基于SolidworksPCB數(shù)控鉆床工作臺(tái)的虛擬裝配與運(yùn)動(dòng)仿真

王建春　周松霖　王曉兵

摘 要：基于Solidworks軟件平臺(tái)，建立PCB數(shù)控鉆床工作臺(tái)的三維結(jié)構(gòu)模型，并對(duì)建好的模型進(jìn)行虛擬裝配。展示了工作臺(tái)部分各零件間的裝配關(guān)系，利用干涉檢查和運(yùn)動(dòng)仿真，查找虛擬裝配體中存在的問(wèn)題，改進(jìn)并完善裝配體。虛擬裝配規(guī)范了裝配工藝，對(duì)工作臺(tái)的后續(xù)研發(fā)具有重大的意義。

關(guān)鍵詞：Solidworks；工作臺(tái)；虛擬裝配；干涉檢查；運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號(hào)：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

我國(guó)PCB數(shù)控鉆床目前存在的問(wèn)題是：（1）零件的整體性差，累積誤差大；（2）單一零件裝配后達(dá)不到應(yīng)有效果，有些無(wú)法裝配。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化存在著一定問(wèn)題。所以，我國(guó)的PCB數(shù)控鉆床還需要不斷的改進(jìn)和提高。本文基于Solidworks軟件，對(duì)鉆床的工作臺(tái)部分進(jìn)行虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。由此，可以很好的了解工作臺(tái)的裝配關(guān)系、裝配信息、裝配規(guī)劃、裝配路徑、裝配工藝，并規(guī)范裝配過(guò)程。

1 工作臺(tái)的工作原理

PCB數(shù)控鉆床的工作臺(tái)（Y軸）主要由導(dǎo)軌、直線電機(jī)、工作臺(tái)面、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、刀具檢測(cè)裝置、光柵尺位移傳感器等組成。導(dǎo)軌的作用是對(duì)工作臺(tái)面起支撐作用，并控制著工作臺(tái)面的水平運(yùn)動(dòng)方向。直線電機(jī)是提供工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，直線電機(jī)直接控制著整個(gè)工作臺(tái)Y方向的進(jìn)給速度、進(jìn)給加速度、定位精度與重復(fù)定位精度。待加工的PCB板上安裝有定位針，由工作臺(tái)上安裝的夾緊機(jī)構(gòu)夾緊定位針，保證PCB板在加工過(guò)程中不會(huì)偏移。機(jī)械手和刀具檢測(cè)裝置的作用分別是對(duì)刀具的更換和刀具工作情況的檢測(cè)。光柵尺位移傳感器是高精度的反饋裝置，觀察和跟蹤走刀誤差，起一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒哒`差的作用。在鉆孔過(guò)程中，待加工的PCB板由夾緊裝置固定在工作臺(tái)面上，直線電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)面在水平方向（Y軸）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作臺(tái)在移動(dòng)過(guò)程中配合加工主軸對(duì)PCB板進(jìn)行鉆孔。在鉆孔時(shí)，根據(jù)加工需要對(duì)刀具進(jìn)行檢測(cè)和更換。整個(gè)過(guò)程是機(jī)械運(yùn)動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)三者相互協(xié)調(diào)的過(guò)程，工作臺(tái)和鉆孔主軸的精確定位，才能保證鉆孔精度。

2 工作臺(tái)零件的三維實(shí)體建模

在進(jìn)行虛擬裝配技術(shù)和運(yùn)動(dòng)仿真之前，均要正確的建立工作臺(tái)零部件的三維模型。因此，正確建立工作臺(tái)的三維模型，是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配和動(dòng)態(tài)仿真的基本要求。根據(jù)實(shí)際測(cè)量，利用Solidworks軟件建立工作臺(tái)零件的三維模型。其主要包括導(dǎo)軌、直線電機(jī)、工作臺(tái)面、導(dǎo)軌滑架、夾緊裝置、機(jī)械手、刀具檢測(cè)裝置、限位器等。其中，標(biāo)準(zhǔn)件（比如：圓柱銷和螺栓）可以直接在Toolbox插件的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中找到，直接插入而不需要建立模型。

3 工作臺(tái)虛擬裝配

在完成工作臺(tái)零部件模型后，根據(jù)零部件之間裝配約束關(guān)系，在Solidworks軟件中進(jìn)行虛擬裝配。在裝配過(guò)程中進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，對(duì)不合理的裝配關(guān)系進(jìn)行修改。在滿足性能參數(shù)的條件下，對(duì)工作臺(tái)進(jìn)行整體評(píng)估更改，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)在裝配中的高效性。

3.1 組建工作臺(tái)裝配體

裝配體的組建是虛擬裝配過(guò)程的核心步驟，它展示了工作臺(tái)的整個(gè)裝配過(guò)程，并能根據(jù)這個(gè)過(guò)程得到裝配工藝。根據(jù)裝配方式的不同，裝配過(guò)程可分為兩種：一是自底向上（down-top），二是自頂向下（top-down）。兩種裝配方式優(yōu)缺點(diǎn)各一，在此次的虛擬裝配過(guò)程中，筆者采用兩種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行裝配。對(duì)于能夠提高工作臺(tái)性能，尺寸改動(dòng)范圍大的零件，采用自頂向下的裝配方式，比如：夾緊裝置、機(jī)械手等；對(duì)于固定的、不可變的零件以自底向上的裝配方法，比如：底座、導(dǎo)軌等。本文中，由于工作臺(tái)零件很多，裝配過(guò)程復(fù)雜。實(shí)際的工作臺(tái)裝配體分為兩個(gè)步驟：初裝和總裝。即先將一些零部件裝成子裝配體完成初裝，然后再將子裝配體裝配成整體完成總裝。因此，在建立工作臺(tái)的裝配體時(shí)，先建立子裝配體，再建立整體裝配體。為了便于觀察位置關(guān)系，建模后可選擇爆炸視圖對(duì)裝配體進(jìn)行全方位觀察。

3.2 干涉檢查

工作臺(tái)虛擬裝配好后，需對(duì)其進(jìn)行干涉檢查。干涉檢查能夠檢查出工作臺(tái)零件間出現(xiàn)錯(cuò)位、重合等問(wèn)題。保證工作臺(tái)符合實(shí)際加工和運(yùn)行的要求。對(duì)于靜態(tài)的裝配體，干涉檢查可以直接檢查出工作臺(tái)內(nèi)部發(fā)生裝配沖突的區(qū)域，并高亮標(biāo)出。方便設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)生裝配沖突的零件加以改進(jìn)和優(yōu)化。對(duì)于動(dòng)態(tài)干涉檢查，可以使工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)到加工的兩個(gè)極限位置和理論位置，進(jìn)行多次工作臺(tái)的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，觀察其是否出現(xiàn)干涉。

4 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)仿真

為了更詳細(xì)的了解工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)情況，可利用Solidworks中的運(yùn)動(dòng)算例功能快速、簡(jiǎn)潔地完成工作臺(tái)的仿真運(yùn)動(dòng)。通過(guò)添加直線馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)控制工作臺(tái)的前后運(yùn)動(dòng)，通過(guò)設(shè)定鍵碼點(diǎn)，來(lái)確定工作臺(tái)從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的順序。運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫(huà)制作完成后，可查看工作臺(tái)虛擬裝配體的運(yùn)動(dòng)效果。如果運(yùn)動(dòng)中觀察到工作臺(tái)存在干涉，則說(shuō)明工作臺(tái)存在缺陷，可以回到靜態(tài)裝配體中，對(duì)相應(yīng)的零部件進(jìn)行更改，完善裝配體。若確認(rèn)無(wú)誤，可將動(dòng)畫(huà)保存為AVI格式視頻文件，方便攜帶、教學(xué)與演示等。

結(jié)語(yǔ)

利用Solidworks軟件對(duì)PCB數(shù)控鉆床驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行虛擬裝配?；赟olidworks軟件平臺(tái)，采用合理的建模方法，快速高效構(gòu)建工作臺(tái)三維模型，通過(guò)虛擬裝配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)整體的正確安裝和拆卸，方便技術(shù)人員清楚了解工作臺(tái)的結(jié)構(gòu)和工作原理，并制定相應(yīng)的裝配工藝。能適時(shí)地、方便地進(jìn)行修改替換和制定裝配工藝，提高裝配效率、縮短裝配時(shí)間。很大程度上降低了企業(yè)研發(fā)和試驗(yàn)成本，為產(chǎn)品研發(fā)提供了參考依據(jù)。

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