Ｑ！ Ｑ： Ｑ ｉ ２ 高新技术 ＮｅＷ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｚｉｅｓ ａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ 基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ ＰＣＢ 数控钻床工作台的虚拟 装配与运动仿真 王建春 周松霖 王晓兵。 （１．四川科新机电股份有限公司，四川什邡６１８４００；２．西华大学机械工程学院，四川成都６１００３９； ３．西南石油大学机电工程学院，四川成都６１０５００） 摘要：基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件平台，建，Ｊ－ＰＣＢ数控钻床工作台的三维结构模型，并对建好的模型进行虚拟装配。展示了工 作台部分各零件间的装配关系，利用干涉检查和运动仿真，查找虚拟装配体中存在的问题，改进并完善装配体。虚拟装 配规范了装配工艺，对工作台的后续研发具有重大的意义。 关键词：Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ；工作台；虚拟装配；干涉检查；运动仿真 中图分类号：ＴＧ５０６ 文献标识码：Ａ 我国ＰＣＢ数控钻床目前存在的问题 导轨、直线电机、工作台面、导轨滑架、进和优化。对于动态干涉检查，可以使工 是：（１）零件的整体性差，累积误差 夹紧装置、机械手、刀具检测装置、限位 作台运动到加工的两个极限位置和理论位 大；（２）单一零件装配后达不到应有效 果，有些无法装配。（３）结构设计及优 化存在着一定问题。所以，我国的ＰＣＢ数 控钻床还需要不断的改进和提高。本文基 于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件，对钻床的工作台部分 进行虚拟装配和运动仿真。由此，可以很 好的了解工作台的装配关系、装配信息、 装配规划、装配路径、装配工艺，并规范 装配过程。 １工作台的工作原理 ＰＣＢ数控钻床的工作台（Ｙ轴）主要 由导轨、直线电机、工作台面、夹紧机 构、机械手、刀具检测装置、光栅尺位移 传感器等组成。导轨的作用是对工作台面 起支撑作用，并控制着工作台面的水平运 动方向。直线电机是提供工作台运动的动 力，直线电机直接控制着整个工作台Ｙ方 向的进给速度、进给加速度、定位精度与 重复定位精度。待加工的ＰＣＢ板上安装有 定位针，由工作台上安装的夹紧机构夹紧 定位针，保证ＰＣＢ板在加工过程中不会偏 移。机械手和刀具检测装置的作用分别是 对刀具的更换和刀具工作情况的检测。光 栅尺位移传感器是高精度的反馈装置，观 察和跟踪走刀误差，起一个补偿刀具误差 的作用。在钻孔过程中，待加工的ＰＣＢ板 由夹紧装置固定在工作台面上，直线电机 带动工作台面在水平方向（Ｙ轴）做往复 运动。工作台在移动过程中配合加工主轴 对ＰＣＢ板进行钻孔。在钻孑Ｌ时，根据加工 需要对刀具进行检测和更换。整个过程是 机械运动、气动、电动三者相互协调的过 程，工作台和钻孔主轴的精确定位，才能 保证钻孑Ｌ精度。 ２工作台零件的三维实体建模 器等。其中，标准件（比如：圆柱销和螺 置，进行多次工作台的来回运动，观察其 栓）可以直接在Ｔｏｏｌｂｏｘ插件的标准库中找 是否出现干涉。 到，直接插入而不需要建立模型。 ４工作台运动仿真 ３工作台虚拟装配 为了更详细的了解工作台的运动情 在完成工作台零部件模型后，根据 况，可利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中的运动算例功能 零部件之间装配约束关系，在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 快速、简洁地完成工作台的仿真运动。通 软件中进行虚拟装配。在装配过程中进行 过添加直线马达进行驱动来控制工作台的 相应的检验，对不合理的装配关系进行修 前后运动，通过设定键码点，来确定工作 改。在满足性能参数的条件下，对工作台 台从一个位置到另一个位置的顺序。运动 进行整体评估更改，实现工作台在装配中 仿真动画制作完成后，可查看工作台虚拟 的高效性。 装配体的运动效果。如果运动中观察到工 ３．１组建工作台装配体 作台存在干涉，则说明工作台存在缺陷， 装配体的组建是虚拟装配过程的核心 可以回到静态装配体中，对相应的零部件 步骤，它展示了工作台的整个装配过程， 进行更改，完善装配体。若确认无误，可 并能根据这个过程得到装配工艺。根据装 将动画保存为ＡＶＩ格式视频文件，方便携 配方式的不同，装配过程可分为两种： 带、教学与演示等。 是自底向上（ｄｏｗｎ—ｔ０ｐ），二是自顶向 结语 下（ｔｏｐ—ｄｏｗｎ）。两种装配方式优缺点各 利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件对ＰＣＢ数控钻床驱 在此次的虚拟装配过程中，笔者采用 动工作台进行虚拟装配。基于Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ 两种方法相结合的方式进行装配。对于能 软件平台，采用合理的建模方法，快速高 够提高工作台性能，尺寸改动范围大的零 效构建工作台三维模型，通过虚拟装配技 件，采用自顶向下的装配方式，比如：夹 术，实现工作台整体的正确安装和拆卸， 紧装置、机械手等；对于固定的、不可变 方便技术人员清楚了解工作台的结构和工 的零件以自底向上的装配方法，比如：底 作原理，并制定相应的装配工艺。能适时 座、导轨等。本文中，由于工作台零件很 地、方便地进行修改替换和制定装配工 多，装配过程复杂。实际的工作台装配体 艺，提高装配效率、缩短装配时间。很大 分为两个步骤：初装和总装。即先将一些 程度上降低了企业研发和试验成本，为产 零部件装成子装配体完成初装，然后再将 品研发提供了参考依据。 子装配体装配成整体完成总装。因此，在 参考文献 建立工作台的装配体时，先建立子装配 ［１］王冰，王成勇，汤宏群，等．印刷电路 体，再建立整体装配体。为了便于观察位 板高速数控钻床的特点及关键技术ｆ７］．工 置关系，建模后可选择爆炸视图对装配体 具技术，２００９，４３（１２）：３－５． 进行全方位观察。 ｆ２１王星，宋富民，等．ＰＣＢ数控钻孔机 一一，３．２干涉检查 开发与应用综述【Ｉｌｌ电子工业专用设备， 工作台虚拟装配好后，需对其进行干 ２００９（Ｏ４）：３０—３６． 在进行虚拟装配技术和运动仿真之 涉检查。干涉检查能够检查出工作台零件 ［３１马飞达，蔡长韬，蔡良金．基于ｓｄｊ ∞ ｓ 前，均要正确的建立工作台零部件的三维 间出现错位、重合等问题。保证工作台符 印制板钻床ｚ轴的虚拟装配【『】．设计与研 模型。因此，正确建立工作台的三维模 合实际加工和运行的要求。对于静态的装 型，是实现虚拟装配和动态仿真的基本要 配体，干涉检查可以直接检查出工作台内 求。根据实际测量，利用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件 部发生装配冲突的区域，并高亮标出。方 建立工作台零件的三维模型。其主要包括 便设计人员对产生装配冲突的零件加以改 究，２０１３（０５）：８Ｏ一８３． 【４１郑太雄，何玉林，杜静．基于虚拟装配 特征的虚拟装配研究 机械科学与技术， ２００４（０７）：８７２－８７５． 中囤新特术新产鼎 一 一