２０１７年４月第４５卷第７期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ａｐｒ畅２０１７Ｖｏｌ畅４５Ｎｏ畅７
DOI ：１０．３９６９／ｊ畅ｉｓｓｎ畅１００１－３８８１畅２０１７畅０７畅０３３
收稿日期：２０１６－０１－０９
基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究中重点资助项目（２０１５１５９）
作者简介：张耀娟（１９８１—），女，博士，副教授，研究方向为机械设计与制造。Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｙａｏｊｕａｎ０７１４＠１６３畅ｃｏｍ。
基于ＡＤＡＭＳ的五轴数控工具磨床磨削力仿真分析
张耀娟，杨克，刘维维
（北华大学机械工程学院，吉林吉林１３２０２１）
摘要：利用计算机三维建模与虚拟样机仿真技术建立自主研发的五轴数控工具磨床虚拟样机模型，对五轴数控工具磨床加工过程中砂轮磨削力的受力大小和变化趋势进行仿真，利用磨削力的理论计算公式验证了所建立的虚拟样机模型的有效性。研究了砂轮线速度、磨削深度、进给量对磨削力的影响，为五轴数控工具磨床的设计提供参考。
关键词：五轴数控工具磨床；磨削力；虚拟样机模型；影响因素
中图分类号：ＴＰ２０３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１－３８８１（２０１７）０７－１３１－４
Simulation Analysis on Grinding Force of Five －axis CNC Tool Grinder Based on ADAMS
ＺＨＡＮＧＹａｏｊｕａｎ，ＹＡＮＧＫｅ，ＬＩＵＷｅｉｗｅｉ
（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＪｉｌｉｎＪｉｌｉｎ１３２０２１，Ｃｈｉｎａ）
Abstract ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｔｈｒｅｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ（３Ｄ）ｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅＶｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅ
ｏｆｆｉｖｅ－ａｘｉｓｃｏｍｐｕｔｅｒｎｕｍｅｒｉｃａｌｃｏｎｔｒｏｌ（ＣＮＣ）ｔｏｏｌｇｒｉｎｄｅｒｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｓｉｚｅｏｆｇｒｉｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｃｈａｎｇｉｎｇｔｒｅｎｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｆｉｖｅ－ａｘ－ｉｓＣＮＣｔｏｏｌｇｒｉｎｄｅｒｗｏｒｋｉｎｇｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙｏｆｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｍｏｄｅｌｗａｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ．Ｗｈａｔ摧ｓｍｏｒｅ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓｓｕｃｈａｓｗｈｅｅｌｓｐｅｅｄ，ｇｒｉｎｄｉｎｇｄｅｐｔｈａｎｄｆｅｅｄｓｏｎｇｒｉｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅｗｅｒｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅａｒｅｆｅ－
ｒｅｎｃｅｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｆｉｖｅ－ａｘｉｓＣＮＣｔｏｏｌｇｒｉｎｄｅｒ．
Keywords ：Ｆｉｖｅ－ａｘｉｓＣＮＣｔｏｏｌｇｒｉｎｄｅｒ；Ｇｒｉｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅ；Ｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇｍｏｄｅｌ；Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｆａｃｔｏｒｓ
0 前言
五轴数控工具磨床是在三轴数控磨床的基础上增加了两个旋转轴，已经成为加工复杂曲面和高精度工具的主要手段。五轴数控工具磨床的优势在于具有较高的加工质量和较高的加工效率，而且只需要一次装
夹就可以完成复杂零件的加工［１－２］
。砂轮作为五轴数控工具磨床的加工刀具，其受力的大小和受力的变化趋势对砂轮的使用寿命和加工质量都有很大的影响。本文作者借助三维建模软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ和多体动力学软件ＡＤＡＭＳ对五轴数控工具磨床加工时的磨削力进行仿真分析，通过磨削力的理论计算公式验证了所建立的五轴数控工具磨床仿真模型的有效性。可以对五轴数控工具磨床加工时磨削力的大小和趋势进行仿真，能够为砂轮的选型和砂轮的寿命预测提供参考。
1 五轴数控工具磨床仿真模型的建立
在三维建模软件ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中建立五轴数控工具磨床的三维实体模型，再转化成多体动力学软件ＡＤ－ＡＭＳ可以识别的中性文件，导入到ＡＤＡＭＳ中建立五
轴数控工具磨床的仿真模型［３］
。根据五轴数控工具磨床的工作原理和重点分析的结构，将五轴数控工具磨
床简化成X 轴机构、Y 轴机构、Z 轴机构、B 轴机构、C 轴机构、机身６个部分。
2 X 轴机构
X 轴机构主要包括伺服电机、滚珠丝杠、导轨３个部分。伺服电机与丝杠间用转动副来模拟力矩的传递。如图１所示。滚珠丝杠之间用螺纹副连接，滚珠丝杠的导程为２０ｍｍ。如图２
所示。
图
１ 伺服电机与丝杠仿真模型
图２ 滚珠丝杠仿真模型
２畅１ Y 轴机构
Y 轴机构主要包括伺服电机、滚珠丝杠、导轨３个部分。各零部件的模拟形式与X 轴相同，Y 轴机构仿真模型如图３所示。
万方数据