大型工件超长平面铣钻专用机床的仿真分析与研究

    广西龙滩水电站是西部大开发的战略重点工程。在龙滩水电站工程中，要求对16m长大型闸门的水封平面进行加工。该水封平面的尺寸为160mm×16000mm，要求其表面粗糙度达到见12.5μm以下，平面度在20ml范围内不大于1.5mm。国内目前尚未具备加工这样超长大型闸门的条件。针对这种情况，我们研究和设计出一种易于制造、成本低、具有创新的大型工件超长平面铣钻专用机床。

    本文综合运用了Pro/E、ANSYS和ADAMS软件对专用机床系统进行仿真分析与研究。通过真实模拟机床在工作时不同的铣削情况，对机床进行动态仿真，求解机床导轨与拖板的接触情况以及机床导轨所受的工作载荷，分析研究机床的动态特性，对仿真结果进行分析。机床系统结构体系如图1所示。

    1 专用机床三维实体模型的建立

    用Pro/E建立铣钻专用机床的整机模型时，首先建立所有零件模型，然后按照装配关系进行装配。由于建立整机模型的目的是将该模型传人多体动力学软件ADAMS中进行运动仿真.而ADAMS只对进行仿真的构件质量、质心位置、转动惯量有要求，而对其具体几何特征不关心。图2为用Pro/E建立的铣钻专用机床三维实体模型。

    2 机床虚拟样机的仿真分析

    2.1 机床刚柔耦合体的建立

    为了研究床身大梁与拖板之间的碰撞及床身大梁的变形情况，将床身大梁变为柔性体，在ANSYS中建立床身大梁的有限元模型，再导人到ADAMS中，与框架式拖板装配构成刚柔耦合体。

    MECHANISM/Pro模块是链接Pro/E与ADAMS的接口模块，两者采用无缝链接的方式，不需退出Pro/E应用环境，就可以将装配好的产品总成根据其运动关系定义各个刚体和施加约束，再将模型传送到ADAMS/View中，进行全面的动力学分析。

    在整个机床中总共定义16个刚体，为确定刚体之间的约束，在每个刚体上定义标记点，整个机床总共定义19个标记点。装配好的模型通过Pro/E与ADAMS接口输入到ADAMS中。

    ADAMS/Flex柔性分析模块是ADAMS软件包中的一个集成可选模块，它提供了ADAMS与有限元分析软件ANSYS、NASTRAN、ABAQUS、I—DEAS之间的双向数据接口.利用这些软件可以建立柔性体零件的有限元模型，进行特定的有限元分析，然后生成模态中性文件。

    在ANSYS中建立床身大梁的有限元模型，采用自动划分网格，单元类型为Solid92，床身大梁共计划分单元数量为42543，节点数为85875。在床身大梁上定义26个硬点，这些硬点将作为模型从ANSYS输入到ADAMS中的界面点.在ADAMS中这些点将起到连接其它构件和作为力的作用点。

    在床身大梁与立柱之间定义轴套力来模拟它们之间的作用力关系，在拖板与床身大梁之间定义接触力来模拟它们之问作用力的关系，而接触力必须是在刚65与刚体之间定义，故须在床身大梁与拖板接触处施加虚拟物65，虚拟物体与床身大梁用固定副联结，在虚拟物体与拖板之间定义接触力。