傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)無法從根本上解決和從總體上把握產(chǎn)品設(shè)計(jì)的時(shí)間、質(zhì)量和成本等問題，因此已無法滿足多變的、持續(xù)發(fā)展的市場(chǎng)需求。要對(duì)快速多變的市場(chǎng)需求做出敏捷響應(yīng)，就必須尋求*的設(shè)計(jì)方法和手段。虛擬樣機(jī)技術(shù)是以計(jì)算機(jī)支持的仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就可以實(shí)時(shí)并行地模擬出產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程，通過計(jì)算機(jī)模擬的虛擬樣機(jī)，預(yù)測(cè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品性能、產(chǎn)品的可制造性及產(chǎn)品制造成本，減少了產(chǎn)品開發(fā)中的試生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而達(dá)到產(chǎn)品的開發(fā)周期zui短、成本zui低、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)等目的。因此，我們將虛擬制造技術(shù)應(yīng)用到折剪機(jī)床設(shè)計(jì)開發(fā)中，在概念設(shè)計(jì)階段利用系統(tǒng)仿真軟件真實(shí)地模擬系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)并修改設(shè)計(jì)中的不足和缺陷，直至獲得*設(shè)計(jì)方案后，再做出物理樣機(jī)。這樣極大地加快了產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度，減少產(chǎn)品開發(fā)費(fèi)用和成本，獲得*化的設(shè)計(jì)產(chǎn)品。
1 折剪機(jī)床的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
折剪機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)目前普遍采用的是雙缸驅(qū)動(dòng)的液壓傳動(dòng)，成本較高，且滑塊的同步運(yùn)動(dòng)性較差。本機(jī)采用液壓中動(dòng)式單缸驅(qū)動(dòng)，對(duì)稱式連桿增力機(jī)構(gòu)及齒輪同步機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，不僅解決了同步問題，還實(shí)現(xiàn)了增力，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
2 折剪機(jī)床虛擬樣機(jī)模型仿真的軟件平臺(tái)
ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是由美國(guó)MDI公司開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。該軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫(kù)、約束庫(kù)、力庫(kù)來創(chuàng)建*參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論的Langrage方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。其仿真可用于預(yù)測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。
然而由于這個(gè)軟件的重點(diǎn)是在力學(xué)分析上，所以在建模方面還存在很多不足，尤其是一些復(fù)雜零部件的三維建模很難實(shí)現(xiàn)。因此，這里利用SolidWorks軟件進(jìn)行折剪機(jī)床的零部件實(shí)體建模及裝配體建模，然后將裝配體文件以ADAMS和Solidworks都支持的Paras01．id格式輸入到ADAMS 中，在ADAMS里給各零件之間加上質(zhì)量、力、約束和運(yùn)動(dòng)等初始條件就可以進(jìn)行靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真。在兩個(gè)軟件結(jié)合的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)折剪機(jī)床的仿真研究。
3 折剪機(jī)床虛擬樣機(jī)幾何模型的創(chuàng)建
SolidWorks是一款的基于Window/NT／2000／XP的三維造型軟件。通過它可以進(jìn)行三維零件設(shè)計(jì)和三維虛擬裝配。還可以通過三維裝配圖動(dòng)態(tài)地仿真出構(gòu)件間的傳動(dòng)關(guān)系，因此被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)中，已經(jīng)發(fā)展成為機(jī)械產(chǎn)品三維造型的主流設(shè)計(jì)工具。
在SolidWorks中先按實(shí)際尺寸建立各零部件的三維模型，再利用SolidWorks提供的自底向上的裝配技術(shù)，按各零部件實(shí)際裝配位置關(guān)系建立虛擬裝配體模型，見圖1、2。并利用SolidWorks提供的"干涉檢查"和"物理模擬"工具對(duì)裝配體進(jìn)行靜態(tài)干涉檢查和動(dòng)態(tài)碰撞檢查，以便從中發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修改。zui后將折剪機(jī)床裝配體文件另存成Parasolid格式的圖形文件，以減少裝配體模型導(dǎo)入ADAMS環(huán)境中時(shí)的數(shù)據(jù)丟失。
以上工作完成之后，就可以把在SolidWorks中創(chuàng)建的折剪機(jī)床裝配體模型導(dǎo)入到ADAMS中進(jìn)行仿真分析，為折剪機(jī)床的工作參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化提供理論依據(jù)。
4 虛擬樣機(jī)的仿真分析
4．1 將裝配體模型導(dǎo)入ADAMS
首先在ADAMS中的"Units Setting"對(duì)話框中設(shè)置與Solidworks相同的單位。然后打開Parasohd格式的折剪機(jī)床裝配體文件，將其導(dǎo)入ADAMS／View環(huán)境。
4．2 在ADAMS中構(gòu)建虛擬樣機(jī)仿真模型
首先在導(dǎo)入的幾何模型上添加標(biāo)記點(diǎn)，根據(jù)幾何關(guān)系，計(jì)算出各點(diǎn)坐標(biāo)。如果模型中零件的材料屬性與實(shí)際不符，可以在特性修改對(duì)話框中重新定義，使其滿足要求。利用ADAMS提供的幾何建模工具中的組合形體命令，將相關(guān)零件組合成一個(gè)構(gòu)件。如將左右墻板、上固定板、工作臺(tái)等組合成機(jī)架。使用 ADAMS／View中的約束庫(kù)添加各聯(lián)結(jié)件間的約束副，以定義各構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系。如在機(jī)架與地面之間添加固定副，滑塊與機(jī)架之間添加一個(gè)沿y軸的移動(dòng)副，滑塊與上連桿、上連桿與油缸、上連桿與下連桿、下連桿與同步連桿、下連桿與機(jī)架、同步齒輪與機(jī)架、同步連桿與同步齒輪之間各添加軸線為x軸的旋轉(zhuǎn)副，兩個(gè)同步齒輪之間添加齒輪副，油缸與活塞之間添加一個(gè)沿z軸的移動(dòng)副。至此完成折剪機(jī)床虛擬樣機(jī)模型的建立。如圖3所示。
4．3進(jìn)行仿真模擬
滑塊的運(yùn)動(dòng)精度直接影響折剪機(jī)床的工作性能，虛擬樣機(jī)模型中，滑塊相對(duì)機(jī)架沿Y軸方向的移動(dòng)是折剪機(jī)床工作的主運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)性能反映了折剪機(jī)床和動(dòng)力進(jìn)行仿真，獲取滑塊的位移、速度和加速度的動(dòng)態(tài)變化曲線及滑塊的輸出力，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用ADAMS／View提供的函數(shù) F（time，…）=SIGN（98000，-VX（zjje．huosai．MARKER_147）定義施加在活塞桿上的推力。給定總的仿真時(shí)間2 s，仿真步長(zhǎng)200，進(jìn)行仿真，然后用后處理顯示得到滑塊等主要構(gòu)件的位移、速度和加速度曲線，見圖4一圖9。
4．4仿真結(jié)果分析
圖4是滑塊的位移曲線，滑塊在2．5 s內(nèi)移動(dòng)距離約為50 nun，位移曲線基本為直線，說明其運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無振動(dòng)現(xiàn)象，符合折剪機(jī)床的性能要求。圖5、圖6分別為滑塊速度和加速度曲線，在1．75 s發(fā)生了銳變，均開始急劇增大，這與圖7、8中連桿增力機(jī)構(gòu)的角速度、角加速度曲線相吻合，*符合平面連桿機(jī)構(gòu)的急回特性。這一特性也符合剪板、折彎的工藝要求。圖9反映的是滑塊在y軸方向輸出的力，即折彎力。從圖中看出折彎力是逐漸增大的，在2．5 s左右（折彎開始位置）力增加到了zui大值650 kN，*符合平面連桿機(jī)構(gòu)的增力特性。
根據(jù)仿真結(jié)果，優(yōu)化折剪機(jī)床設(shè)計(jì)，并制作出實(shí)物樣機(jī)。通過測(cè)試，可知折剪機(jī)床的機(jī)械系統(tǒng)的裝配性能、運(yùn)動(dòng)性能、輸出力等*折剪機(jī)床的性能要求。
5 結(jié)論
利用SolidWorks軟件完成了折剪兩用機(jī)床機(jī)械系統(tǒng)各零部件和裝配體三維模型，并進(jìn)行了干涉和碰撞檢查。通過parasolid格式將裝配體模型導(dǎo)入ADAMS中，建立了折剪機(jī)床虛擬樣機(jī)仿真模型，設(shè)置了初始和邊界條件，通過對(duì)滑塊力學(xué)性能和運(yùn)動(dòng)特性的仿真分析，獲得zui化結(jié)果，并制造了實(shí)物樣機(jī)，通過對(duì)樣機(jī)測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求，性能穩(wěn)定、可靠。
