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 基于CATIA V5的数控加工整机模拟技术
发布者: 出处: 日期:2010/7/16 阅读:1329 推荐:0 点评:0
   

随着科学技术和计算机的不断发展,计算机自动编程在制造业数控加工中的应用越来越广泛,特别在一些不规则的复杂曲面,用宏程序很难实现,借助CAD/CAM软件,将大大提高生产效率。在计算机自动编程中,加工仿真是虚拟制造的一个重要的环节,广泛应用于新产品的设计,它能够直观地反映现实的加工环境、加工过程和加工后零件的结果,通过软件构建机床模型、组装并模拟实际的机床运动,可以及时发现加工

过程中的过切、干涉、碰撞和欠切等错误,将错误消除在加工编程的设计阶段,提高数控加工过程的可靠性。

CATIAV5具有统一的用户界面数据管理以及兼容的数据库应用接口,并拥有几十个独立的模块。下面以立式三轴数控铣床为例,简单讲述在CATIAV5中三轴机床模型的构建、组装、参数设置和整机模拟的过程。

一、机床模型的构建

机床模型的构建要依据以下几个步骤:1)通过测量真实部件的尺寸来获得相应尺寸;2)根据尺寸对机床各个部件进行实体造型;3)根据所建立的部件实体在NC机床构建模块里进行组装;4)进行机床模型运动参数的设置。

1.机床部件的实体造型

立式三轴数控铣床的机床部件主要包括床身、X轴部件、Y轴部件和Z轴部件,其中床身为固定部件。首先进入机械设计模块的零件设计模块,利用凸台、凹槽命令根据机床部件的实际尺寸,创建机床的部件的3D模型,并以后缀名为“CATPart”的文件分别保存,如图1所示。

2.机床部件3D模型的组装

(1)首先单击软件开始菜单下的加工模拟(VNC)模块里的“NC机具定义(NCMachineToolBuilder)”,(注意不要进入机械设计模块里的装配模块(AssemblyDesign)),进入后在左上角会出现为“产品1”的历程树,单击“产品1”按鼠标右键,选择“属性”,将“产品1”改为“自制机床”。

(2)鼠标右键依次点选“自制机床”→“部件”→“现有部件”,系统弹出文件选择对话框,按Ctrl键点选所有绘制机床部件的保存文件,调入后各部件可能散置各处,可先用罗盘将各部件先行翻转至适当处,如图2所示。

 


(3)选择工具栏中新机具按钮进行机具组装(或者在菜单栏中选择“插入”→“DNBNewCreationMenu”→“NewMachine”),历程树上会出现“NCController”及“Application”节点,建议先点选固定部件,再点选FixedPart,系统弹出新固定部分对话框,后再点选床身底座,这时床身部件会出现绿色的约束符号,同时历程树上会出现约束节点,表示被固定。

(4)三轴数控铣床的各轴运动副为移动副,使用柱状接头将床身底座部件与Y轴部件、X轴部件和Z轴部件连接,并将其约束,使各机构可以进行仿真运动。

选择工具栏中柱状接头按钮PrismaticJoint进行Y轴部件的组装,单击后系统弹出如图3所示的接头创建对话框,分别点选Y轴部件和床身底座配合导槽相对应的两条边线和两个表面,注意要勾选“长度驱动”单选项,确定后系统会弹出“机制能被仿真”的信息对话框(若未出现则表示底座未固定)。

完成后,Y轴部件和床身底座配合在一起,在导槽处会出现约束符号,同时历程树上的约束节点里会出现两个相合的约束。

用相同的方法进行X轴部件及Z轴部件的组装,设定正确会再出现两次“机制能被仿真”窗口,若未出现则可能未勾选“驱动长度”选项,组装完成整个三轴机床模型。

 

3.机床模型参数的设置

(1)定义工件安装及刀具之接合点。在历程树上“NCController”节点内有两个节点,分别是

“WorkpieceMountPoint(工件安装点)”和“ToolMountPoint(刀具安装点)”。工件安装点可设在工作台上表面的任意位置,最好设置在中心位置,刀具安装点在Z轴主轴下端面的中心处,为了方便,可以先在工作台表面中心位置和主轴下端面的中心处各创建一个点。用鼠标左键双击“WorkpieceMountPoint”节点,此时机床模型上出现绿色的罗盘,将罗盘中心移动到工作台上表面中心位置创建的点上,如图4所示,再用鼠标左键单击工作台部件,弹出设定位置对话框,按“确定”即可完成工件接合点的设置(当然,也可改变X轴、Y轴的坐标来调整罗盘的位置),用相同的方法来设置刀具接合点。

(2)设定装置属性。可以根据“DeviceAttributes(装置属性)”工具栏依次进行设定,如图5所示,单击行程限制按钮,弹出修改命令限制对话框,修改各坐标轴的行程。单击原点位置按钮,弹出“原点位置检视器”对话框,点选新建按钮,弹出如图6所示的原点位置编辑器,先将线性间隔改为10mm,在DOFControls自由度控制设置原点的位置,可以用鼠标左键按住对话框里的游标左右移动调整各轴位置,移动过的位置变成绿色,如果为红色则超出行程,也可以按后面数值的上下按钮,每次增加或减少一个间隔距离,设置完按“关闭”键,原点位置大多设在各坐标轴正向最大极限处,用同样的方法设置换刀点位置。

(3)保存文件。将机床模型以后缀“CATProduct”的文件保存,最好保存在和各部件文件同一个文件夹内,因为如果部件文件丢失,机床模型文件也无法打开。

 


二、仿真的实现

进行整机模拟时,开启任一已设定完成的加工文档,将里面的三轴工具机改为自制机床即可,下面以图7所示简单的挖槽加工为例,介绍仿真操作的过程。

(1)打开已设定完成的以后缀名为“CATProcess”存盘的加工文档,窗口左边会出现PPR历程树。

(2)双击加工过程节点“ProcessList”下的加工设定“PartOperation.1”,弹出加工设定对话框。在对话框中单击数控机床按钮,弹出机床编辑器,原来选择的是三轴工具机,这时应单击“从文件选择”按钮打开自制机床的保存文件,机床就被调入,零件和机床散置各处,单击工具栏上自动设定工件按钮,工件将自动放置在工作台工件安装接合点上。

(3)用鼠标右键点选加工设定节点下的“ManufacturingProgram.1”制造程式1节点,弹出下拉菜单,依次选择“ManufacturingProgram.1对象”→“SimulateMachineusingToolPath”,使用刀具路径开始机具模拟,弹出程式模拟对话框,按“开始”键,整台机床就开始切削模拟,如图8所示。

(4)在整机模拟的过程中,可以进行模拟分析的设定,单击“SimnlationAnalysisTools”模拟分析工具里建立预设干涉按钮,模拟时会弹出分析侦测对话框,如有干涉或碰撞会弹出分析资讯对话框,显示警告信息,运行完可以在干涉清单里看到详细分析的报告。

 

三、结束语

本文简略地介绍了利用CATIA软件进行自制三坐标机床的整机模拟,在四轴或五轴联动的机床上应用更广泛,如图9和图10所示。整机模拟在数控加工中具有非常重要的现实意义,在虚拟的环境检测程序的正确性,避免了因产生碰撞造成的巨大损失,同时也缩短了产品的设计周期,提高了生产效率。

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