基于CAE技術的鋼球自動化加工設備模擬研究

宋佳娜

（無錫職業技術學院，江蘇 無錫 214121）

0 引言

鋼球作為機械自動化設備中不可或缺的零部件，直接影響著機器的運轉性能。而國內關于鋼球加工設備的模擬研究文獻較少，隨著我國整體制造業從以往的“無”達到現在的“有”，應重點在“有”中做到“精”，再到“創新”。而要達到這個目標，就要從機理出發。基于日益成熟的CAE技術，通過對相關模擬的研究，可以有效地提高設計研發的效率，降低成本。

1 自動化機構運動模擬

1.1 剪切送料機構運動學模擬設置

如圖1，首先將調整座簡化成繞連桿座做旋轉運動，連桿座固定，而在實際過程中它們是一起運動的［4］。連桿座與調整座設置成“旋轉鉸”。將調整座與連桿連接的零件拿掉，其體積較大一頭的內孔與調整座的偏心孔設置成“旋轉鉸”。將滑板與連桿連接的銷省去，將前者的圓孔與連桿體積較小的一頭的圓孔設置成“旋轉鉸”。

圖1 剪切送料機構中“鉸”設置分布情況

1.2 冷鐓機構運動學模擬設置

如圖2，將支承曲軸的零件簡化為一個圓形套筒，這種圓形套筒與旋轉主軸段設置成“旋轉鉸”。對各個零件進行傳動分析，可以將原本由多個零件組成的連桿簡化為一個連桿，這樣將曲軸上與連桿連接的部分即偏心軸段軸線與連桿大頭部分的內孔設置成“旋轉鉸”。

圖2 冷鐓機構中“鉸”設置分布情況

2 鋼球加工自動化多體結構有限元分析

設備的模擬不僅包括運動學，還包括動力學。前者多以剛體動力學理論與工具軟件為研究基礎，后者多以柔體或者剛柔體、彈柔體與有限元理論為基礎。鋼球加工自動化要進行有限元分析的大致流程為前處理、運行、后處理，而其中前處理包括模型簡化、材料設置、網格劃分、邊界條件；后處理則有應力、應變、溫度、位移等。鋼球加工自動化設備結構有限元分析圖如圖3。

3 結語

根據冷鐓設備的工作原理，對φ3鋼球冷鐓設備的動作要求進行分析，并對剪切送料機構、冷鐓機構進行原理介紹及對這4個機構進行傳動分析，然后簡化這些機構，在CATIA中建立其運動學模型，提出“鉸”設置其中各個構件之間的運動關系方法，并指出了該設備的有限元分析流程。

圖3 鋼球加工自動化設備結構有限元分析圖

［1］ 王賢.鋼球冷鐓工藝的優化研究［D］.無錫：江南大學,2009

［2］ 趙小剛.基于Pro／Mechanism的曲柄導桿機構運動學仿真［J］.廣西輕工業，2011（10）：64-65.

［3］ 劉麗萍,陳文凱.一種新型混聯機床原型構想及運動學分析［J］.機械設計與制造,2011（11）：207-209.

［4］ Wang Liping，Wei Hangxin，Liu Mingzhi.Inverse Kinematics Analysis for Humanoid Running Robot［J］.Machine Tool ＆Hydraulics，2011，39（3）：107-109.