Pro/E条件下机床模型建立及仿真结果分析-机械论

Pro/E条件下机床模型建立及仿真结果分析

钱孟波

【摘 要】从Pro/E软件概念入手，以牛头刨床参数为例建立模型，并进行牛头刨床运动仿真分析，从得出牛头刨床刨头的位移、速度、加速度随时间的变化曲线中，最后形成基于Pro/E条件下牛头刨床的建模和仿真的结论。

【关键词】Pro/E；牛头刨床；建模；仿真；结论

1、Pro/E概述

Pro/Engineer在中国也称ProE、Pro/E、破衣等，但通常称Pro/E。Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。

Pro/Engineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。

Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。①参数化设计。无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念；②基于特征建模。Pro/E是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角等可以随意勾画草图，轻易改变模型，给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活；③单一数据库（全相关）。Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。

2 建立模型

某牛头刨床传动机构,机构行程速比系数可K=2,刨头行程H=300,刨头推杆LDE=100mm,曲柄LAB=75mm,,根据题意有:导杆摆角θ=60°,导杆尺寸LCD=300mm,机架尺寸LAC=150mm,S=250mm。牛头刨床传动机构数学模型,如图1所示。依据计算机仿真技术所能达到的仿真效果,可以将其分为:数值仿真、可视化仿真和虚拟现实仿真。

2.1三维实体的建模

Pro/E软件是美国参数技术公司(PTC)推出的一整套CAD/CAM/CAE的集成解决方案,是目前国际上设计人员使用最为广泛、先进、具有多功能的动态设计仿真软件系统之一。该软件软件产品以其单一数据库、参数化、基于特征、全相关及工程数据再利用等概念改变了MDA的传统观念,从而成为当今世界MDA领域的新标准。利用Pro/E的基本模块对牛头刨床运动机构进行三维建模。

通过专用接口Mechnical/pro 模块可方便地将Pro/E 中建好的三维实体模型导入ADAMS/View 环境中。在ADAMS/View环境下设置各模型的物理属性，并对样机几何模型添加约束、载荷等，这样就建立起了牛头刨床的仿真模型。运用Pro/E 与ADAMS 联合进行机械系统的动力学仿真流程如图2。



2.2三维建模的装配

之后,运用Pro/E的Mechanism模块进行一个机械装置的装配。根据前面的数学模型,可以做出牛头刨床传动机构装配模型,装配模型时注意:将转动件的连接设置为销钉连接,将移动件的连接设置为滑动杆连接,否则在后续的运动学分析中可能会失败。注意本模型中的黄色箭头,本模型中应该有五个销钉连接,两个滑动杆连接。

3 机构运动仿真

在Pro/E的Mechanism模块下,机构的运动仿真主要通过以下三个步骤进行:一是对装配好的机构模型建立伺服马达,使机构产生一定形式的运动;二是运行一个机构运动分析,产生可视化的机构运动过程,保存运动分析结果;三是进行分析测量,得到分析测量图形,同时输出分析结果。

在牛头刨床运动机构中,对曲柄建立一个伺服马达;通过运行机构运动分析,产生了整个机构的一个可视化的运动过程。在分析测量阶段,主要分析了牛头刨床刨头的位移、速度、加速度随时间变化的过程,如图2、图3、图4所示。

4结论

通过对牛头刨床的建模和仿真可得出如下结论：

(1)通过Pro/E的机构运动仿真输出的图形可以看出:牛头刨床工作行程速度较为平稳,加速度值较小;而牛头刨床空行程速度速度变化较大,有突变,加速度值较大,仿真结果与要求相符合。与实际情况也相符合。

(2)从仿真曲线图可直观、形象的看出牛头刨床的运动情况；与传统解析法相比，过程简单，结果可视化、形象化。

(3)利用上述方法可以帮助设计人员对刨床运动机构进行优化设计,使其快速、高效地设计出理想的牛头刨床运动机构。

参考文献

1孙江宏译.Pro/engineer Wildfire机械设计教程[M].北京:清华大学出版社,2005

2张继春,杨建国著.装配设计与运动仿真及Pro/E实现[M].北京:国防工业出版社,2006

3郑建荣. ADAMS 虚拟样机技术入门与提高［M］. 北京:机械工业出版社，2002.