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1、第18卷第2期20 08年6月江汉石油科技JIANGHAN PETROL EUMSCI E NCE AND TECHNOLOGYVol.18No.2Ju n.2( X )8应用PRO/ E进行工装干涉分析研究吴文(江汉石油钻头股份有限公司)摘要通过在PRO/E中对数控轴钻工装干涉模型的建立和研究,探索出一种切实可行的牙轮钻 头工装干涉分析三维建模研究的方法,这种方 法 可以应用于我们的产品设计和工艺设计过程中,可以起到优化设计的作用,通过设置运动实现对机床加工的仿真,通过设置干涉体积和 间隙等PRo /E系统内参数,提供运动过程中所监控和分析的参数以便确定是否发生 干涉。通过敏感度分析、可行,
2、田优化性分析工具,分析研究得到临界值,进而通过此 临界值确 定所研究参数的设计范围,对设计起到指导作用。主题词PR O/ E干涉分析运动分析设计人员在设计新品种时常常遇到需要确定所设计的新品种在生产线上是否发生夹具和刀具的干涉,即设计者要对自己的设计可行性要有概念性的认识。以背锥齿孔的设计为例,如果背锥角度设计小了,或背锥齿孔靠近底平面近了,在数控轴钻上实际加工时,就容易发生主轴头与机床工件夹持系统干涉问题。如果我们建立了三维模型,就可以直接检测出干涉是否会发生,进一步可以分析出发生干涉的临界值,从而对我们的设计改进提供了依据。1以数控轴钻为例建立干涉模型根据数控轴钻实际加工中的情况,发生干涉
3、的部分是数控轴钻机床工件夹持系统总成中的底部座体和数控轴钻主轴头体总成中的主轴头,因此我们只需要建立数控轴钻机床工件夹持系统总成和数控轴钻主轴头体总成即可。需要分别对每个总成中的零件分别建模再建立组装模型。需要用到PRO/E建模方法中的拉伸和旋转。所有模型的单位系统均为m mns。1.1机床工件夹持系统总成建模数控轴钻机床工件夹持系统包括夹持系统的底部座体、垫高块、涨簧座、牙轮,其 中垫高块是可选件,在实际使用中一般不需使用,当所要加工的背锥齿孔位置较靠近牙轮底平面或背锥角度较小时,就要使用垫高块避免发生干涉。各模型除牙轮外,其余是按照现有工装夹具的实际尺寸1比1建立模型的。在数控轴钻的干涉分
4、析模型中,牙轮包括牙轮上的齿孔参数是变化的,其它模型基本固定。我们所要研究的就是不同的牙轮背锥齿孔参数对于干涉结果的影响,特别要说明的是实际加工一圈背锥齿孔时,每个孔的加工位置都是相同的,只是它们在牙轮上的分布角度不同而已,因此,我们可以只研究一个背锥齿孔的情况,所以在建立牙轮模型时只需要建立一个背锥齿孔的模型。并且在建立背锥齿孔的模型时,要用减材料和旋转建模的方法,这样就可以产生一个轴线,这个轴线非常重要,在后面的分析模型建立中,它是装配约束条件之一。机床工件夹持系统总成包括涨簧座、底部座体、和牙轮。本来数控轴钻有两座两轴,为了研究方便,简化为一座一轴。建立好的模型见图1。1.2主轴头体总成
5、建模数控轴钻主轴头体总成包括主轴头、夹头体、夹头螺母、钻铰刀。钻铰刀按照伪.3 5mm露 出弹簧夹头的长度40m m建立模型。在实际加工背锥齿孔过程中,钻铰刀露出弹簧夹头的长度一般都在4 0-5 0m m之间,选择4 0mm可以保证分析模型分析结果的安全,主轴头体的各个尺寸参数是在机床上实际测量的,其余模型的尺寸均来源于图纸。建模时将内部的在外部看不见的实体部分省略,如夹头体只做了下半部分,嵌人在主轴头里的部分没必要做出。建立好的模型见图2。作者简介吴文,男,l期年毕业于石油大学(华东)工业自动化专业,工程师,现从事三牙轮钻头的设计研究工作。第2期吴文:应用PRO /E进行工装干涉分析研究图1
6、机床工件夹持系统总成图2主轴头体总成1.3干涉模型的建立方法干涉模型的建立要依据所研究的对象,如在实际加工中,哪一个过程出现干涉,那我们就要对那一个过程进行运动仿真,再设立干涉体积参数,建立运动分析,在运动中对干涉体积进行计算,用干涉体积的变化来判断是否有干涉发生。以数控轴钻的加工背锥齿孔的过程为例,可能发生干涉的过程是钻背锥齿孔时,主轴头与座体之间的干涉。在这一过程中,主轴头体总成从高处向下运动,直到加工的齿孔到位,即钻铰刀底面和背锥齿孔底面重合。在三维模型中,需要建立一个运动来仿真上述过程。由于是一个从上到下的直线运动,在设置分析模型的装配时,连接的类型是滑动杆。需要用到PRO/ E的机械
7、部分的相关功能。干涉模型实际上也是一个装配模型,只是它具有它的特殊性。用前面建立好的两个总成直接进行装配。下面以建立f en xi一5 7 一0.asm为例详细说明干涉模型的建立步骤。启动PRO/E点击文件新建菜单,选择组件输人要建立的组件模型名称后确定。在缺省位置装配机床工件夹持系统,选择主轴头体总成再次装配,在元件放置对话框中点击连接,连接的类型选择滑动杆,在约束栏中设置轴对齐,再设置旋转,适当修改两模型的相对位置和方向,完成模型的放置。加人伺服电动机,选择轮廓选项卡,选择速度、初始位置输人为一50 0,模选择常数,值为5 0,这些数值可以按照实际情况修改成其它数值,此时在PRo/E主窗口
8、中显示的装配模型中绿色部分代表固定部分,青色部分代表运动部分,紫色向下箭头代表运动方向,完成伺服电动机设定。设置连接轴,选择连接轴,在零参照选项卡中勾上指定参照,青色主体参照选择钻铰刀的下端面,绿色主体参照选择齿孔底面,连接轴位置输人0后确定。这样做的目的是使每次运动仿真结束点上,牙轮背锥齿孔底面和钻铰刀底面重合,使钻铰刀运动到所要达到的位置。点选组件一机械一分析,出现分析对话框,点击新增,设置相关参数。最小时间按默认值0.15设置,此值越小越精确,但需要的计算时间就越长。初始位置为5印,运动速度为5 0111111/s,这样主轴头体总成会运动1 05,最小间隔是0.15,这样我们就可以在运动
9、过程中得 到1田个采样点,每个采样点PRo /E系统都会计算干涉体积,在后面的分析中,系统就会产生横轴为时间,纵轴为干涉体积的图表曲线。插人一个分析特征,选择模型分析,在类型中选择对间隙,从所有子组件选择主轴头体总成,到所有子组件选择机床工件夹持系统总成,点击计算后点击关闭,创建图元间的最小间隙CLEAR ANCE,干涉状态INTER FER ENCE一STATUS和干涉体积I N花R-FERE NCE_V OLUME三个参数。点选系统主菜单分析一运动分析,出现运动分析对话框,点选想要分析的参数,点击运行就可以进行分析。分析过程中显示的动态图中横坐标是时间,纵坐标是干涉体积,在运动分析结果栏中
10、显示了整个运动分析过程中干涉体积的最大值和最小值。2用建立好的数控轴钻干涉分析模型进行分析用建立好的分析模型进行分析,牙轮背锥齿孔参数如表l。表1牙轮背锥齿孔参数表参数数值中D6.3 5H4.6W16.95X37Y32,9邓7用这些数据重新生成牙轮实体零件,再打开分析模型,选择运动分析,选择I N犯RFER ENCE一VOL-UME,分析过程中产生的干涉体积图表,见图3 (横坐标:Y值,单位:,解释:钻完一个牙轮背锥孔时,主轴头体总成的Y值为0,主轴头体总成向上运动,Y值为正值。纵坐标:干涉体积,单位:,),从图中可以看出,在整个运动的最后阶段发生了干涉,最大干涉体积是2 2 2 4.4 8m
11、m 3。干涉的部分及其放大见图4,可以清楚地看见有一小部分体积重叠。接着用敏感度分析,研究Y值变化对干涉体积的影响。具体方法和步骤详述如下:首先打开灵敏度分析对话框,在变量选择中点击尺寸选择牙轮中剪切特征,选择Y对应的尺寸d 6,在需放样的参数中选择IN花RFERENCE少OL UME,步数填人20,最后点击计算,这样就会得到有2 0个采样点的曲线图表,见图5所示,干涉与不干涉的临界点在第1 3点和第1 4点之间。由于Y值得取值范围在2 9.6 1-3 6.1 9之间,因此第1 3点和第1 4点的值计算如下:Y 13二2 9.61+(36.19一2 9.61)x12/ 19=33.76Y 14
12、二2 9.61+(36.19一29.61)xl3/19二34.11如果步数越多,计算的结果会越精确,但会花费更多的时间,对系统的性能要求也更高。从图5 (横坐标:Y值,单位:,解释:钻完一个牙轮背锥孔时,主轴头体总成的Y值为0,主轴头体总成向上运动,Y值为正值。纵坐标:干涉体积,单位:,)也可以看出当Y值大于 3 4.1 1时不会发生干涉,即Y值的设计范围应该大于 3 4.11m m。这也体现了本分析模型对设计的指导意义。以上就是用建立好的干涉分析模型进行分析的典型过程,用PRO/ E提供的运动分析、敏感度分析、可行性/优化性分析工具,对Y值进行分析优化和研究,取得其临界值,指导我们的设计。3
13、结束语通过数控轴钻工装干涉分析三维建模研究,探索出一种切实可行的牙轮钻头工装干涉分析三维建模研究的方法,这种方法可以应用于我们的产品设图4干涉部分及其放大图第2期吴文:应用PRO /E进行工装干涉分析研究外锥刀具与涨簧座干涉模型、牙掌车轴颈刀具与水孔端面干涉模型等等。应用此方法还可以对机床的实际加工状况进行仿真和分析,而且这种仿真和分析过程具有高效直观的特点,无须任何成本。起到了在设计过程中指导和配合设计的作用,优化了我们的设计。随着我公司PRO/E应用层次的不断深人,它的很多更高级的功能会为我们的工作带来方便和效率。参考文献计和工艺设计过程中,可以起到优化设计的作用,同时用这种方法可以建立其
14、它牙轮钻头工装干涉分析模型,如牙轮半精车内孔卡爪与刀具干涉模型、粗车1黄圣杰、张益三、洪立群,P Ro /ENG IN EER Z加1高级开发实例.电子工业出版社,期2.22林清安.P Ro /ENG IN EER Z仪旧i零件设计高级篇.北京大学出版社,2的1.3(编辑胡素梅)江汉油田200 7年油气勘探取得显著成绩1.坚持深化老区勘探,取得3个重要进展进展之一:深化地质规律研究,江汉盐湖盆地形成3个增储领域。一是加强古构造面貌控制下的精细沉积微相研究,在潜江凹陷北部明确 了周返一张港、蚌湖向抖东南抖坡两个岩性圈闭发育带,先后发现严7、周1 6、周1 9、黄1 7等高产含油区块,初步形成了以
15、王场油田为中心的叠合含油连片态势;二是开展构造演化及层序地层学研究,江陵凹陷万城断层下降盘岩性油藏勘探取得新发现,万1 2、万1 3井钻探相继成功,证实该区是下步寻找储量规模的含油新区带;三是通过古构造面貌恢复、精细沉积微相及成藏主拉因素研究,证实潜江凹陷南部老新一建新地区为构造一岩性油藏勘探有利区带,发现何家台含油新区块,老新油田实现叠合含油连片,总3井区沙市组获工业油流。进展之二:加强沉积微相和油气富集规律研究,八面河地区呈现3个含油连片的趋势。一是在层序地层学和沉积微相研究指导下,对面13 8块沙三上岩性油藏再认识,钻探面 1 37一5井,获工业油流。二是开展精细小层对比研究。三是深化面
16、1 4区沙四段一砂组滩坝砂体储层展布认识,开展油层复查,加强油层改造工艺攻关,解放了低渗透薄油层,部署4口井均获工业油流。进展之三:加大成藏机理研究及钻采工艺技术攻关 力度,盐间非砂岩油藏勘探取得新进展。重点针对储层识别与评价、储层改造、完井方式等方面开展基础研究和矿场试验,取得了一 些新认识和进展。一是深入开展沉积相和储层评价研究,明确 了相对富集区带和相对富集层段;二是以保护储层、改造储层为目的,开展了裸眼完井、套管完井工艺试验。2.加快海相新区勘探节奏,天然气勘探呈现大发现的良好态势一个重大突破:建深1井志留系勘探取得重大突破。进展之一:郑西渝东区龙8井获工业气流。进展之二:在层序地层学、沉积相研究的基础上,通过地震资料预测,发现三 星伴月生物礁滩和黄莲峡生物礁群。进展之三:通过区带评价和目标优选,证 实平原海相牌洲构造保存条件优越。摘自方志雄经理江汉油田油气勘探开发形势报告
