【文章內(nèi)容簡介】 五、刀架的建模與裝配 刀架的建模 通過對刀臺的建模來做一個介紹，在這里要注意的是螺紋的建立，要建立一個螺紋，可以通過“掃描切除”來完成，另外如果想要建立一個螺栓，可以借助TOOLbox 或邁迪三維設(shè)計工具集來完成，在它們里邊包含了目前強大的標(biāo)準(zhǔn)庫零件，可以直接調(diào)用所需要的標(biāo)準(zhǔn)件。 下面就 上刀架的建模作一簡單介紹，在此三維模型中，要求對 SolidWorks中“基準(zhǔn)面”的建立熟練掌握，因為要在不同的面建立草圖，接著就是“掃描切除”，該特征可以說是 SolidWorks 三維建模中一個比較常用的特征，該特征可以幫助生成內(nèi)螺紋、外螺紋以及各種不規(guī)則的模型，其具體模型如圖 所示： 圖 下刀臺 其中下刀臺的三維模型建立，需要就“線性陣列”特征所了解，特征的線性陣列是在單個或者多個方向上生成多個指定的原特征?？梢酝ㄟ^單擊【特征】工具欄的“線性陣列”按鈕或者選擇【插入】 |【陣列 /鏡像】 |【線性陣列 】菜單命令，在【屬性管理器】中彈出【線性陣列】的屬性設(shè)置框。其次就是“拉伸切除”特征，選擇【插入】 |【切除】 |【拉伸】菜單命令或者單擊【特征】工具欄中的“拉伸切除”按鈕，在【屬性管理器】中彈出【切除 拉伸】屬性設(shè)置框。通過對以上特征操作熟悉，其三維模型如下圖所示： 圖 上刀臺 刀架的裝配 在此裝配體中，它包括上刀架、下刀架、旋轉(zhuǎn)臺、車刀、螺栓等部件，首先需要將下刀架插入進來，這是系統(tǒng)默認它以“固定”方式存在，接著依次插入上刀架、旋轉(zhuǎn)臺，通過對以上模型的配合，接著打開 TOOLBOX 插件，并且通過相 應(yīng)的螺栓大小，直接調(diào)入所要需要的各種類型大小的螺栓。然而在這里要注意一個問題，因為刀架包含了兩個方面的運動（橫向與縱向），因此在配合的時候一定不能把要運動的地方添加不必要的約束，從而使得刀架可以在兩個方向來回移動。其裝配方法和三維模型如下圖 所示： 圖 刀架 第三節(jié) 車床裝配 車床的裝配采用“可拆即可裝”的方法來確定裝配順序，即“若零件的裝配和拆卸互為可逆過程，這可以通過求解零件的拆卸順序來得到零件的裝配順序。其優(yōu)點是： 若判定一零件滿足拆卸條件，則該零件一定滿足順序約束； 即使裝配過程某一階 段滿足裝配條件的零件，也未必滿足滿足順序約束條件，這是由于該零件有可能影響到后續(xù)零件的裝配； 通過幾何計算可從零件的裝配狀態(tài)推導(dǎo)出零件拆卸的初始方向。 因此，裝配順序應(yīng)該是：軸――鍵――齒輪――鏈輪――鏈條――換擋裝置，在 SolidWorks 平臺中，可以通過向裝配體中添加實體零件，進行裝配，具體可以采用手動法，最終借助于配合，移動，旋轉(zhuǎn)零部件等指令完成裝配工作。如下圖 所示： 圖 車床總裝 第四節(jié) 本章小結(jié) 本章一開始就簡單的介紹了機床并給出了虛擬數(shù)控車床的介紹，接著有闡述了三位實體的建模方法 和裝配過程。 對于車床的總體裝配和建模，本文給出了具體的過程方法。在對本章所介紹的零部件進行繪制的過程中，用的最多的特征命令是拉伸、切除、旋轉(zhuǎn)。這三個命令是生成三維實體模型大體輪廓的基本命令，也是很重要的命令。 第三章 基于 CAM works 的加工仿真 CAM works 簡介 CAM works 是一個集成于 SolidWorks CAD 軟件中的 CAM（計算機輔助制造） 軟件產(chǎn)品 ,將傳統(tǒng) CAD/CAM 軟件中的計算機輔助加工編程方法與先進的人工智能技術(shù)完美集合是 CAM works 的最為突出的特性和優(yōu)點，這也使 得它成為當(dāng)今國際上為數(shù)不多的優(yōu)秀計算機輔助制造軟件之一的最主要原因 [2]。 CAM works 不僅具有一般 CAM 軟件在車削、銑削以及車銑復(fù)合加工編程方面的數(shù)控加工編程功能，而且在自動加工特征識別以及獨具一格的加工工藝設(shè)計樹應(yīng)用方面被業(yè)界公認為 CAM 編程軟件今天以及將來的必然發(fā)展反向。 一、 CAM works 特點 自動可加工特征識別 AFR 技術(shù)可使得 SolidWorks 中產(chǎn)生的特征被有效重用，節(jié)約大量編程者的時間，并減少人為操作的錯誤。 繼承 SolidWorks 設(shè)計特征樹的操作風(fēng)格，將計算機輔助工藝設(shè)計 CAPP 思想嵌入 CAM 軟件，從粗加工到精加工為編程者提供了一個可視、可操作的加工工藝路徑。 CAM works 可以提供 eDrawings、特征查詢、差異化比較等輔助工具，并為企業(yè)提供更為高級的面向制造的設(shè)計工具 DFM。 加工工藝數(shù)據(jù)庫 TechDB 可將切削參數(shù)、加工設(shè)置參數(shù)用數(shù)據(jù)庫的形式進行管理和應(yīng)用，反映計算機圖形技術(shù)與數(shù)據(jù)庫應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合，節(jié)約操作的時間，提高參數(shù)用量的準(zhǔn)確性，保證加工的質(zhì)量。 二、 CAM works 工作環(huán)境介紹 它是利用計算機來進行生產(chǎn)設(shè)備管理控制，它輸入信息是零件的工藝路線和工序 內(nèi)容，輸出信息是刀具加工時的運動軌跡 刀位文件 和數(shù)控程序。 CAM works 作為 SolidWorks 里面一款專門的加工仿真軟件。主要包括 CAM works 特征樹、操作樹。其工作界面如下： 圖 CAM works 工作界面 在本課題中，主要研究的是關(guān)于車床加工仿真的內(nèi)容，因此，所要加工仿真的工件三維模型如下 所示： 圖 仿真工件 第二節(jié) CAM works 的加工仿真 一、坐標(biāo)系的建立和描述 為了能夠生成加工零件的 NC 代碼，必須對加工的零件進行建模。在模型建好之后，要對其進行坐標(biāo)選擇，只有選擇 正確合適的坐標(biāo)系，才能得到合理方便的數(shù)據(jù)供后續(xù)工作的展開和使用。采用這樣一個坐標(biāo)體系，即存在著一個世界坐標(biāo)系，在討論任何問題時都以此為標(biāo)準(zhǔn)參考該世界坐標(biāo)系。 在 CAM works工作的環(huán)境下，利用其自身的功能對零件進行數(shù)據(jù)信息的提取，然后選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)建立零件的加工坐標(biāo)系。一般情況下常取零件自身為坐標(biāo)軸進行坐標(biāo)系的建立。 位置的描述 一旦建立了坐標(biāo)系，就可以用一個 的位置矢量對世界坐標(biāo)系中的任何點進行定位。用三個相互正交的帶有箭頭的單位矢量來表示一個坐標(biāo)系｛ A｝，用一個適 量 來 表 示 一 個 點 , 矢 量 的 各 個 元 素 用 下 標(biāo) x ， y ， z 來 標(biāo) 明 ： （ 41） 姿態(tài)的描述 當(dāng)需要對空間物體的姿態(tài)進行描述時，就涉及到了多個坐標(biāo)系的先對旋轉(zhuǎn)問題。例如已知坐標(biāo)系｛ B｝以某種方式固定在物體上，｛ B｝相對于｛ A｝的描述就足以表示物體的空間姿態(tài)。 用來表示坐標(biāo)系｛ B｝主軸方向的單位矢量。當(dāng)用坐標(biāo)系｛ A｝的表達式表示時 ， 它 被 寫 成 , 即 有 如 下 所 示 的 旋 轉(zhuǎn) 矩 陣 ： [] （ 42） 如下圖 所示為空間一物體 的位置和姿態(tài)的確定示意圖： 圖 物體位置和姿態(tài)的的確定 當(dāng)然，在選取的該坐標(biāo)系下得到的 NC 代碼與之后 STEP 函數(shù)調(diào)用的數(shù)據(jù)數(shù)不一樣的。原因在于 STEP 函數(shù)所調(diào)用的數(shù)據(jù)是在以車床為坐標(biāo)系的另外一個坐標(biāo)系下的數(shù)據(jù)。這就涉及到不同界面和環(huán)境下加工零件數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，即坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換： X、 Y、 Z 完成對加工工件毛坯建立，首先單擊“ CAM works 特征樹”，然后雙擊“毛坯管理”選項，在這里面，可以選擇被加工物件的材料的類型，并且它也可以自動反應(yīng)出毛坯的各種參數(shù)，包括毛坯尺寸、毛坯類型以及系統(tǒng)默認原點。 圖 毛坯 管理界面 通過以上操作完成對加工工件毛坯屬性的創(chuàng)建。 通過對以上毛坯屬性的設(shè)置，然后就要完成對機床類型的選擇，雙擊，完成對機床類型、刀具參數(shù)的選擇，如圖： 圖 機床參數(shù)表 從上圖可以看出，在 CAM works 中可以選擇的加工機床有：銑床、車床、銑削 /車削機床、線切割機床，并通過“選擇”可以得到所需要的機床類型，然而在本例中，選擇“車床”，這時可以看到該圖標(biāo)會變成，完成對機床類型的選擇。 接著，單擊“毛坯管理”右鍵，“插入車削設(shè)置”，通過該操作可以編輯相應(yīng)的車削特征，如下圖所示： 圖 操作樹界面 至此，就可以對所要加工的工件，進行相應(yīng)的車削設(shè)置了。就本課題中，所加工的工件其設(shè)置如下： 圖 車削特征 下面就以“ OD 特征 1”為例做一介紹，單擊“ CAM works 操作樹”可以看到相應(yīng)的車削操作步驟，如圖 ： 圖 操作特征 接下來就其設(shè)置作相應(yīng)介紹，雙擊“粗車 1”，可以看到關(guān)于他的具體操作步驟，在“操作參數(shù)”里面，可以對粗車，作出各種設(shè)置，包括刀具、 NC、引入/引出、特征選項等作出調(diào)節(jié)。如下圖： 圖 操作參數(shù) 在圖 中可以對“粗車”中所需要的刀具作相應(yīng)的選擇，包括刀具的各種參數(shù)、刀 具導(dǎo)入的方向等等。 其中“粗車 1”與“精車 1”為“ OD 特征 1”的加工設(shè)置。并且通過以上設(shè)定的參數(shù)，可以得到所要加工零件的 NC 代碼和車刀的走刀路線，圖如下所示，NC 代碼見附錄： 圖 仿真工件刀路 第三節(jié) 本章小結(jié) CAM works 作為 SolidWorks 公認的一款黃金加工插件，通過進行 CAM works加工仿真設(shè)置，可以設(shè)置的機床類型有：車床、銑床、加工中心、線切割機等常見的加工機床，并且可以輕易的做出不同零件的加工仿真，同時該插件也可以即時生成 NC 代碼，這樣也免去了，手工編程的麻煩。這為在實際生產(chǎn)中不僅提高了生產(chǎn)效率，從而也減輕了設(shè)計人員工作負擔(dān)。 第四章 虛擬仿真系統(tǒng)的總體設(shè)計 當(dāng)今世界工業(yè)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化，大規(guī)模人海戰(zhàn)術(shù)早已不再適應(yīng)工業(yè)的發(fā)展，先進科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用顯現(xiàn)出巨大的威力，特別是虛擬技術(shù)的應(yīng)用正對工業(yè)進行著一場前所未有的革命。虛擬已經(jīng)被世界上一些大型企業(yè)廣泛地應(yīng)用到工業(yè)的各個環(huán)節(jié)，對企業(yè)提高開發(fā)效率，加強數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力，減少決策失誤，降低企業(yè)風(fēng)險起 到了重要的作用。虛擬技術(shù)的引入 ,將使工業(yè)設(shè)計的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍 ,更加符合社會發(fā)展的需要 ,可以說在工業(yè)設(shè)計中應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)是可行且必要的。準(zhǔn)確性 : 使真實加工環(huán)境對象的特點和功能要能在虛擬環(huán)境中得以準(zhǔn)確表達； 有效性 :使虛擬系統(tǒng)在模型建立和數(shù)據(jù)分析方面更加有效； 實用性 : 要使真實環(huán)境下的加工各項要求必須在虛擬環(huán)境下完成，使設(shè)計的虛擬加工仿真系統(tǒng)具有實用價值； 可擴展性 :應(yīng)該具有與現(xiàn)代技術(shù)相融合的特點，系統(tǒng)要滿足新增功能的技術(shù)要求； 界面友好性 : 要使用戶覺得很新穎很有吸引力，重要的是要讓設(shè)計者容易操作。 作為一個較為完善的虛擬仿真系統(tǒng)，應(yīng)該同時滿足以上所有要求。 二、虛擬仿真系統(tǒng)總體設(shè)計的技術(shù)要求 滿足多種刀具切削過程的仿真加工； 可以模擬加工過程中刀具的走刀路徑，并且可以檢驗和模擬工件毛坯的加工切削過程； 在虛擬仿真過程中要能真實反映數(shù)控加工的特點，準(zhǔn)確表達數(shù)控加工的關(guān)鍵信息； 使用合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法，在虛擬切削計算中保證計算精度。 三、虛擬仿真系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 下圖 表示了虛擬數(shù)控加工仿真