 图2 1v e r l c u t 仿真加工流程图 3 1v e r i c u t 仿真软件结构 同大多数仿真软件一样，机械运动仿真首先需要添加机构模型，在满足一定 规则的情况下，对各个运动部件进行定义，被定义的部件就按照设定的规律运动， 以满足实际生产加工的需求。 在利用v e r j c u t 仿真数控机床的过程中，首先需要定义的是组件部分。 v e 刚c u t 提供了多种类型的组件来描述加工仿真过程中所用的不同功能的实体 模型，包括机床的基础部件，如x 、y 、z 轴，主轴，旋转轴，工作台，毛坯， iililli_ 一 一 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 4 页 夹具，及切削刀具等组件。v e r i c u t 系统默认的组件是没有实际尺寸和形状的 实体，可以通过增加模型到组件从而具有尺寸和形状。组件表现了机床各个运动 部件之间的一种关联性，是v e 砌c u t 数控机床仿真中非常重要的一点，只有对 整个机床各个部件之间的运动关系有了详细的了解，才能定义该类型机床的组 件，而组件关系一旦定义了，机床的各个部件之间的运动关系也就确定了。 机床组件的定义是在软件的项目树里面完成的，v e 砌c u t 项目包含了仿真 项目的所有工序和每个工序的设置信息。一个项目能包含一个和多个工序， v e 刚c u t 从项目树的顶端依次处理活动的工序，一道工序的项目树如图2 2 所 示，这是一个新建项目，它只包含一道工序，也就被默认为是当前工序，显示为 粗体文本，其中很多项都是红色，说明它们没有被定义，每个工序都包含 m a c l l i n e ( 机床) 、c o n 仃o l ( 控制系统) 、f i x n e ( 夹具) 、t b o l i l l g ( 刀具) 、n cp r o 铲锄s ( 数 控程序) 、g c o d eo 低e t ( g 代码设置) 等内容。 融翻p m j e c t bs 哦叩：1 丘c 眦啊蜘 ：c o r ，州 、：扫腑撕 c 参b 甜e 他o 印 ：b 誓艄h 1 0 o ，m ；自励c 砒以o ，田 昏丘1s t o 瞳他o 田 幕d 鹤_ 鲫他o 缈 ：r 一 净c 硼嚼鲫 ，- - n i v 脚赫嘶括 弧c o d 孵日把s 弦t 酬裕 o g - c o 把。舷e 括 明，o a 胁口 舢c 户j r o j 孵嚣 一r cs l 帕门 却e s 古s a d 护劢嚣 图2 2v e r l c u t 一个工位的项目树 3 2 数控钢轨精磨机组件 根据数控钢轨精磨机的工作要求，可以大致抽象出数控钢轨精磨机各个部件 之间的运动关系，并以此来定义数控钢轨精磨机的运动组件。根据数字控制机 床坐标和运动方向的命名( 旭3 0 5 1 - 1 9 8 2 ) 的标准中的规定：机床某一部件运动 的正方向，是增大工件和刀具之间足巨离的方向。并明确了z 轴是与机床主轴轴 线平行的坐标轴，x 轴平行与工件装夹表面，再根据右手定则确定y 轴。针对 数控钢轨精磨机的实际运动情况，确定机床的各个运动轴，并在v e 刚c u t 软件 的视角窗口选择h i s o 视角。 1 、定义z 轴的直线运动组件，右击项目树里面的b a s e ( 床身) 选项，在弹出 如图2 3 所示的的选项框，在选项框里面选择添加zl i n e 州z 线性) ，即定义 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 5 页 了z 轴的直线运动组件。 2 、定义x 轴的直线运动组件，右击项目树的zl i n e a r 选项，在弹出如图2 3 所示的的选项框，在选项框里面选择添加xl i n e a r ( x 线性) ，即定义了x 轴 的直线运动组件。 3 、定义y 轴的直线运动组件，右击xl i n e a r ，在弹出的选项框里面选择添 加yl i n e a r ( y 线性) ，即定义了在x 线性下的y 轴的直线运动组件。 4 、定义c 轴的旋转运动组件，右击yl i n e a r ，在在弹出的选项框里面选择 添加cr o 卿( c 旋转) ，即定义了在y 线性下绕c 轴的旋转运动组件。 5 、定义主轴组件，右击上步定义的cr 0 t 哪，在弹出的选项框里面选择添 加s p i n d l e ( 主轴) ，即定义了在c 旋转运动下的主轴旋转运动组件。 6 、定义刀具组件，右击上步定义的主轴旋转，在弹出的选项框里面选择添 加t 0 0 1 ( 刀具) ，即定义了在主轴旋转运动下的刀具运动组件。 7 、定义平行于z 轴的w 轴运动组件，右击项目树里面的b a s e ( 床身) 选项， 在弹出选项框里选择添加wl i n e a r ( w 线性) ，即定义了w 轴的直线运动组件。 左击项目树里的a t t a c h ( 附属) 项，并将其拖到w 线性选项上，即将附属项添 加到了w 线性下，定义好的附属项，以及整个数控精磨机床的组件关系如图2 4 所示。 菌jp r o i e d s _ n m ：1 一c c 眈 0 0 坩o j 一囊i 抽d m ” ? 竺嚣“0 一， 一一。叩 一、p a s l e “ 回q 一一pr 0 j e c t m ( yd e 啪 、，l j n e a f ：= ：淼鼬”四j ，a 州f _ 皿一一v 墨i 肌 s f ，o “pi ) 愀e ? v i s i b l l 竹 br o i a _ f 1 ，、1 一_ ，。二a d d m 0 a e cr o l a n r 0 t a l e a s s e m b i e i d a n d f _ c h l l ar e r i l jl n e ar c o m p o n e n lt r a n s l a t e vl l “e a w l i n e a r c o m d o n e n 【t v 口e 邑a s e a 2 r 0 a h c o i or 口l 目：e i _ _ _ _ _ _ _ _ _ l _ _ l _ l l _ _ _ _ 日2 r 。，。， v 啪i m _ a c h 。n ev 。州 c 2r o l a n i z e dm 0 a es h a a e a t u r r e l b t u r r e l ct u e f 8 d f n d i e t 0 0 1 0 u i 廿e t o o ic h a i r n a c h o 价er c n cm a c h i n e jc a 扛o ， 一劳m 瓢：t - 话：m o c 一量r f 妇s e 佃oo j 一砀7 他n o ) 一鼋纱yr o o oj 一矽，7 冈o 纠 一目留( j 佃o o ， 一s p m 删em o o ， t o 叫c o o o ) 一鼋多w 佃o d j 一一姗a c h 0 ，0 ，0 ) 一甸f 胁r 0 d 印 一 s f o c 佃0 0 j k d e s ，口仃帕o o j 鲁o o m s l m 幡j ，a v t _ l m t s 强c o 伪曲，l a r cs y s f 甜玎s 吧6 c o d eo 打s e “ 钠7 0 讪，q cp f o 球。a m s ”cs h t ”c 吨| 勺r t e s 二? s a v e di pf l t t s 图2 3z 线性组件定义示意图图2 4 定义完成的机床组件 从定义的组件关系可以看出，数控钢轨精磨机床包含了x 、y 、z 、w 四个 方向上的线性运动，其中，x 、y 、z 方向的线性运动相关联。从定义的组件运 动关系来看，机床在z 轴方向上的运动，会带动x 、y 轴也在z 轴方向上运动， 同理y 轴也会因为x 轴的运动而在x 轴运动方向上产生一个位移。平行与z 轴 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 6 页 的w 运动轴在实际钢轨加工过程中，是一个独立的运动部分，也就是钢轨的传 输，它在实际的钢轨生产线上是一条单独的传输链，为了仿真加工的需要，在这 里添加一个w 线性运动组件，代替钢轨的传输链，并将附件部分安装在w 轴上。 还有一个c 轴的旋转运动，它安装在y 轴上，而主轴则安装在c 轴旋转轴上， 砂轮安装在主轴上，完成磨削作业。 3 3 精磨机运动组件模型 组件定义完成后，根据v e r i c u t 的规定，组件是没有尺寸的，接下来还需 要添加数控钢轨精磨机的实体三维模型，以实现机床的空间运动，由于v e 刚c u t 软件自身的三维实体造型能力有限，只能生成六面体、圆柱、圆锥等几何模型， 以及完成由坐标输入的点构成平面，通过v e 砌c u t 的旋转和扫略功能来生成的 实体模型。此外，v e r j c u t 软件对模型的装配功能是通过空间坐标移动实现的， 难以满足复杂的装配要求。 、 因此这里的数控钢轨精磨机床实体三维模型的尺寸并不一定与真实的机床 尺寸一致，只是大致抽象出实体机床的外形，利用简单的图形进行运动上的说明。 当然，由于v e 刚c u t 具备完善的接口功能，对机床的造型也可以从其他三维造 型功能强大的软件如p r 0 e 、c a t i a 、u i l i g r a p l l i c s 、s o l i d 、o r k s 等三维造型软件 中建模完成后导入砌c u t ，由于具体的机床尺寸相当复杂，结合实际情况， 这里直接采用直接在v e c u t 软件中建模的方法，采用简单的模型结构，在概 念上反映机床的运动规律，同时具体介绍v e r j c u t 数控仿真软件的操作与运用。 3 3 1 精磨机b a s e 模型 1 、在项目树中右击b a s e ( 床身) ，在弹出的对话框里选择a d dm o d e l ( 添加 模型) ，如图2 5 所示，选择添加b l o c k ( 方块) 模型，在项目树下方出现的c o n f i g u r e c o m p o n e n t ( 配置) 对话框里输入第一部分b a s e 方块模型的尺寸，这里定义第一部 分b a s e 模型的l e n g t h ( x ) 、w i d t l l ( y ) 、h e i g h t ( z ) 分别为1 0 0 0 ，5 0 0 ，8 0 0 ，并且为 第一部分b 嬲e 模型选择一种颜色。如图2 5 所示，这样，就建立起了第一部分 b 嬲e 的一个模型，但是它在坐标系中的具体位置还需要设定，选择c o 而g u r e m o d e l ( 配置模型) 里的t r a n s l a t e ( 移动) 选项，出现如图2 7 的对话框，添加设计 好了的第一部分b a s e 模型的位置坐标( 5 0 0 ，7 0 0 ，_ 4 0 0 ) ，并选择定位s h o w l o c a t i o nt 0l o c a lp a r e n t ( 相对上级组件) 选项，这样定义的第一部分b 嬲e 的模型 就移动到了设计的位置。 2 、同样，添加机床b a s e 模型的第二部分，在项目树右击b a s e ，在弹出的 对话框里选择a d dm o d e l ，定义第二部分b a s e 模型的x 、y 、z 分别为l o o ，6 0 0 ， 8 0 0 ，第二部分的b a s e 模型颜色选择为继承，即与前一个b a s e 模型颜色定义为 一致。选择c o i l f i g u r em o d e l 里的移动选项，添加设计好了的第二部分b a s e 模型 的位置坐标为( 5 0 0 ，- 2 6 0 ，- 4 0 0 ) ，并s h o wl o c a t i o nt - 0l o c a lp 2 u r e n t 选项，这 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 7 页 样定义的第二部分b a s e 的模型就移动到了设计的位置。 3 、添加设计的机床第三部分的b a s e 模型，在项目树右击b a s e ，在弹出的 对话框里选择a d dm o d e l ，定义第三部分b a s e 模型的长、宽、高分别为1 0 0 ，6 0 0 ， 8 0 0 ，第三部分的b a s e 模型颜色选择为继承。选择c o n f j g u r em o d e l 里的移动选 项，添加设计好了的第三部分b a s e 模型的位置坐标为( 4 0 0 ，一2 6 0 ，4 0 0 ) ，并 选择s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a r e n t ，这样定义的第三部分b a s e 的模型就移动到 了设定的位置。 4 、添加设计的机床第四部分的b a s e 模型，在项目树右击b a s e ，在弹出的 对话框里选择a d dm o d e l ，定义第四部分b a s e 模型的x 、y 、z 分别为5 0 ，3 0 ， 8 0 0 ，第四部分的b a s e 模型颜色选择为白色。选择c o 瓶g u r em o d e l 里的移动选 项，添加设计好了的第四部分b a s e 模型的位置坐标为( 4 2 5 ，3 4 0 ，4 0 0 ) ，并选 择s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a r e n tj 是项。 ：0 m 口0 n e mt y p e 日a s e ：mr 匝翻- l _ i 篡冀：三? v 3 。“ m 。“1 “。v 。” l 。o ”o o 。s “。o 。 i t y p e 匝盈l v 忑1v j s i b i e l e n g t h 。o10 0 0 w f d l h m5 0 0 h e i g h 国8 0 0 e 0 1 0r 1 3 ：c 朔n v b 1 0 c kf r o mm 0 d e ifl j ee ) ( f e n t b 1 0 c kf r o mn cpr o gr a me x t e n l 0 仃s e l0 图2 5 添加b a s e ( 床身) 模型图2 6b a s e ( 床身) 模型尺寸添加 5 、添加设计的机床第五部分的b a s e 模型，在项目树右击b a s e ，在弹出的 对话框里选择a d dm o d e l ，定义第五部分b a s e 模型的x 、y 、z 分别为5 0 ，3 0 ， 8 0 0 ，第四部分的b a s e 模型颜色选择为继承。选择c o 尚g u r em o d e l 里的移动选 项，添加设计好了的第四部分b a s e 模型的位置坐标为( 4 7 5 ，3 4 0 ，一4 0 0 ) ，并 s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a r e n t 选项。 b a s e 模型添加完成，b a s e 模型部分即为数控钢轨精磨机床的底座部分，b a s e 第四部分和第五部分模型为机床在x 方向上的运动导轨。显然，整个机床模型 b a s e 不与机床实体模型一致，只是机床实体模型的抽象尺寸。完成的机床b a s e 模型如图2 8 所示。 3 3 2 精磨机z 线性模型 机床的z 轴线性运动轴，即为机床在主轴轴线方向上的直线运动。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 8 页 右击项目树z 线性，在弹出的对话框里选择a d dm o d e l ，模型类型为b l o c k ， 定义x 线性模型的尺寸x 、y 、z 分别为1 0 0 0 、2 0 0 、1 0 0 ，并选定一种颜色，再 选择c o n f j g u r em o d e l 里的r o t a t e ( 移动) 选项，添加设计好了的x 线性模型的 位置坐标为( 一5 0 0 ，3 7 0 ，1 0 0 ) ，并选择s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a r e n t 选项。 f r o m000 一一_ 一1m 0 v e t o - 5 0 0 7 6 0 4 0 0 。一 ：s h o wl 0 c a t l o nr e i a t i v et 0p a r e n t ， s h o wl 0 c a t j 0 nr e i a l n ，et 0c s y s p 0 s 0 n 5 0 0 7 6 0 4 0 0 a n g i e s 00o i u n d o i 图2 7 第一部分b a s e ( 床身) 位置定义图2 8 机床b a s e ( 床身) 模型 3 3 3 精磨机x 线性模型 1 、添加x 线性第一部分，右击项目树x 线性，在弹出的对话框里选择a d d m o d e l ，模型类型为b l o c k ，定义y 线性模型的尺寸x 、y 、z 分别为5 0 0 、5 0 、 1 0 0 0 ，选定一种颜色。选择c o n 6 9 u r em o d e l 里的移动选项，添加设计好了的x 线性第一部分模型的位置坐标为( 5 0 ，2 0 0 ，5 0 0 ) ，并选择s h o wl o c a t i o nt ol o c a l p a r e n t 选项，这样定义的x 线性第一部分模型就移动到了设定的位置。 2 、添加x 线性模型的第二部分，右击项目树x 线性，在弹出的对话框里选 择a d dm o d e l ，模型类型为c y l i n d e r ( 圆柱) ，定义x 线性模型c y l i n d e r 的尺寸： h e i 曲t ( 高) 为5 0 0 ，r a d i u s ( 半径) 为2 0 0 ，选定一种颜色，再选择c o n n g u r em o d e l 里的r o t a t e ( 旋转) 选项，使得圆柱绕x + 方向旋转9 0 0 ，再添加第二部分x 线性模 型的位置坐标为( o ，7 2 0 ，2 0 0 ) ，并选择s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a u r e n t 选项。 3 3 4 精磨机y 线性模型和主轴模型 1 、添加y 线性模型的第一部分，右击项目树y 线性，在弹出的对话框里选 择a d dm o d e l ，模型类型为c y l i n d e r ，定义y 线性模型c y l i n d e r 的尺寸：h e i g h t 为3 0 0 ，r a d i u s 为2 0 ，选定一种颜色，再选择c o n f i g u r em o d e l 里的r o t a t e ( 旋转) 选项，使得圆柱绕x 方向旋转9 0 0 ，再添加第一部分y 线性模型的位置坐标为 ( 0 ，2 0 0 ，2 0 0 ) ，并选择s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a r e n t 选项。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 9 页 2 、添加y 线性模型的第三部分，创建y 线性模型的第三部分需要用到 v e r i c u t 的扫略功能。右击项目树y 线性，在弹出的对话框里选择a d dm o d e l ， 选择c r e a t es w e e p ( 创建扫略) ，y 线性模型的第二部分的建模过程如图2 9 所示， 并点击文件另存到工作目录。 p o i md0 图2 9y 线性扫略模型 扫略模型文件保存后，关闭扫略对话框，创建的扫略模型就出现在 m a c h i n e c u ts t o c k ( 机床切削模型) 的窗口，调整扫略模型，点击c o n f i g u r em o d e l 的旋转选项，在角度栏输入9 0 0 ，并单击y + 按钮，再输入扫略模型的位置坐标 值( 2 5 ，2 0 0 ，2 0 0 ) 。 3 、添加主轴模型。扩展y 线性的子栏，右击c 旋转子栏下的s p i n d l e ( 主 轴) ，选择添加模型，模型类型为圆柱，定义圆柱的尺寸h e i 曲t 为1 7 0 ，r a d i u s 为2 0 ，并选定一种颜色。选择c o n f i ；u r em o d e l 里的移动选项，添加设计好了的 s p i n d l e ( 主轴) 模型的位置坐标为( o ，3 5 ，1 1 5 ) ，这样旋转主轴就定义完成了。 3 3 5 精磨机w 线性模型 w 线性模型为平行于z 轴线性的运动部件，可以完成平行于z 轴的直线运 动，毛坯和夹具等附件安装在w 线性模型上。 右击w 线性，在弹出的对话框选择选择a d dm o d e l ，模型类型为b l o c k ，定 义w 线性模型的尺寸x 、y 、z 分别为7 0 0 、5 0 、1 0 0 0 ，选定一种颜色。选择 c o 尚g u r em o d e l 里的移动选项，添加设计好了的w 线性模型的位置坐标为( 3 5 0 ， 2 6 0 ，5 0 0 ) ，并选择s h o wl o c a t i o nt ol o c a lp a r e n t 选项，这样定义的w 线性第 一部分模型就移动到了设定的位置。 数控钢轨精磨机床的主体模型添加完成，如图2 1 0 所示， 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 0 页 图2 1 0 运动结构完整的机床模型 3 4 精磨机毛坯和夹具模型 机床的运动组件添加完成后，接下来定义机床的毛坯和夹具。数控钢轨精磨 机是对钢轨焊缝接头部分进行处