虛擬CNC齒輪測量中心的幾何建模

李　強(qiáng)　王國強(qiáng)

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古014010)

?

虛擬CNC齒輪測量中心的幾何建模

李強(qiáng)王國強(qiáng)

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，內(nèi)蒙古014010)

信息化在制造業(yè)中應(yīng)用的不斷深入和延伸，推動了我國制造業(yè)向高效率、高利用率和低碳環(huán)保方向發(fā)展。特別是對于特種件的研究與開發(fā)，不再是傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、加工再反復(fù)修改的過程，而是應(yīng)用了虛擬制造技術(shù)[1～6]，利用仿真技術(shù)和分析工具，建立一個集成的制造環(huán)境。

CNC齒輪測量中心[7～9]可以測量齒輪、復(fù)雜刀具、蝸輪、蝸桿、凸輪、曲軸等各種復(fù)雜工件，解決了傳統(tǒng)檢測的技術(shù)難題。但是需要對齒輪進(jìn)行加工后才能檢測其性能，所以仍然要耗費(fèi)很多的時間，增加了整體設(shè)計(jì)成本。虛擬CNC齒輪測量中心是應(yīng)用信息技術(shù)在計(jì)算機(jī)環(huán)境下對所設(shè)計(jì)齒輪的結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行測量，并根據(jù)需求對其進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計(jì)。這將有效的節(jié)約產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成本，減少設(shè)計(jì)時間，更好的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

本文研究介紹了虛擬CNC齒輪測量中心的體系設(shè)計(jì)，并應(yīng)用solidworks對其進(jìn)行幾何建模。

1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

CNC齒輪測量中心分為機(jī)械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件三個部分。本文應(yīng)用solidworks對虛擬CNC齒輪測量中心的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行整體構(gòu)建。CNC齒輪測量中心實(shí)質(zhì)上是含有一個回轉(zhuǎn)角坐標(biāo)的四坐標(biāo)測量機(jī)，其機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動部分包括X軸、Y軸、Z軸方向的直線運(yùn)動和圓盤的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。根據(jù)真實(shí)CNC齒輪測量中心的幾何形狀及運(yùn)動方式，將虛擬CNC分為幾個部份進(jìn)行建模。如圖1所示。

圖1　虛擬CNC齒輪測量中心的幾何模型分層結(jié)構(gòu)圖

2幾何建模

2.1　控制系統(tǒng)幾何建模

控制系統(tǒng)及信息采集系統(tǒng)的工作都是由計(jì)算機(jī)來完成的。虛擬CNC齒輪測量中心控制系統(tǒng)分為計(jì)算機(jī)箱體、機(jī)箱蓋、支撐架、顯示器等幾部分?？刂葡到y(tǒng)的幾何建模如圖2所示。

CNC對數(shù)螺旋錐齒輪測量中心控制系統(tǒng)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行控制以及系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)的采集，是齒輪測量中心最重要的部分。

圖2　齒輪測量中心控制系統(tǒng)建模Figure 2　Control system modeling of gear measure center

圖3　齒輪測量中心動力系統(tǒng)建模Figure 3　Power system modeling of gear measure center

圖4　測量系統(tǒng)建模Figure 4　Measure system modeling

圖5　虛擬CNC對數(shù)螺旋錐齒輪測量中心的整體建模Figure 5　Integral modeling of virtual CNC logarithm spiral cone gear measure center

2.2　動力系統(tǒng)幾何建模

虛擬CNC測量中心動力部分主要是由為測量系統(tǒng)提供動力的電機(jī)以及電力系統(tǒng)組成。動力系統(tǒng)的幾何建模如圖3所示。動力系統(tǒng)包括控制柜、操作臺、回轉(zhuǎn)臺和立柱、卡具滑塊等幾部分。

動力系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)臺提供回轉(zhuǎn)動力。工件工作時做C軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，通過回轉(zhuǎn)臺的下頂尖柱和上頂尖柱的卡具將工件夾緊。動力系統(tǒng)負(fù)責(zé)控制機(jī)體的運(yùn)行、停止，以及為測量系統(tǒng)提供動力支持。

2.3　測量系統(tǒng)幾何建模

虛擬CNC齒輪測量中心測量系統(tǒng)包括測頭立柱、回轉(zhuǎn)軸、測頭以及測頭支架等。測量系統(tǒng)的幾何建模如圖4所示。

測量部分包括X軸、Y軸、Z軸形成的直角坐標(biāo)系。測頭立柱在控制柜上做X軸的水平運(yùn)動，測頭支架在側(cè)頭立柱上做Y軸的垂直運(yùn)動，測頭相對側(cè)頭支架做Z軸的往返運(yùn)動。測量系統(tǒng)即按照在測頭上做三個方向的運(yùn)動與回轉(zhuǎn)臺回轉(zhuǎn)運(yùn)動相結(jié)合共同測量工件的參數(shù)。

2.4　整體建模

最終對所設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、測量系統(tǒng)進(jìn)行整體的幾何建模。將所設(shè)計(jì)的幾個系統(tǒng)的模型配合，得出虛擬CNC齒輪測量中心的整體建模。如圖5所示。

經(jīng)過與實(shí)體CNC齒輪測量中心的對比，所設(shè)計(jì)的虛擬CNC齒輪測量中心符合CNC齒輪測量中心的工作原理與測量方法，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的與要求。

3結(jié)束語

通過對虛擬CNC測量中心機(jī)械部分進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，并應(yīng)用solidworks對虛擬CNC測量中心各部分進(jìn)行了建模通過組裝得到了虛擬CNC測量中心的整體幾何模型。通過與真實(shí)CNC齒輪測量中心對比，虛擬CNC齒輪測量中心符合CNC齒輪測量中心的機(jī)械工作原理。為今后虛擬CNC齒輪測量中心的發(fā)展提供了理論依據(jù)，為虛擬測量奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]夏志向.虛擬現(xiàn)實(shí)建模的研究與實(shí)現(xiàn)[J].光電技術(shù)應(yīng)用, 2005, 6(1): 45-47.

[2]范玉順.網(wǎng)絡(luò)化制造的內(nèi)涵與關(guān)鍵技術(shù)問題[J].計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng),2003 (7):573-576.

[3]嚴(yán)雋琪,范秀敏,姚健.虛擬制造系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].中國機(jī)械工程,1998,9(11):60-64.

[4]蘇建明,張續(xù)紅,胡慶夕.展望虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2004,21(1):18-21.

[5]Kimura F. Product and Process Modelingasa Kernel for Virtual Manufacturing Environment[J].Annual of The CIRP,1993,42(1):85-93.

[6]武殿梁,楊潤黨,馬登哲,等.虛擬裝配系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào), 2004, 3(9):37-38.

[7]張樹坤, 孫秀文, 黃杰, 王安, 白雪飛.3906 型齒輪測量中心測量與控制系統(tǒng)[J].計(jì)量技術(shù)，2003(11):33-34.

[8]王建華, 勞奇成, 劉波, 張君安.CNC 齒輪測量中心的原理、特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)[J].西安工業(yè)學(xué)院測量與控制技術(shù)研究所，1996(4):41-43.

[9]魏華亮.我國 CNC 齒輪測量中心的發(fā)展現(xiàn)狀[J].計(jì)量技術(shù)，2004(10):33-34.

編輯杜敏

摘要：對虛擬CNC齒輪測量中心機(jī)械部分進(jìn)行了整體建模，并應(yīng)用solidworks軟件對虛擬CNC齒輪測量中心各部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)和整合，最終完成了虛擬CNC齒輪測量中心的整體建模，并證明了其有效性。

關(guān)鍵詞：虛擬制造技術(shù)；CNC齒輪測量中心；幾何建模

Geometry Modeling of Virtual CNC Gear Measure Center

Li Qiang, Wang Guoqiang

Abstract：Integrity modeling of mechanical part for virtual CNC gear measure center has been implemented, and various sections of virtual CNC gear measure center have been designed and conformed by applying solidworks software, finally integrity modeling of virtual CNC gear measure center has been completed and its validity has been proved.

Key words：virtual manufacturing technique; CNC gear measure center; geometry modeling

作者簡介：李強(qiáng)(1963—)，男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師。

收稿日期：2014—04—08

中圖分類號：TP391.9; N945.12

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A