劉延成，丁武學(xué)，彭斌彬，沈一

(南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京 210094)

0 引言

圖1所示為多點(diǎn)夾具的支撐部分簡(jiǎn)化示意圖。伸縮桿為點(diǎn)陣單元，其支撐端部為了適應(yīng)法線方向不相同的曲面，通常為球面構(gòu)件[1-4]。多點(diǎn)夾具的高柔性程度使得它能配合機(jī)床加工大多數(shù)的不封閉曲面工件。但是，由于求解其端部在裝夾工件時(shí)的位置(即球心移動(dòng)距離，下文中簡(jiǎn)稱點(diǎn)位)比較困難，該類夾具并沒(méi)有得到推廣。面對(duì)十分簡(jiǎn)單的曲面工件，可以采用虛擬裝夾的方法求解柔性工裝的定位參數(shù)[5]。但是，夾具支撐單元數(shù)量眾多，每次裝夾不同工件時(shí)，都需要重新定義約束，效率低下。此外，當(dāng)裝夾復(fù)雜外形工件時(shí)，會(huì)遇到工件曲面與支撐端部無(wú)法構(gòu)建相切約束的情況，導(dǎo)致虛擬裝夾失敗。

1—伸縮桿(夾具裝配體中的子裝配體)；2—插座；3—底座圖1 多點(diǎn)夾具支撐部分簡(jiǎn)化示意圖

目前，國(guó)外著名的多點(diǎn)柔性?shī)A具制造商均沒(méi)有為其夾具提供相應(yīng)的輔助點(diǎn)位尋覓軟件[6-7]。而國(guó)內(nèi)對(duì)于多點(diǎn)夾具點(diǎn)位尋覓的理論雖然豐富，但應(yīng)用于實(shí)踐的極少[8-11]。

1 點(diǎn)位的獲取與存檔

1.1 點(diǎn)位的確定

利用SolidWorks建立夾具與工件模型。在夾具裝配體模型中給每個(gè)支撐單元設(shè)置干涉?zhèn)鞲衅鳎催x視重合為干涉復(fù)選框。打開(kāi)SolidWorks Motion插件，給每個(gè)單元柱添加電機(jī)，建立基于事件的仿真。事件如流程圖(圖2)所示。

圖2 事件流程圖

其思路是：支撐桿件在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下做直線上升運(yùn)動(dòng)，當(dāng)其端部接觸工件曲面時(shí)，觸發(fā)干涉?zhèn)鞲衅鳎姍C(jī)得到信號(hào)后立即停止。認(rèn)為此時(shí)支撐端部的位置即為其與工件處于相切狀態(tài)時(shí)的位置。通過(guò)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)支撐端部，即可以批量獲得點(diǎn)位。

1.2 點(diǎn)位數(shù)據(jù)的批量存檔

在SolidWorks中設(shè)置n個(gè)尺寸傳感器，尺寸為伸出桿端部與夾具上某一固定平面的距離。通過(guò)VBA對(duì)SolidWorks進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，對(duì)n個(gè)傳感器內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量讀取與存檔。其核心代碼如下：

1) 批量獲取傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)

For i = 1 To a ' a為尺寸傳感器個(gè)數(shù)

Set swFeat(i) = swSelMgr.GetSelectedObject6(i, -1)

'獲得設(shè)計(jì)樹(shù)中選中的特征

Set swSensor(i) = swFeat(i).GetSpecificFeature2

'獲取傳感器

swSensor(i).UpdateSensor

'更新和評(píng)估傳感器

Set swDimSensor(i) = swSensor(i).GetSensorFeatureData

'獲取傳感器數(shù)據(jù)

sensorValue(i) = swDimSensor(i).sensorValue

'讀出傳感器數(shù)據(jù)中的測(cè)量數(shù)據(jù)

Next i

2) 批量存儲(chǔ)(EXCEL)數(shù)據(jù)

For j = 1 To a

xsheet.Cells(j, 1) = swFeat(j).Name

'第一列數(shù)據(jù)為傳感器名稱

xsheet.Cells(j, 2) = sensorValue(j) * 1000

'第二列數(shù)據(jù)為傳感器值

Next j

將代碼編寫成SolidWorks可以調(diào)用的宏文件，當(dāng)夾具各支撐端部處于準(zhǔn)確裝夾位置時(shí)，僅需調(diào)用宏即可。

2 實(shí)例

夾具與工件的裝配體如圖3所示。由于設(shè)置了干涉?zhèn)鞲衅?，且勾選視重合為干涉，所以裝配體中伸縮桿的伸出桿必須不與其他零部件接觸。否則，其無(wú)法作為基于事件仿真中的觸發(fā)器。為了減少計(jì)算時(shí)間與示圖明了，將支撐端部盡量靠近工件曲面，同時(shí)將后3排支撐單元隱藏，以第一排三個(gè)支撐單元為例。

圖3 實(shí)例圖

1) 測(cè)量伸出桿端部與夾具中某固定平面的距離并將該尺寸添加至傳感器。同時(shí)，設(shè)置支撐端部干涉?zhèn)鞲衅?圖4)。

圖4 添加傳感器

2) 給各桿件添加電機(jī)，然后創(chuàng)建基于事件的仿真，事件設(shè)置如圖5所示。最后，開(kāi)始仿真。仿真過(guò)程為圖6所示。

圖5 事件設(shè)置

圖6 仿真過(guò)程

3) 在支撐單元處于仿真結(jié)束后的狀態(tài)下，運(yùn)行編寫的宏文件。運(yùn)行結(jié)束后，得到支撐桿點(diǎn)位的EXCEL文件，其保存結(jié)果如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)截圖

3 數(shù)據(jù)精度影響因素分析

理論上傳感器獲得信號(hào)后電機(jī)立刻停止。但由于計(jì)算機(jī)掃描傳感器需要時(shí)間等原因，仿真測(cè)量數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)存在誤差，其精度不如虛擬裝配情況下測(cè)得數(shù)據(jù)的精度。為了比較電機(jī)不同驅(qū)動(dòng)速度下測(cè)得數(shù)據(jù)的差異與精度，在上述實(shí)例中創(chuàng)建多個(gè)算例，分別設(shè)置電機(jī)速度為5 mm/s、10 mm/s、50 mm/s、100 mm/s、200 mm/s。此外，測(cè)出該工件在虛擬裝配下的點(diǎn)位數(shù)據(jù)，以此作為參照。如表1所示。

表1 不同測(cè)試環(huán)境下獲取的點(diǎn)位數(shù)據(jù)

結(jié)果表明：1) 基于事件仿真所測(cè)得的數(shù)據(jù)大于虛擬裝配下所測(cè)得的數(shù)據(jù)；2) 隨著電機(jī)速度減小，兩者測(cè)量值越接近；3) 當(dāng)電機(jī)速度增大過(guò)某一臨界值后，仿真測(cè)量結(jié)果不再改變，精度較差。

4 結(jié)語(yǔ)

該獲取點(diǎn)位的方法優(yōu)勢(shì)有：1) 解決了裝夾復(fù)雜曲面(無(wú)法與夾具構(gòu)建相切約束的曲面)時(shí)點(diǎn)位難以獲取的問(wèn)題。2) 在裝夾新工件時(shí)，只需將工件定位后，重新計(jì)算即可求解點(diǎn)位，減少了每次重新約束相切的工作。3) 批量讀取存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使得存儲(chǔ)數(shù)據(jù)能夠輕松與PLC等其他下位機(jī)進(jìn)行通訊。劣勢(shì)有：當(dāng)其定位精度要求較高且點(diǎn)位較多時(shí)，一次求解運(yùn)動(dòng)算例對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求較高。實(shí)際夾具存在零件制造誤差和安裝誤差，仿真數(shù)據(jù)需要根據(jù)其初始實(shí)際點(diǎn)位作相應(yīng)調(diào)整。

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