氣力排種輪CAD/CAE/CAM技術(shù)研究

2013-08-05 by:廣州cad教學(xué)中心來(lái)源:仿真在線

0 引言

CAD/CAE/CAM即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)/計(jì)算機(jī)輔助工程/計(jì)算機(jī)輔助制造,是計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)值計(jì)算、機(jī)械設(shè)計(jì)、制造技術(shù)相互結(jié)合與滲透的一門綜合性應(yīng)用技術(shù)。它不僅改變了人們?cè)O(shè)計(jì)、制造產(chǎn)品的常規(guī)方式,充分發(fā)揮了設(shè)計(jì) 人員的創(chuàng)造性,同時(shí),還可以大大提高企業(yè)的管理水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 CAD/CAE/CAM技術(shù)在航空航天、汽車、造船、機(jī)床制造等領(lǐng)域的應(yīng)用已比較成熟 ,但是在國(guó)內(nèi)農(nóng)機(jī)行業(yè)的應(yīng)用還處于發(fā)展階段。

氣吹式排種器是一種性能良好的排種方式,排種輪是其關(guān)鍵零件。筆者曾參與研制了氣吹式精密播種裝置并對(duì)排種輪的型孔形式進(jìn)行了研究,發(fā)現(xiàn)橢圓錐型孔的排種雜交水稻的均勻性高,空穴率低。本文以氣力排種輪為例,對(duì)CAD/CAE/CAM技術(shù)進(jìn)行了初步研究。

1 排種輪CAD/CAE/CAM系統(tǒng)組成

排種輪CAD/CAE/CAM系統(tǒng)要完成其功能,必須具有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個(gè)方面的保證,其系統(tǒng)組成如圖1所示。硬件系統(tǒng)有計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備和加工設(shè)備組成,如主機(jī)、存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè) 備和NC機(jī)床等;軟件系統(tǒng)通常有支程序及相關(guān)文檔,包括系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。支撐軟件是CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的核心,一般包括二維繪圖軟件 (AutoCAD)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理軟件(ORACLE, FOXPRO等)、CAD軟件(proe, UG, SOK丁 DWORKS, CAXA,CATIA,IDIAS等)、CAE軟件(ANSYS, NASTRAN,ABAQUS,ADINA, SAP 等)、CAM軟件(UG,MasterCAM,proe, CATIA, CIMATRON等)。在本項(xiàng)研究中,排種輪CAD軟件采用proe, CAE軟件采用ANSYS,CAM軟件采用MasterCAM。

2 排種輪CAD/CAE/CAM技術(shù)應(yīng)用

2.1 排種輪的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (CAD)

采用proe軟件進(jìn)行排種輪的CAD設(shè)計(jì)。該軟件是美國(guó)PTC公司1989 年開發(fā)的三維CAD/CAF/CAM軟件,尤其以其強(qiáng)大的CAD功能著稱。它以單一數(shù)據(jù)、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)性和工程數(shù)據(jù)再利用等改變了傳統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)理念, 是非常普及的一個(gè)系統(tǒng)。

筆者設(shè)計(jì)制造的氣力播種試驗(yàn)裝置基本結(jié)構(gòu)。

排種輪主要參數(shù)為:橢圓錐型孔錐角50°,孔深lOmm;橢圓展開圖大端長(zhǎng)軸 19.3mm,短軸13.3mm;推種槽寬1.5mm,深2mm;每周共有10個(gè)型孔均勻分布在外徑為 106mm的排種輪上。采用proe軟件建立排種輪的3D模型。

2.2排種輪的計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)

CAE的核心技術(shù)是有限元理論和數(shù)字計(jì)算方法,用計(jì)算機(jī)輔助求解復(fù)雜工程和產(chǎn)品的力學(xué)性能及結(jié)構(gòu)性能的優(yōu)化設(shè)計(jì)等問題。采用ANSYS軟件對(duì)排種輪進(jìn)行CAF分析,該軟件由美國(guó)ANSYS公司于1970年研究開發(fā),是一個(gè)融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通用有限元分析軟件。ANSYS分析工程問題的基本流程包括前置處理、解題程序和后置處理等。

為了對(duì)排種輪進(jìn)行CAE分析,先將proe建立的3D幾何模型導(dǎo) 入CAE軟件ANSYS,單元類型采用SOLIDE45 3D結(jié)構(gòu)實(shí)體單元,如圖4所示(為六面體 8節(jié)點(diǎn)單元,可退化為三棱柱6節(jié)點(diǎn)或四面體4節(jié)點(diǎn)單元)。適當(dāng)控制網(wǎng)絡(luò)等級(jí),采用自由網(wǎng)格劃分方法,最后建立的排種輪有限元模型如圖5所示。其共具有22091 個(gè)節(jié)點(diǎn)和93758個(gè)元素。結(jié)合材料特性、幾何條件、外力和邊界條件等可以對(duì)排種輪進(jìn)行相關(guān)的CAE分析、計(jì)算和優(yōu)化設(shè)計(jì),以提高產(chǎn)品性能,縮短設(shè)計(jì)周期。

2.3 排種輪的計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)

廣義的CAM指利用計(jì)算機(jī)輔助完成從生產(chǎn)準(zhǔn)各到產(chǎn)品制造整個(gè)過程的活動(dòng),而狹義的CAM通常指數(shù)控(NC)加工,其輸入信息是零件的工藝路線和工序內(nèi)容,輸出信息是刀具加工時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡(刀位文件)和數(shù)控程序。由于普通機(jī)床難以加工排種輪的橢圓錐型孔,考慮用數(shù)控機(jī)床(或加工中心)進(jìn)行加工,采用CAM軟件MasterCAM進(jìn)行NC編程。

MasterCAM軟件是美國(guó)CNC Sofitware INC公司1981年所研制開發(fā)的 CAD/CAM系統(tǒng),特別以其強(qiáng)大的CAM加工功能聞名于世,是工業(yè)界和學(xué)校廣泛采用的軟件系統(tǒng)。MasterCAM可以直接讀取proe建立的排種輪3D實(shí)體模烈。設(shè)定毛坯大小及其中心與系統(tǒng)坐標(biāo)系原點(diǎn)重合,工藝分析采用粗精銑削加工。

編制的刀具路徑如下:

型孔曲面挖槽粗加工(M4.40 平刀)—曲面等高外形精加工(M4.40平刀)—刀具路徑復(fù)制平移—曲面流線精加工 (M.400平刀)—刀具路徑復(fù)制平移—曲面流線精加工(M2.00平刀) —刀具路徑復(fù)制平移—螺旋式漸降斜插外形銑削(M1.00平刀〕 —刀具路徑復(fù)制平移。

這樣就可以完成軸向一排橢圓錐型孔的加工 ;通過分度頭的分度,即可以完成加工周向多排孔。

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