一种基于参数化建模的弧面凸轮分度机构传动精度分析方法技术

技术编号:20390026 阅读:66 留言:0更新日期:2019-02-20 02:54
本发明专利技术公开了一种基于参数化建模的弧面凸轮分度机构传动精度分析方法,在弧面凸轮分度机构运动仿真平台上进行,通过参数化方法建立含加工误差的弧面凸轮模型,自动进行分度机构装配、运动仿真、实验结果输出、仿真结果分析。弧面凸轮分度机构运动仿真平台包括:基于VB用户界面模块、基于MATLAB的数值计算模块、基于Solidworks的机构建模模块、基于ADAMS的运动仿真模块。弧面凸轮分度机构传动仿真过程与精度分析方法包括:通过VB界面输入分度机构参数;通过编写的MATLAB程序计算弧面凸轮廓面数据点;在Solidworks中分别建立弧面凸轮误差模型和分度机构传动模型;在ADAMS中进行传动机构运动仿真;仿真结果在MATLAB中进行分析并显示。本发明专利技术是一种经济、实用且操作方便的分析方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于参数化建模的弧面凸轮分度机构传动精度分析方法
本专利技术涉及弧面凸轮分度机构传动精度的检测分析
,涉及一种仿真平台。具体为基于参数化建模仿真平台对弧面凸轮分度机构的传动精度进行检测分析,涉及一种包括上述仿真平台的检测分析方法。
技术介绍
自动换刀装置(ATC)是数控加工中心的重要功能部件,弧面凸轮分度机构是自动换刀装置中的关键零部件。在研究ATC的换刀过程中,找到影响换刀精准度的主要因素能够为自动换刀装置的调整带来便利,提高换刀的精准度。通过分析空间分度机构的啮合原理和运动规律,结合弧面凸轮廓面误差模型的建立过程,分析出无法通过面凸轮廓面误差模型反求从动转盘的运动规律;因此,本专利技术采用VB软件设计误差参数化弧面凸轮分度机构运动仿真平台,通过建模软件建立含加工误差的弧面凸轮模型和分度机构模型,在运动仿真软件中进行数值仿真实验分析。采用仿真实验的方式能够有效的得到从动转盘的运动规律,而且实验成本大幅度降低,参数化过程使仿真实验高效可靠,具有很强的现实意义。
技术实现思路
本专利技术目的在于提出了一种基于参数化建模的弧面凸轮分度机构传动精度分析方法,对弧面凸轮传动精度进行仿真检测,实现弧面凸轮分度机构建模、运动仿真过程的一体化和自动化,实现检测过程的低成本、高效率。为实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为一种基于参数化建模的弧面凸轮分度机构传动精度分析方法。搭建基于参数化建模的仿真平台,该仿真平台包含用户界面、MATLAB数值计算软件、Solidworks建模软件和ADAMS运动仿真软件。用户界面由VB程序设计搭建,其中包含了各项误差参数的输入控件,各输入控件为计算、修改、分析等功能控件,以及实验结果的输出控件。MATLAB数值计算软件的中包含了含各项误差模型的弧面凸轮廓面方程及数据点计算和仿真结果分析。Solidworks建模软件包含了弧面凸轮建模和弧面凸轮分度机构建模。ADAMS运动仿真软件包含了弧面凸轮分度机构运动仿真,及仿真结果输出。整个弧面凸轮分度机构传动精度仿真分析平台由用户界面的内部程序控制按照既定的顺序调用运行。该方法具体包括如下步骤:1)计算弧面凸轮廓面数据点;根据分度机构的啮合原理建立弧面凸轮廓面的数学方程。首先建立三个直角坐标系,分别为固定坐标系O0X0Y0Z0,动坐标系O1X1Y1Z1和坐标系O2X2Y2Z2。其中O0X0Y0Z0连接于弧面凸轮分度机构的机架,O0与凸轮的中心重合,X0轴与Y0轴组成的平面与转盘的旋转平面平行,Z0轴与凸轮的转动轴线重合,按右手法则可知Z0垂直纸平面向外;动坐标系O1X1Y1Z1与弧面凸轮相连,原点O1与凸轮中心重合,Z1轴与Z0轴重合且箭头方向一致,X1轴在通过凸轮中心O1并垂直于凸轮转动轴线Z1的平面上,O1X1与O0X0间夹角为α,Y1轴按右手法则判定;坐标系O2X2Y2Z2与从动转盘相连,O2与转盘中心重合,Z2轴与转盘的转动轴线重合,Y2轴可按右手法则判定。圆柱从动滚子工作面上任意点M1在O2X2Y2Z2坐标系的方程式为:其中,x2、y2、z2为M1在O2X2Y2Z2坐标系中的坐标,b为滚子轴线上某一点与转盘轴心O2间的半径,ψ为啮合点在滚子圆柱形坐标中的角度。ψ的计算公式为:其中,r为滚子半径,为机构的瞬时角速比,ω1为弧面凸轮瞬时角速度,ω2为滚子的瞬时角速度。α为凸轮的转角,β为转盘的位置角;其单位法线矢量为(N)2=(Nx2,Ny2,Nz2)T=(0,cosψ,sinψ)T其中,T为矩阵转置。根据共轭曲面设计中凸轮工作廓面与圆柱形滚子工作面接触时满足的条件及空间运动的坐标变换关系,推导在坐标系O1X1Y1Z1中弧面凸轮工作轮廓的曲面方程式为:将M1点坐标带入上述弧面凸轮工作轮廓的曲面方程式,那么在坐标系O0X0Y0Z0中弧面凸轮工作轮廓的曲面方程式为:其中,x1、y1、z1为M1在O0X0Y0Z0坐标系中的坐标;a为凸轮和从动转盘间的中心距;α为凸轮的转角,在凸轮分度期开始处α=0;β为转盘的位置角,是滚子中心和转盘中心的连线与定坐标轴O0X0间的夹角,逆时针为正。转盘的位置角β计算式为:β=β0+βi其中,β0为转盘的起始位置角;βi是转盘在任意时刻的角位移,βi=Sβf,S是所选定运动规律的无量纲位移,βf是转动盘分度期转位角,0≤βi≤βf。2)建立弧面凸轮误差模型;弧面凸轮误差模型采用参数化建模的方式,用含加工误差的廓面方程代替理论廓面方程,并增加参数化输入接口。根据用户输入的参数求解出凸轮转角与从动件转角关系;利用弧面凸轮廓面方程在MATLAB中进行弧面凸轮廓面点的计算;将求解后的廓面曲线以.txt格式输出。弧面凸轮廓面点的计算采用定b值改变α值的形式,其中α值的取值间隔为0.125°,即在一定刀具进深下求解[0,360°]弧面凸轮廓面曲线。取弧面凸轮每个工作廓面各11条廓面曲线,共计99条廓面曲线,并将99条廓面曲线通过Solidworks宏命令自动导入到Solidworks中完成含误差的弧面凸轮三维建模。弧面凸轮的三维建模,采用对弧面凸轮毛坯进行曲面切除的原理完成。先在Solidworks中打开弧面凸轮毛坯文件;宏命令自动导入MATLAB中生成的99条廓面曲线;采用“放样”命令将各个廓面曲线生成曲面;采用“曲面缝合”命令将各个廓面连接;利用连接后的廓面对弧面凸轮毛坯的进行切除;对切除后的弧面凸轮进行修型,完成含误差的弧面凸轮模型建立。以上这些建模过程均已通过VB程序实现自动化过程。3)建立弧面凸轮分度机构传动模型;分度机构装配的步骤包括:建立弧面凸轮、转盘的旋转轴,两轴的间距为中心距(需用户输入);导入弧面凸轮、转盘并在相应的轴上进行装配;导入滚子在转盘均布装配,设置滚子与凸轮扩面的约束关系;完成装配保存并导出Parasolid格式模型文件。弧面凸轮分度机构的建模过程同样采用VB实现自动调用的形式进行。4)传动机构运动仿真;弧面凸轮分度机构的运动仿真实验主要包括:导入弧面凸轮分度机构模型文件,设置MODEL并定义重力方向;设置凸轮材料和从动件材料;设置弧面凸轮与机架(Ground)、从动件与机架(Ground)之间的旋转副,设置滚子与从动盘之间的固定副;采用冲击函数法设置滚子与凸轮之间的接触力,根据凸轮材料参数、从动件材料参数及接触刚度参数K,设置阻尼系数,设置力系数和接触深度;添加凸轮和机架之间的Motion并设置转速。采用批处理的方法,通过VB启动ADAMS并自动进行弧面凸轮分度机构的运动仿真分析,输出运动仿真结果。接触刚度参数K为其中R1、R2分别是凸轮和滚子接触点的当量半径;μ1、μ2分别是凸轮和滚子的泊松比;E1、E2分别是凸轮和滚子的弹性模量。5)仿真结果对照分析运动仿真输出实验结果后将导入到MATLAB中进行结果分析,从MATLAB中输出从动件转角随凸轮转角的变化曲线,显示到用户界面的显示区域中,多组对照实验的变化曲线将输出到同一个坐标平面内,以方便用户对比观察实验结果。与现有技术相比,本专利技术具有如下有益效果。本专利技术通过VB编写了专用于弧面凸轮分度机构传动精度分析的仿真平台,使得整个弧面凸轮分度机构传动精度分析过程集成化,高效化;仿真平台提供简洁优化的用户界面,方便用户进行仿真实验的操作,简单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于参数化建模的仿真平台,其特征在于:该仿真平台包含用户界面、MATLAB数值计算软件、Solidworks建模软件和ADAMS运动仿真软件;用户界面由VB程序设计搭建,其中包含了各项误差参数的输入控件,各输入控件为计算、修改、分析功能控件,以及实验结果的输出控件;MATLAB数值计算软件的中包含了含各项误差模型的弧面凸轮廓面方程及数据点计算和仿真结果分析;Solidworks建模软件包含了弧面凸轮建模和弧面凸轮分度机构建模;ADAMS运动仿真软件包含了弧面凸轮分度机构运动仿真,及仿真结果输出;整个弧面凸轮分度机构传动精度仿真分析平台由用户界面的内部程序控制按照既定的顺序调用运行。

【技术特征摘要】
1.一种基于参数化建模的仿真平台,其特征在于:该仿真平台包含用户界面、MATLAB数值计算软件、Solidworks建模软件和ADAMS运动仿真软件;用户界面由VB程序设计搭建,其中包含了各项误差参数的输入控件,各输入控件为计算、修改、分析功能控件,以及实验结果的输出控件;MATLAB数值计算软件的中包含了含各项误差模型的弧面凸轮廓面方程及数据点计算和仿真结果分析;Solidworks建模软件包含了弧面凸轮建模和弧面凸轮分度机构建模;ADAMS运动仿真软件包含了弧面凸轮分度机构运动仿真,及仿真结果输出;整个弧面凸轮分度机构传动精度仿真分析平台由用户界面的内部程序控制按照既定的顺序调用运行。2.利用权利要求1所述仿真平台进行的一种基于参数化建模的弧面凸轮分度机构传动精度分析方法,其特征在于:该方法具体包括如下步骤,1)计算弧面凸轮廓面数据点;根据分度机构的啮合原理建立弧面凸轮廓面的数学方程;首先建立三个直角坐标系,分别为固定坐标系O0X0Y0Z0,动坐标系O1X1Y1Z1和坐标系O2X2Y2Z2;其中O0X0Y0Z0连接于弧面凸轮分度机构的机架,O0与凸轮的中心重合,X0轴与Y0轴组成的平面与转盘的旋转平面平行,Z0轴与凸轮的转动轴线重合,按右手法则可知Z0垂直纸平面向外;动坐标系O1X1Y1Z1与弧面凸轮相连,原点O1与凸轮中心重合,Z1轴与Z0轴重合且箭头方向一致,X1轴在通过凸轮中心O1并垂直于凸轮转动轴线Z1的平面上,O1X1与O0X0间夹角为α,Y1轴按右手法则判定;坐标系O2X2Y2Z2与从动转盘相连,O2与转盘中心重合,Z2轴与转盘的转动轴线重合,Y2轴可按右手法则判定;圆柱从动滚子工作面上任意点M1在O2X2Y2Z2坐标系的方程式为:其中,x2、y2、z2为M1在O2X2Y2Z2坐标系中的坐标,b为滚子轴线上某一点与转盘轴心O2间的半径,ψ为啮合点在滚子圆柱形坐标中的角度;ψ的计算公式为:其中,r为滚子半径,为机构的瞬时角速比,ω1为弧面凸轮瞬时角速度,ω2为滚子的瞬时角速度;α为凸轮的转角,β为转盘的位置角;其单位法线矢量为(N)2=(Nx2,Ny2,Nz2)T=(0,cosψ,sinψ)T其中,T为矩阵转置;根据共轭曲面设计中凸轮工作廓面与圆柱形滚子工作面接触时满足的条件及空间运动的坐标变换关系,推导在坐标系O1X1Y1Z1中弧面凸轮工作轮廓的曲面方程式为:将M1点坐标带入上述弧面凸轮工作轮廓的曲面方程式,那么在坐标系O0X0Y0Z0中弧面凸轮工作轮廓的曲面方程式为:其中,x1、y1、z1为M1在O0X0Y0Z0坐标系中的坐标;a为凸轮和从动转盘间的中心距;α为凸轮的转角,在凸轮分度期开始处α=0;β为转盘的位置角,是滚子中心和转盘中心的连线与定坐标轴O0X0间的夹角,逆时针为...

【专利技术属性】
技术研发人员:孙树文江政权黄杰
申请(专利权)人:北京工业大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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