加工中心换刀机构的建模及仿真

1、加工中心换刀机构的建模及仿真摘 要：近年来，随着科学技术的发展，加工中心也在不断地更新换代，降低加工时 间，提高工作效率，使零件加工过程更加快捷，方便，同时也为企业带来了更多的利 润。加工中心带有刀盘和自动换刀装置，以及全数字编程系统，各类刀具的集合使得 加工中心远远领先于数控车床和数控铳床等其他数控机床。木论文通过使用pro/e这种三维建模软件来对南京巨森mces-lmh这款四合一加 工中心的换刀机构各部件进行建模及仿真，在建模过程中更加熟练的运用pro/e这门 软件，更重要的是使学牛更加直观清晰的了解加工中心换刀机构的运动方式。关键词：加工中心，换刀机构，pro/e,建模，仿真modeli

2、ng and simulation machining center tool changerequipmentabstract订n recent years, with the development of science and technology, machining centers are constantly upgrading, reduce the time of processing and improve the efficiency, and make the process of parts faster and more convenient, in the same

3、 time, bring more profits for the company. machining center with cutter automatic tool changer, and an all-digital programming system, the collection of various types of knives makes that machining centers are far ahead of other cnc machine tools, like cnc lathes and cnc milling machines.in this pap

4、erjt uses pro/e that make of three-dimensional modeling software to model and simulate various components of nanjing jusen mceslmh which is four machining centers atc agencies.by the modeling process,making students more skilled use of the pro/esoftware,and it is more important to enable students to

5、 bemore intuitive and clear to understand the movement of the machining center blade mechanism.keywords: machining center, tool changer equipment,pro/e, modeling,simulation1绪论111现代数字化制造业的发展11.2 加工中心的应用及特点11.3加工中心换刀机构国内外的发展现状21.4木论文的研究工作32 对加工中心整体的介绍说明42.1对加工中心种类及结构的了解42.1.1 加工中心的分类42.1.2加工中心结构的特点42.

6、2加工中心的组成52.3 加工中心的刀库种类及其换刀形式63三维实体建模技术及软件的了解93.1实体建模的发展93.2 pro/e三维实体建模104 加工中心换刀机构的建模124.1换刀机构的零部件建模124.2 换刀机构的装配过程224.3换刀机构的运动仿真265结论281.论文总结285.2 问题及展望28参考文献29致谢301绪论1.1现代数字化制造业的发展现代数字化制造技术就是为了满足制造业提高生产率的需求而发展起来的。它主 要由三大部分组成，分别是数控量仪、数控机床和数控刀具。这三个子系统既独立发 展，乂互相促进、相辅相成，大大地改善了劳动力的应用，提高了劳动生产率。目前, 我国的制

7、造业总产值高居批界榜首。目前我国数字化制造业发展呈现以下趋势：1.由2d向3d转变，形成以基于模型的定义/基于模型的作业指导书为核心的设 计与制造；2.趋于数字化的维修与装配；3.数字化车间与数字化工厂，这是数字化制 造技术在车间和和工厂集成应用和高效运营的全新生产模式，为可重构制造及元化制 造等先进制造模式提供辅助工具。1.2加工中心的应用及特点(1) 数控加工中心相较于其他数控车床的不同点，也是其最大的创新在于它加 入了刀库以及自动换刀机构的装置。首台加工中心在数控铳床的基础上增添了自动换 刀机构的装置，从而在一台机床上同时实现了铳，钻，锤，较和攻丝等多工序的集中 组合加工。随着工业的快速

8、发展，制造业中在保证产品质量的前提下，企业为得到最大化的 利益，数控加工中心成为牛产中不可缺少的设备，在多工序加工的过程中，会进行频繁 的换刀过程的处理。加工中心为提高加工效率，降低加工时间，因此，自动换刀机构 的装置在加工过程中的作用变得越来越重要。伴随着市场对于加工中心的需求从大规 模到了小批小量以及更加精准，更加高效率的转变，我们也应该从更大程度上去提高 加工中心换刀机构装置的牛产效率和它的加工精度。自动换刀的功能为数控加工中心 基木功能之一。在加工中心中，该功能的实现依靠自动换刀机构装置。在数控加工中心上，自动换刀机构的投资往往可以占到整机的30 %到50%。因此,用户应十分重 视它的

9、工作质量及刀库容量，自动换刀机构的工作质量集中表现在故障率和换刀时间 两个方面。经验和研究表明，数控加工中心的故障中有50 %以上和自动换刀机构有关。 因此,选用可靠性高和结构简单的自动换刀机构，可以提高整个加工中心的性价比。（2）数控加工中心是在数控铳床的基础上逐渐演变而来，相对于数控铳床，数 控加工中心迈出了很大的一步，不仅仅局限于对零部件的铳削功能，更在木身基础上 增加了刀库和自动换刀机构。刀库里装有不同用途的各式刀具，可以使零部件在一次 装夹的过程中就完成了所有的工序，大大提高了加工中心的加工效率，缩短了加工时 间，使得企业能够在规定的时间内完成更多产品的加工，促进了工业的急速发展，使

10、 无人化车间得到了更快发展。数控加工中心适用于一些零件形状较为复杂、精确度要 求比较高还有产品更换十分频繁的中批小批量的牛产。加工中心相较于其他车床和铳床，有以下优点：（1）工件易装夹，可以用一些常用的装夹工件，j4工件的装夹定位十分方便；（2）冷却条件容易建立，冷却液能够直接到达刀具及加工表面；（3）坐标系x、y、z三个坐标轴和笛卡儿坐标系完全吻合，感觉肓观和图纸视 角一致；（4）结构一般为单柱式，它与相对应的卧式加工中心相比，占地面积较小，结 构简单，价格低廉。1.3加工中心换刀机构i内外的发展现状工业发达国家于二十世纪70年代开始对加工中心自动换刀装置进行研究，并获得 了迅速发展。目前德

11、国、日本、奥地利、意大利、韩国等国家，高端的数控加工中心 上都已成功应用安装了自动换刀装置。例如德国某公司生产的数控加工中心，采用可 以换位的转塔刀库，使换刀时间等于换位和进给时间，并带有冋转刀具的交换系统与 可交换托盘。德国公司生产的加工中心，都是机械手换刀，刀具布置于主轴周围并随 同主轴一起移动，同时每把刀具都配有成套的换刀机械手，其刀对刀和换刀吋间仅需 要 0.5s。我国对于加工中心研究起步较晚，因此对于自动换刀的研究也较为落后。用于多 凸轮联动鼓轮式换刀机构的研制成功，为我国的自动换刀装置翻开薪新的一页，由于 其迅速可靠，结构简单，受到了国内外广大用户的好评。从上世纪八十年代起，北京

12、机床研究所、沈阳机床集团、大连机床集团等，对自动换刀机构开展了研究。如大连 机床集团所研发的自动换刀机构刀对刀最短的换刀时间己缩短至2s以内。发展做为工作主机的数控机床行业是发展设备制造业的关键。产品质量的好坏是 市场中竞争的关键，那么稳定性与可靠性则是它最重要的竞争。稳定性与可靠性两方 面是我国设备在市场竞争中的薄弱环节，当前依旧是困扰市场占有率主要的问题之 一。因此分析机床稳定性与可靠性的现状，开发高效的稳定性和可靠性增长所需的实 用技术，减少与进口产品可靠性、稳定性的差距，己成为推进我国机械制造业发展的 最总要环节。总结国内外的自动换刀装置特点，国产自动换刀机构与国外同类的先进产品相 比

13、，在技术上有着明显的差距，主要表现在：换刀速度v的主要指标切削到切削、刀 到刀以及切屑到切屑的换刀时间与同时期的外国先进水平有着明显差距；机械手及刀 库的定位精度以及精度保持性能较差，还需进一步的优化；自动换刀机构的可靠性作 为一个衡量自动换刀机构是否先进的关键指标，还需要有明显提高和优化；相对于国 外的产品，国内自动换刀机构相关的机械设计制造及加工的工艺较为薄弱，限制了自 动换刀机构的创新与发展。总之，我国自动换刀机构正处于追赶外国先进水平的阶段，这需要针对我国自动 换刀机构的缺点和不足，同时联合相关专业的厂家和专家学者对一些关键技术进行攻 关研究，从而提高国产自动换刀机构的整体技术水平。1

14、.4本论文的研究工作本论文通过使用pro/e这种三维建模软件来对南京巨森mces-lmh这款四合一 加工中心的换刀机构各部件进行建模及仿真，在建模过程中更加熟练的运用pro/e这 门软件，更重要的是使学生更加直观清晰的了解加工中心换刀机构的运动方式以及工 作原理。采用pro/e软件，以加工中心换刀机构零部件三维实体模型为基础，完成换刀机 构三维实体装配，通过定义刚体、机架、运动副和运动等实现换刀机械手的三维机构 建模，对换刀机构的换刀动作进行运动仿真，缩短换刀换刀运动时间。2对加工中心整体的介绍说明2.1对加工中心种类及结构的了解2.1.1加工中心的分类加工屮心常常按照主轴所在空间相处的形态分

15、为卧式加工屮心和立式加工屮心， 加工屮心的主轴换刀处在机床处于垂直状态形态的称做立式加工屮心，同理，主轴在 机床处于水平状态形态的称做卧式加工屮心。主轴能够垂直和水平相互转换的，称做 五面加工屮心（立卧式加工中心），也被称为复合加工屮心。按加工屮心的立柱数量 可分为；单柱式与双柱式（龙门式）。按照加工屮心同时控制的坐标数和运动坐标数可以分为：三轴二联动、三轴三联 动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工屮心所拥有的运 动坐标数，而联动指的是控制系统能够同时控制运动的坐标数，从而來实现刀具相对 于工件所处的位置与速度控制。按工作台的功能和数量可以分为：双工作台、单工作台，和多

16、工作台加工屮心。2.1.2加工中心结构的特点（1）数控机床具有高刚度、强抗振性。为了达到加工中心自动化高、速度高、 精度高、可靠性高的要求，那么加工中心的动刚度、静刚度和及系统的阻尼比n都应 该高于普通的机床（机床的静刚度:机床在静态力的作用下表现的刚度;机床的动刚度: 机床在动态力的作用下表现的刚度）。（2）机床传动系统的结构十分简单，高传递精度，高速度。伺服电机可驱动加 工中心的传动装置，省去了齿轮传动的机构，传递精度十分高，速度十分快。（3）主轴系统结构简单，无齿轮箱变速系统（其中特殊的也只可以保留12级的 齿轮传动），并可进行无级调速。目前数控加工中心超过95%的主轴传动都是采用的 交

17、流主轴伺服系统，它的速度可以从1020000r / min无级变速。一般来讲，驱动主 轴伺服电机的功率都很大，是普通机床的1至2倍，由于采用的是交流伺服系统，输 出与实际消耗保持同步，不存在那种浪费电力的情况，所以其工作效率十分高。因此, 从节能的角度来看，加工中心也是一种节能型的设备；（4）加工中心在连接件间的导轨都是运用了新型构和耐磨损材料，能长时间的 保证导轨的精度，与导轨配合面是用聚四氟乙烯贴层来间隔。这样处理有以下优点：a减振消声；b.耐磨性好；c.摩擦系数小；d.工艺性好。因此加工中心拥有的 精度寿命要高于一般的机床；（5）有换刀机构和刀库。这两个方面是加工中心与数控锤床和数控铳床

18、最主要 的主要区别，大大提升了加工中心的功能及其自动化加工的能力。刀库容量相差也较 大，少的只有几把，多的可以达到几百把。这些刀具可以通过换刀装置来达到自动调 用和更换，也可以通过数控系统管理刀具的寿命；（6）有全面的控制系统功能。它不但可以控制刀具自动加工的进行，还可以控 制和管理刀库，从而实现刀具的自动交换。在控制系统的快速发展中，它的智能化也 越来越高。在线检测这一功能也可以在加工过程中实现，对于检测出的偏差系统可以 进行自动修正，确保第一件工件能够加工一次成功，使得废品率降低。2.2加工中心的组成加工中心的结构由两大部分组成：1 主机部分；2控制部分。加工中心的主机主要体现为由机械结构

19、组成的部分，主要包括包括：床身、工作 台、主轴箱、底座、横梁、立柱、进给机构、换刀机构、刀库、辅助系统（辅助系统有 三部分：润滑、气液、冷却）等。加工中心的控制部分由两方面组成：1 软件部分；2.便件部分。软件部分：控制 程序和系统程序。硬件部分：1 可编程序控制器k简写为plc3； 2.数字控制装置k简 写为cnc3； 3.主轴驱动装置；4.输出输入设备；5显示装置。根据主体来划分，由以下的几大部分组成加工中心：基础部件工作台、床身、立柱三个部件组成了基础部件，它是 加工中心的基本结构。这三个部分在工作中要承受静载荷，也 得要承受在切削加工过程中做产生的动载荷。因此，数控加工 中心这三个部分

20、，必须要有高刚度，材质又铸造而成。主轴部件主轴电动机、主轴箱、主轴轴承和主轴等几大部件组成了 加工中心的主轴部件。主轴的作用是加工中心在切削加工过程 中的功率输出；它的定位准确性和旋转精度，很大程度上可以 影响在加工中的加工精度。数控系统可编程序控制器、cnc装置、面板操作系统以及伺服驱 动系统等四部分组成了数控系统，这是执行加工过程和顺序控 制动作的中心。cnc是对位置进行控制的系统，控制过程包 括了进行插补运算，对数据处理，从而来获得理想状态下的运 动轨迹，将信息输出给了执行部件，最后加工出要求的工件。自动换刀系统机械手、刀库等部件组成了换刀系统。更换刀具的时候， 由数控系统根据所需要的命

21、令发出指令，机械手起到了交换刀 具的作用，从刀库中选择合适的刀插入主轴孔，其次将主轴上 的刀具取下，重新放回刀库，最后整个换刀过程结束。辅助装置冷却，润滑，防护，排屑，气动，渡压和检测系统几个部 分组成加工中心的辅助装备。切削运动不需要上述的部分育接 参与，但他们却是在加工过程中不可或缺的。确保加工效率、 可靠性和加工精度能够达到要求。2.3加工中心的刀库种类及其换刀形式换刀机构和刀库两部分组成了数控加工中心的自动换刀装置。存放刀的刀库有很 多样式，我们一般常见的有盘式刀库和链式刀库这两类（如图2.1和2.2）o相较于盘 式刀库，链式刀库存放刀具的有较大的容量。2.1盘式刀库2.2琏式刀库在刀

22、具交换的过程中，一般采用机械手；而没有机械手，由主轴肓接使刀与刀库 接触，完成交换刀具的装置，被称为无臂换刀装置(木论文在设计过程中采用的即为 无臂换刀装置)。刀库也可分为圆盘式刀库以及机械手式刀库，特点如下：1、圆盘式刀库圆盘式刀库中的每柄刀都有自己相对的位置，也就是说每个刀位都有固定的号 码，从一号编到n号(n为刀库容量)，被称为刀号的地址。换刀过程中将刀具放入某 一刀位后，无论该刀具更换多少次，总是在该刀位内。其特点如下：(1) 较低的制造成木。刀库中我们需要保证刀库体以及分度盘的加工精度达到要 求即可，刀库的分度一般均采用的是“马氏机构”，这种结构很经典，刀库移动的动 力首选气缸。装配

23、调整的过程中十分方便，维护比较简单。因此对于一般机床的制造 商都可以自己制作。(2) 每次加工中心开启以后，刀库必须返回原点，即“回零”，刀库在转动过程中, 只要挡板靠近了开关，数控系统就会将选取的刀默认为1号。以此为基准，“马氏机 构”旋转的次数即为选取的刀号数。在机床工作的状态下，现使用的刀就会被记忆。 刀具更换时，均按照离自己最近的刀号旋转，例如：刀库中容量是18,现在刀库位置 为8,要换到10号位置，那么，按照最近距离换刀原则，刀库为顺时针旋转。如要换 6号位置，刀库是逆时针旋转。在加工中心关闭俺，刀具原有的记忆清零。(3) 圆盘式刀库的换刀时间与国外相比时间较长，国内换刀时间一般为8

24、秒以上。(4) 圆盘式刀库容量受到其直径限制，一般40号刀柄的低于25把，50号刀柄的 低于21把，因此，有些大型龙门机床则将圆盘刀库转变为链式刀库，容量可达60把。2、机械手刀库机械手刀库换刀，顾名思义即随机地址的换刀。刀库没有编号，这种刀库最大的 优点是换刀快，节约时间，位置可靠。特点如下：(1) 制造成木相比于圆盘式刀库较高。刀库由多个刀套链式组成，凸轮控制了机 械手换刀中的步骤，对于零件加工步骤繁琐。在装配调试的过程中也十分复杂，因此, 对于机械手刀库的制作均由专业的厂家来制作。(2) 对刀号计数的原则。同固定地址选刀，将基准定位在1号位置。这个1号位 置不是程序中的tl(l号刀)，而

25、是1号刀套。系统中的刀具表有两栏内容。一是上述 的刀套号，另外的则是对应上述刀套号的程序刀号，即tno例如：现在编写一个五把 刀的程序，刀具的基准，起始是1号刀套，装t1, 2号刀套中装t2,当主轴上1号 刀在加工的时候，2号刀已经准备完毕，换刀动作结束后，饿时候1号刀换进2号刀 套,3号刀加工时，2号刀对应装在3号里。综上，tn刀具安装在t (n+1)的刀套里。 与圆盘式刀库最大的区别是，数控系统在加工中心关机后不“回零”，它对刀具号和 刀套号永久记忆，那必须在刀具表中强行修改每一个刀套号所对应的刀具号才可以 “回零”。(3) 机械手换刀所需要的时间为4秒，大大缩短了换刀时间。(4) 刀库容

26、量大,一般有：18、20、30、40、60等。(5) 凸轮箱需在固定时间内更换可以冷却、润滑的齿轮油。加工中心以刀库式自动换刀为主。自动换刀系统有两部分：刀库以及换刀机构。 它是加工中心使用最广泛的一种换刀方法。换刀动作复杂，首先将全部道具安装在固定的刀柄上，对其尺寸进行预调整，按 照固定的方法装入刀库，换刀时系统刀库中按照程序选刀，通过换刀机构从刀库和主 轴的固定位置上取出对应的刀具。在换刀动作完成以后，主轴将新的刀具从换刀机构 上取下，将上一柄刀具放入刀库中应在的位置。加工中心在自动换刀过程中，在刀库与主轴间起到装卸和传递刀具的装置被称作 自动换刀机构。有两种方式如下：(1) 无机械手换刀

27、。换刀过程中，须将上一柄刀送回至刀库，随后从刀库中取出下 一个动作所要用到的刀具，由于两个动作不能再同一时间进行，所需时间比较长。(木 论文设计中采用的为无机械手换刀机构)(2) 机械手换刀。这种换刀方式应用得十分广泛，由于机械手换刀动作灵活性高， 因此减少了换刀时间，提高了工作效率。3三维实体建模技术及软件的了解3.1实体建模的发展三维实体建模技术，通过计算机能够识别的形式，对实物加以定义描述，再以特定 的数学形式对计算机定义的实物进行描述，在计算机内构建出实物模型（简称计算机 建模）。这是机械设计重要的辅助技术。在1960年后，三维实体建模这一全新的理念出现在热衷于机械的人们面前，然 而由

28、于理论和技术的差距，使得技术发展缓慢。在1970年以后，在建模界出现了一 种十分简便，而且容易掌握的系统，这种系统就是cad/cam系统，它可以用来对三 维实体模型建模，这也使得三维建模技术不仅仅在理论上，同时在应用和算法上有了 很大的进步；这门技术经过了 40年的沉淀，到了今天，实体建模技术的使用更加成 熟。这门技术经过了 4次重大的改革，首先是60年代末所创建出来的“线框模型”； 其次是80年代由美国科学家得到的“实体造型系统”；随后是80年代中期成熟的”特 征参数技术s最后一次是90年代的”变量化技术覽这次技术的大改革可以分为两个 阶段：第一是1973年英国布雷德提出通过六种体素来对机械

29、零部件进行设计的思想, 和80年代初期requlcha两篇关于三维实体建模的论文，这10年的进步，为三维实体 建模技术在日后的改革中奠定了牢固的根基，所以这段时期是主要时期。第二阶段则 是从1983年到1992年，这第二个十年是这一技术的飞速发展，同时在工程中被加以 运用的时期，在这十年期间，requlcha撰写了第二篇关于三维建模的综述性文章。正 则集这一重要的理论也在三维建模中初次出现，随后在这一研究的方向上乂向着非正 则集另外一种理论进行拓展，这一新理论用来求解非流形实体。rossignac将cgs这 一重要的理论进行拓展，构造性非正则儿何理论也随着cgs的托宽发展起来。在儿 何造型中，

30、例如流形、复形等拓扑理论均可以用来采用。今天，无论是国内，还是在 国外，cad/cam这个领域中用于实体建模软件的规模越来越壮大。实体建模不只是 局限于平面，同时在自由型曲面、二次曲面及裁剪曲面中也得到了广泛的应用。三维建模方法是在处理数据基础上建立实体模型的表述。由于存储方式存在的不 同，三维建模可以分为三个部分：“三维表面建模”、“三维线框建模”和“三维实体 建模”。三维表面模型：首先构架线框模型的数据，完善与模型的每个面有关的数据; 三维线框模型：将棱线，交线和轮廓线等可以表述实体特征的线条作为形状参数对实 物进行建模；线框建模数据简单易操作，建模过程中使用的时间较短；三维实体模型:(这

31、种实体建模的手段又称“边界表示法”，通过明确定义点、线、面之间的具体关 系以及实体在各个面上有哪些具体信息的方法)在拥有表面模型的条件下，通过增减 实物在每一个表面上的信息来构建模型。根据建模技术的进步中总结，在计算机辅助技术进展中，发展的根木动力可以让 具有精准和灵活的产品信息来促进。在这一技术中，三个十分重要的部分分别是：三 维线框建模、二维平面制图和三维表面建模。使得描述产品的技术向着更高的层次去 发展，去进步。三维建模与二维绘图相比，有着很大的不同。二维绘图仅仅是在平面 上去完成，但三维建模却是在立体的空间中去构建，新创建的实体拥有长、宽、高三 个不同的方向及尺寸。三维实体建模能够在构

32、建过程中使实体的各种尺寸信息得到充 分的展示，同时它的其他信息，比如转动惯量、质量也能够得到全方位的体现；具体 操作的过程中，实体也和操作人员平时积攒的经验相一致，体现了三维建模软件的优 越性。在三维建模的过程中，首先要确定的是工作空间的坐标系，不仅仅是原点，还有 基准平面和坐标轴。实体的扫描轨迹或特征截面在草绘平面里面可以得到，旋转、拉 伸、扫描二维特征截面等，然后根据截面特征去确定指令所达到的一些标准，最后生 成基木的一些三维模型。构建三维模型必须要有实体的基木特征，遇到复杂的三维模 型可以通过不同的指令来按照设计要求进行组合装配以达到模型所需要的标准。3.2 pro/e三维实体建模pro

33、/engineer是世界上第一个使用参数化的绘图建模软件，刚刚起步它的基于 特征的设计、尺寸驱动就得到了广大用户的青睐。到如今，它在三维造型软件的领域 里仍让留有垂要的地位。pro/e是目前国际上功能强大、使用最为广泛的建模仿真软 件。pro/e的主要特征如下：(1)单一数据库。pn)/e在同一个基层上的数据中加以应用，三维实体模型可以直 接产生二维工程图，而口图中自动标注，无需重复标注，在修改一处的尺寸同吋，另 一处也会自动更改。同时，制造、组合等相关联的零件图形中的尺寸也会随之改变。 换言之，整个图形中的尺寸环环相扣，每个都会对相关的尺寸产牛干涉。(2) 参数化建模。在设计过程中，运用智能

34、化去构建模型，例如孔、拉伸、旋转、 开槽及倒角等。同时根据需要来插入、删除、重新定义等步骤也不会影响整体。这些 独特的特征都可以运用刀组合，装配的过程中去。通过选取的特征来限制它的几何尺 寸，还有一些非几何属性，通过修改参数，实现产品的进一步开发。(3) 模块齐全方便。这一软件几乎涉及了所有工程中需要的模块，同时pro/e这么 软件入手简单，操作容易。工作人员可以在这一个软件中完成所有的产品开发。4加工中心换刀机构的建模4.1换刀机构的零部件建模1.对于刀库的构建首先，双击打开pro/e软件因，在软件右上方找到新建指令的图标口 ,单击它, 出现如图4的界面，选择构建类型为零件° 口零

35、件，并且改名为“刀库”。取消 使用缺省模板叵使用缺省模板,单击确认，出现如图4的界面，在出现的模板中选 择标准模板，使得我们的后面的操作在标准模板下进行。下一步，开始进行刀库的建模。翹*0 0 9ft:百制造:囤鋼6 粧i订魅布局-也标记itoool夏合oft:主体线束2emsj)art_$olidmodeled by空inlbsj>arwcad公用名和躍w图4.1新建页面复制相关绘图图4.2缺省页面在“插入”的菜单下.彳先取“粉伸”梧今.也可以祚软件右侧.单击“特伸”指 令的图标血，随后出现回口回 195.13 %刃匚这一工作栏，单击图标“放置”按钮，出现选取个项目i定义丨这一界面，单

36、击“定义”，选择“front”、“top”、“right”中的任意一个基准面， 随即“草绘”按钮变亮，单击“草绘”按钮，进入草绘界面，如图4.1。在草绘界面中做出如图4.1所示的图形（内径为550的圆形），单击对勾,完成草绘。图4.3草绘界面图4.4草绘圆形编辑零件的厚度：10mm。选择它的深度方式为贯穿，即廿对称二得到了刀库圆盘的基础底面，如图4.5。图4.5基盘（1）下一步，通过“拉伸”指令在圆盘表面做出如图4.6所示的图面。接着，我图4.6基盘底座们开始做圆盘上所出现的与刀具对应的刀口。单击“拉伸”指令，点击选择切除材料 的按钮力，接下来的步骤与上述做圆盘的步骤相同，选择的切除基面为圆盘

37、的“front”面，如图4.7所示。进入草绘界面，首先右击出现“参照”按钮，点击出现选取参照的界面，将光标移动到圆盘边上，会显示出圆盘的外轮廓，单击之，则圆 盘外轮廓成为了草绘中可以参考的参照面。经过测量得知选取的刀具刀柄肓径为50,因此，单击绘圆指令° ,在上述圆盘外轮廓上，单击出现圆形图案，将尺寸定 位直径为50的圆，如图4.8,单击对勾，完成草绘，将尺寸深度定为贯穿，使得切除图4.8刀盘缺口到底。完成以后，选择严拉伸切除的部分，在“编辑”的下拉菜单中单击阵列，或 者是点击“阵列”指令型!，出现阵列设置界面，单击阵列方式,选择根据“轴”阵 列，点击选取圆盘轴线作为旋转轴，出现人5

38、45 00虫这个界面，在南京巨森的加工中心刀库容量是8柄刀，因此，旋转间隔是45。,单击对 勾，得到了如图4.9所示的零件。图4.9阵列（3）根据实体的加工中心刀库样式，通过“拉仲”、“拉仲切除”的步骤，得到 一个缺口，点击“阵列”指令，同上述截面相平刀盘轴线作为旋转轴，平均分 出&个缺口，将得到如图4.10的模型，图中缺口的半径需要与刀具刀柄相匹配, 因此，缺口直径为50.图4.10阵列口根据刀盘与电动机的配合，在推动刀盘转动的过程中需要一个接口，通过计算得 到其尺寸。选择图4.10中的深色平面为基准面，点击“拉伸”指令，并且按下“切除” 按钮，在草绘界面画出所需要的截面，深度与上图

39、中缺口相同。选取新生成的截面， 点击“阵列”指令，同上述截面相同，选取刀盘轴线作为旋转轴，平均分出8个缺口 最终得到了如图4.11的模型。图4.11完整刀盘2.对于转动件的构建转动件是驱动刀盘转动的一个零件，它与电动机将刀盘和气缸连接在了一起，使 得刀盘可以360。旋转，同时电动机给了刀盘动力，通过连接件进行驱动。根据测量以 及大量的计算，我们得到了转动件的尺寸。下面，开始对转动件进行建模。首先,点击“拉伸”指令止，在“top”基准平面上单击，进入草绘界面，做出 连接件的基础图形，如图4.12所示，然后点击完成。接下来设置连接件的厚度为10.图4.12转动件草绘选取转动件的屮心，以转动件的表面

40、作为基准平面，在草绘界面中画出一个直径 为20的圆，通过“拉伸”指令，深度为25的圆柱体，作为电动机连接的部位。在转动件的上，点击“拉伸”指令，进入草绘界面，做出如图4卿图形。该环形 图形与以组成-个育径为50的圆，充分配合；该圆形与f可以完全配合。图4.13拉伸体将图4.13进行拉伸，深度为40,作为与刀盘接触的部位，如图4.14.图4.13完整拉伸体3 .对于气缸支架的构建气缸为刀库的左右提供了动力，而气缸支架则是将气缸与刀库连接在了一起，气缸支架的构建相对来讲比较容易，倒也需要一些尺寸的约束。下面，则是对于气缸支架的建模过程；（1）首先，通过“拉伸”指令来对支架的主体进行构建，选择“to

41、p”面为基 准平面，进入草绘界面，根据与刀盘的配合，做出如图4.14的草绘图形，选择确定完 成后，设定其深度为120o图4.14草绘支架（2）其次，在仲出端的截面上进行“拉仲”，得到了支架滑动曲面两侧的平板， 我们选取两侧板的上下平分的中心，选择一个新的指令“旋转”进入草绘界面。在旋转草绘中，做出所需形状截面的一半，形成一个封闭的图形，点击完成，出现了 如图4.15所示的模型，在孔中可以穿过移动杆，使得气缸支架带动刀库左右移动。图4.15支架基体（3）经过测量，在支板后方与气缸相连的杠及突出的部位，需要用到“拉伸” 和“旋转”两个指令。在这两个指令进行前，尋要对他们所在的平面进行基准平面的 构

42、建。首先，单击构建基准平面的按钮 门i ,选取整体的“top”基准，并且 向右侧移动，直到该基准面与圆弧相切，如图4.16点击确定，出现新的基准面。在新基准上进行下一步的操作。得到的杆长也应该与气缸是间隙配合，使杆和气缸的缸体 能够有间隙，便于组装和符合杆的移动。图4.16构建基准面（4）单击倒圆角的指令 祁 ，在零件屮需要倒圆角的线框上点击，随即出 现一条红色的线，同时，也可以选择倒角的半径岡存 応-。最终气缸支架的模型构建成功，如图4.17.图4.17完整支架4.对于气缸的构建对于气缸的构建，首先要符合它与气缸支架的匹配性，在装配过程中也要注意和 互的尺寸是否对应。其次是气缸缸体与支架的接

43、触位置，应该有相应的螺纹，螺母去 匹配。第一步，是对整体的构建。使用“拉伸”指令，根据计算得到的尺寸，在草绘 图中做出其大体的模型，如图4.18所示。在图4.18的基础上进行“切除”指令，让 它的轮廓显示出来。图4.18气缸基体在其与气缸支架的连接的止面，需要安装四个与滑杆相接的|古1定块。选择窄边面 作为它的草绘界面，运用的指令是“拉仲”。在一个固定块完成以后，单击“阵列” 指令 冏丨i,选择“方向”作为阵列标准，选取两个方向为它的阵列方向，计算出两 侧的中心距离分别为490和200,阵列个数为每个方向为2个。点击确定，得到了如图 4.19的模型。图4.19气缸座在气缸左侧。以小平面为基准平

44、面，做出与气缸支架相配合的缸体管。缸体管的 长度与直径相匹配，便于装配。如图4.20所示。图4.20完整气缸5.对于工作桌的构建构建工作桌，必须选取合适的长、宽、高，同时，与气缸以及主轴连接的支撑板 要有合适的位置，比如两者的高度和间隔的距离。（1）首先是对桌子的建模。选择“top”为基准平面，进行一系列的“拉伸” 指令，对于桌腿和桌子的支撑杆，我们可以采用“阵列”指令，最终得到如图4.21 的桌子模型。图4.21桌子（2）构建与气缸相连的支撑件。点击“拉伸”指令，选择桌子后方的一侧面作 为基准平面，进入草绘界面。根据计算以及实物的对比，在草绘屮画出如图4.22的截 面，点击完成，确定板的厚度

45、为10.图4.22草绘支板选定该平板，点击“阵列”指令，选择类型为“方向”阵列，距离为50。以桌面 为基准平面，为两块板下方增添一个底座，操作指令为“拉伸”。同上，主轴支承件 也是运用“拉伸”、“阵列”等指令，所得模型如图4.23所示。图4.23完整工作桌以上即为加工屮心换刀机构各个零部件的建模过程，在建模中，应该注意各个尺 寸的相互配合，便于下一步装配的进行。4.2换刀机构的装配过程点击新建按钮 匝k出现了如图4.24的界面，选择新建类型为组件 ©组件， 将缺省模板取消使用缺省模板，选择标准模板逊竺tzid ，进入组件的界面。 在“插入”的下拉菜单中选择“元件装配”，或者可以直接点

46、击右侧的装配按钮 25,选择要装配的零部件。1 工作桌和汽缸的装配。首先，点击装配按钮，在可选的零件中选择:工作桌”,作为基准部件，在选择 类型中选取缺省模式f旦蘸二二二二二二二二i ，点击完成|叼：。接下来，继 丰卖点击装配按钮，选择“汽零 进行装配。在装配类型的下拉菜单中选取刚性连接，i刚性,随后点击放置，使汽缸的f5曲面和工作桌的f17曲类型;釜草绘o 零件 o q组件 o也制造 囤绘图 ©口格式很表名称lsm0002公用名称7使用缺省模板子类型。设计校验工艺计划©曲型模具布局ext.简化表示o吉图表 o s布局 ©匡标记i确定图4.24装配界血面重合，汽缸

47、的f5曲面和工作桌的f6曲面重合，点击完成，完成工作桌和汽缸的装 配，如图4.25.图4.25工作桌和汽缸的装配2 滑动杆的组装。 点击装配的按钮，选择塑上逊刚性连接和插入模式。点击放置按钮，将滑动杆的f5曲面和汽缸的f10曲面重合 ,将滑动杆的f5曲面和汽缸的f5曲面相重合，使得滑动杆能够装在汽缸中，完全配合。第二根滑动杆的装配和第一根相同，最后装配好的模型如图4.26所示。图4.26滑动杆的组装3 气缸支架的装配。由于汽缸支架与汽缸会产生相对运动，因此，在汽缸和气缸支架的组装中，需要 采取的是圆柱连接陆離，点击放置按钮。汽缸支架的f9曲面和滑动杆的f5曲面是轴对齐连接；随后，为了限制汽缸支

48、架的移动区间，点击槽定义忌槽，在汽缸支架f21曲面上选取一个基准点，在汽缸的f21曲面上进入草绘界面，在汽缸 的伸出杆上画一条线段，作为限制汽缸移动的区间。点击完成，使得气缸支架和汽缸 的装配顺利完成。如图4.27.图4.27气缸支架的装配4 .刀盘的装配。图4.28刀盘的装配5 .转动件的装配。转动件作为驱动刀盘旋转的部件，在装配的过程中，装配类型应该选择销钉连接, 使得转动件自身也可以旋转。点击放置按钮，选择转动件的f8曲面与气缸支架的f23 曲面相连接，一位轴对齐，另一个为移动；在旋转轴的安排上，转动件的旋转轴和刀 盘上电动机的轴相重合。点击完成，得到如图4.29所示的模型。图4.29转

49、动件的装配6 .主轴的装配。由于主轴支'架与主轴会产生相对运动，因此，在主轴支架与主轴的组装中，需 要采取的是滑动杆连接亠滑动杆，点击放置按钮，主轴的f36边和主轴支架的f29边是轴对齐连接；主轴的f37曲面和主轴支架的f29曲面是旋转设置；随后, 为了限制汽缸支架的移动区间，点击槽定义矩槽 ，在主轴支架侧边上选取一条 基准线，在主轴的伸出杆上画一条线段，作为限制主轴移动的区间。点击完成，使得 主轴支架与主轴的装配顺利完成。如图4.30.图4.30主轴的装配经过上述1-6的步骤，完成了加工中心换刀机构的装配过程。4.3换刀机构的运动仿真此次对于加工中心换刀机构的仿真采用的是机构模块仿真。首先，单击应用程序, 在下拉菜单中选取“机构e”，进入了机构模块。(1) 点击伺服电动机的图标',随即将会弹出相应的对话框，如图4.31, 选择“运动轴”的选项，然后点击“轮廓”的选项，在“规范”的下拉菜单中选择“速 度”选项jllflmz,"模”选择常数，把a定为20.随后点击确定，回到“伺服电动机” 的对话框，然后选择关闭。图4.31伺服电动机构建页面(2) 点击“机构分析”按钮羚，弹出分析定义的对话框，在“类型”的下拉菜单中选择“运动学”选项，以下的设定如图4.32所示。点击“运行”按钮，观察模型的动态运动画面。a 分优先选i页电动机以部负荷图形显示