基金项目:国家自然科学基金资助(50005009)收稿日期:2003-06-06第20卷第11期计算机仿真2003年11月文章编号:1006-9348(2003)11-0106-04砂带磨床仿真及其实现李仁旺1,祁国宁2(1.浙江工程学院机械与自动控制学院,浙江杭州,310033;2.浙江大学机械系,浙江杭州,310027)摘要:在砂带磨床的开发与销售过程中,存在设计更改单过多,以及仅靠文字和图片的描述不足以满足让买家深入了解产品的性能、外形及其运作情况。为此,在分析砂带磨床组成及其模块划分等基础之上,探讨了实现砂带磨床仿真中的参考机架、坐标系以及自由度问题;然后,以VisualBasic5.0、Pro/Engineer和3DSMAX为工具开发了砂带磨床仿真原型系统,基于砂带磨床仿真实例演示操作流程,论述了砂带磨床仿真动画制作中的几个问题,并给出了应用示例。砂带磨床仿真将有力地帮助解决当前在其开发和销售过程中存在的许多问题。关键词:砂带磨床;仿真;模块划分中图分类号:TH166文献标识码:A1前言自从人类进入文明时代以来,仿真技术大致历经了三个发展阶段:早期机械物理仿真阶段、19世纪的电子物理仿真阶段和20世纪80年代以来全数字化计算机仿真阶段。目前,计算机仿真技术已得到长足发展,随着仿真硬软件性能水平的提高,其应用领域也越来越广。尤其是在国外,计算机仿真技术已经渗透到许多行业,且在其中起到关键性作用。然而就砂带磨床而言,由于砂带磨削是近几十年才兴起的一种加工技术,虽然在现代工业中已被当作是与砂轮磨削同等重要的一种不可缺少的加工方法,但是迄今针对砂带磨床仿真的研究尚是少见。尤其是,时下随着电子商务和计算机网络的迅速发展,网络购物、交易已经成为盛行的潮流。因而,无论是从有利于销售的角度,还是有利于开发的角度,砂带磨床仿真都对当前的砂带磨床生产厂家具有极其重要的实际意义和紧迫性。图1砂带磨床的总体模块划分2砂带磨床结构分析2.1砂带磨床的组成及其模块划分根据模块划分原理,砂带磨床可以进行如图1～图6所示的模块划分。2.2砂带磨床的参考机架在计算一个系统及其构件的速度和加速度时,需要指定参考机架,作为速度和加速度的参考坐标系。在砂带图2砂带磨床驱动机械模块组成磨床的运动分析过程中,有两种类型的参考机架:地面参考机架和构件参考机架。地面参考机架是一个单独的牛顿惯性参考系,它固定在一个“绝对静止”的空间中;在基于地面参考机架建立的砂带磨床“绝对静止”参考体系中,其上任何一点的速度和加速度均为零。对于大多数问题,可以将地球视为牛顿参考机架。图3砂带磨床的装夹机构模块组成对于每一个刚性体都有一个参考机架,称为构件参考机架;刚性体上的各点相对于该构件参考机架是静止的。因此,在本文中的刚性体和参图4砂带磨床的磨削机构模块组成考机架意义相同。2.3砂带磨床的坐标系砂带磨床的坐标系广泛采用直角坐标系,它由1个原点和3个相互垂直的单位坐标矢量组成,常用的笛卡儿坐标系就是一个采用右手规则的直角坐标系。坐标系可以固定在一个参考机架上,也可以相对于参考—601—图5砂带磨床的压磨机构模块组成机架而运动。合理地设置坐标系可以简化砂带磨床的运动分析。在砂带磨床运动分析过程中,经常使用图7中3种坐标系,即:1)地面坐标系。地面坐标系又称为静坐标系,是固定在地面机架上的坐标图6砂带磨床的箱体模块组成系。2)构件机架坐标系。构件机架实际上是一个坐标系,这个坐标系固定在构件上随构件运动。可以通过确定构件机架坐标系在图7坐标系的不同层次地面坐标系中位置和方向来确定一个构件的位置和方向;在软件中,构件机架坐标系是构造各种不同构件的参照坐标系;在工程中,可以将构件机架坐标系视为绘图板坐标系,工程师在此坐标系下绘制零件或构件。在本文中砂带磨床运动分析中,所有构件的位置、方向和速度都用构件机架坐标系表示。3)标记坐标系。标记坐标系又称为标记,是为了简化建模和分析而在构件上设立的辅助坐标系,通常有两种类型的标记坐标系:固定标记和浮动标记。2.4砂带磨床的自由度砂带磨床的自由度表示砂带磨床中各结构相对于地面机架所具有的独立运动数量。砂带磨床的自由度与其构件数量,运动副的类型和数量,原动机的类型和数量,以及其他约束条件有关。砂带磨床的自由度数F可以...
