2.1车铣加工中心结构特点
本章介绍的车铣加工中心属于五轴
车铣复合加工中心 ，如图2. 1 所示 。可实现X方向、Y方向、Z方向移动；主轴可实现无级调速及恒 速切削 ，主轴电机可作C轴转动控制 ，形成任意角度的C轴；动力刀架 上可装铣刀主轴 ，形成-90°~ +90°范围转动 。因此该机床可实现五轴联动加工 ，一次装卡不仅可完成轴类或盘类零件全部工序 ，而且适合复杂曲面零件的加工 。
该加工中心的床身采用部分水平和部分45°倾斜角度组成 ，不仅适合高速强力切削及精度保持性 ，而且布局排屑流畅 ，便工?操作 。滑板可沿着Z方向移动;横滑板在滑板上沿1方向移动；动力刃架在横滑板上沿着45°移动 ，形成虚拟“Y”轴 ，可实现车、铣、钻及偏心加工该机床虚拟“Y”结构 ，克服了以往加工中心的许多不足 ，防止了立杵的受力不很合理、大余量切削时力矩大等现象 ，W为容易引起机床机械系统的 振动 ，强力切削加工时这种优点显而易见（没有刀架在y轴上形成悬 臂梁） ，从而影响加工精度及工件表面粗糙度；同时i轴拖动重力轻 ， 易于控制 。
2.2车铣加工中心刚体建模
ADAMS软件具有建模功能 ，对简单的机械结构来说 ，直接在AD- AMS/View建模不仅方便、快捷 ，而且有利于对该机构仿真分析 。但复 杂零件的建模并不是A1MMS的强项 ，这样将花费大量的时间在建模 上 ，并会大大降低ADAMS仿真和分析效率 。要想得到零件的准确质 量和质心 ，可以通过其他擅长复杂零件建模的软件进行建模求解 ，将结 构导人到ADAMS中 。SolidWorks具有强大的三维机械设计功能 ，同时 该软件也完全支持参数化设计 ，使得机械设计工程师能快速地绘制草 图 ，尝试运用各种特征与不同尺寸 ，使生成的三维实体模型接近于实际 物体；另外SolklWorks与ADAMS软件之间具有无缝接门 ，导人方便 。 本文根据沈阳机床集闭某型号的图纸设计要求 ，采用SolidWorlcs建立 三维实体模型 ，如图2. 2所示 ，该模型在实际图纸基础上进行了简化 ， 然后导人到adams软件中 ，形成车铣加工中心的虚拟样机模型 。ad- ams 软件中零件形状描述得越精确 ，自动求解的零件质量和质心位置 也越精确 ，所得仿真结果越可靠 。因此正确处理SolkIWorks与ADAMS 之间的模型转换是确保仿真效果的一项关键技术 。对于SdidWorks与 AIMMS之间的模型转换 ，除了定义好零部件的长度和密度单位 ，还应需要注意如下关键问题 。
2. 2.1简化模型及转换
对于一个复杂的机械系统 ，通常要建立数万个甚至更多的三维实 体零件模型 ，这些零部件在装配完成后 ，要根据运动关系和研究目的 ， 简化为由数个刚体组成的刚体模型 。一个刚体可能仅包含一个零件 ，也可能包括数十个甚至上百个零部件 ，这就需要把准备定义为一个刚 体的多个零件进行简化 ，使其合并为一个零件 ，这样就使各个零部件之 间的关系变得简洁明了[55] 。ADAMS与SdidWorks共同支持的三种主 要图形交换格式分别是STEP格式、1GES格式和Parasolicl格式 。本文 采用的PamsoUd格式 ，它是EDS公司开发的几何造型核心系统 ，现已 成为开发高端、中等规模CAD系统及商品化CAD/CAM/CAE软件的 标准 ，SdidWorks和ADAMS均采用其作为儿何核心 。在图形文件交换 时釆用Parasolid格式可以防止数据丟失 ，这对仿真结果的正确性和有 效性有重要的影响 ，因此采用Parasolid作为两个软件进行数据交换的 纽带具有显而易见的优势 。利用Parasdid格式导入到AI〕AMS/View 的车铣加工中心模型 ，与在SolidWorks中的模型对比 ，缺失了机床的约 朿信息、零件的材料信息、零件的质量和零件的名称 ，这些信息在AD- AMS/View中很容易修改 ，这样就为j9九游会平台进行下一步的仿真分析提供 了非常好的基础 。将在SolidWorks中建好的车铣加工中心模型导人到 ADAMS中 ，具体步骤如下：
(1 )在SolidWorks的File下拉菜準中 ，选择另存为 ，出现对话框 后 ，选择保存类型为Parawlid格式 ，单击保存 。这里需要注意的是 ，文 件名不能为中文 。
(2)在ADAMS中选择File下拉菜单中的Import,弹出File Import 对话框 ，然后选择导人文件的格式 ，文件的保存位置和导入图形的界面 名称 ，单击0K即可导入模型 。
2.2.2施加约束和动力
(1)施加固定约束：根据车铣加工中心实际的工作状态 ，将给模型 的床身与地面施加固定约束 ，然后将主轴箱和台尾与床身固定在一起 。 在主工具箱上 ，选择固定约束图标 ，然后选择要固定的床身和地面以及 同定点 ，完成固定约束的设置 。
(2)施加转动约束：根据机床的实际运动状态 ，需要在各个轴旋转 施加转动约束 ，在运动副工具箱中选择转动约朿图标 ，然后选择要连接 的两个部件 ，最后选择施加约束的位置和方向 ，完成施加转动约朿 。
(3)施加移动约朿：机床在运动时 ，刀尖点的运动主要是依靠滑 板、横滑板、动力刀架上电机驱动而移动 ，因此要在滑板、横滑板、动力 刀架处施加移动副 。移动副的施加和前面的约束施加方法相同 ，先在 约束工具箱上选择移动约束副 ，然后选择要连接的两个部件 ，最后选择 施加约束的位置和方向 。
(4)创建车铣加工中心的运动轨迹:在主工具箱上 ，用右键选择零 件图标 ，然后在弹出的工具箱中 ，选择折线图标 ，在刀尖点位置创建运 动轨迹 ，并加一个固定副使其与地面相固定 ，另外再加一个线约束 ，使 刀尖点约束在给定的轨迹上 。
(5)施加运动：在运动副工具箱中选择旋转运动图标 ，然后选择要施加运动的约束副 ，选择单点运动图标 ，然后选择运动轨迹的方向 ，修 改运动速度 。
为了使仿真更接近于实际机床的工作状态 ，要对机床末端刀尖点 施加中.作用力 ，选择作用力I:具图标 ，在设置栏选择：应在RUn_Time- 38Direction设置栏 ，选择力的作用方式Bohymoving,然后将力加在机械手 末端的标记坐标Workpoint上 ，确定力的方向 ，施加力的大小 。建好仿 真模塑后 ，便确认选择Tool下拉菜单的ModelVerify ，以确认模型的正 确性及自由度 ，
2.2.3虚拟样机模型的验证
由于SolidWorks建模可能存在一个问题 ，按照装配图纸将零部件 进行装配 ，但完成的装配不一定符合仿真的要求 ，这样将模型导入到 ADAMS中就会给虚拟样机带来一些问题:如装配关系存在问题 ，零部件的尺寸单位不一致等问题 。这就要求j9九游会平台对已完成的ADAMS模型 进行装配检査 。这种装配检查主要包括以下儿个方面 :
(1)机构的拓扑关系变化是否在装配图上体现出来；
(2)装配中是否有干涉；
(3)检査各个零部件的密度信息；
(4)对机械系统中对称零部件的质量几何特征进行检査对比 。
因而要想获得精确的仿真模型 ，就要对ADAMS建立的装配模型 进行检査、简化等处理 ，这样才能便于后面的仿真 。模型的验证是对建立的机床模型是否合理和有效 ，主要包括以下方面 。
1)机构的自由度验证
自由度是机构学中的一个重要的概念 ，是进行机构设计时应首先解决的关键问题 ，确定了自由度 ，才能确定系统的驱动和控制 ，因此自 由度的验证至关重要 。
2)判断机构输入选取是否合理
可以合理性判断是机构学中一个重要且复杂的问题 ，输人选取的 不合理 ，车铣加工中心将不能实现给定的运动 ，会发生干涉和重复 ，因 此判断车铣加工中心机构输人选取是否合理是有必要的 。ADAMS中 自带有检测工具 ，可以检测出机构的自出度及各个部件和约束情况 ，建 立的虚拟样机模型验证结果 ，如图2. 5所示 ，从图可以看出所建立的车铣加工中心虚拟样机模型结构比较复杂 ，构件多 ，简化部分比较少 ，接 近实际的机构模型 ，自由度数目为5 ，没有干涉的现象产生 。三维模型 的建模对提高车铣加工中心实际加丁的成功率是十分重要的 ，并可以 为进一步的运动学和动力学分析奠定基础 。
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