张文泽1 段景文2
郑州飞机装备有限责任公司 河南省郑州市450000
摘要：作为能够保证加工轴类工件时，自定新性能和加紧性能的关键部件，自定心中心架的中心位精度，直接影响了整个动力系统的加工效率和加工精度。因此，可以通过建立多缸体系统运动学方程，同时运用ADAMS多体动力学仿真软件，对自定心中心 架做出运动学仿真分析以及动力学仿真。期望本文能够为自定心中心架的优化设计提供一定的理论参考。
关键词：自定心中心架；动力学分析；运动学分析；仿真
引言
近年来，随着我国工业技术的不断发展，国内学者对自定心中心架的研究，主要体现在以以凸轮结构为主的自定心中心架上。本文主要利用ADAMS多体动力学仿真软件，对自定心中心架做运动学仿真分析，以及其在有无磨削力作用下的自定心中心架动力学仿真分析。主要探讨在不同磨削力的大小下，会产生怎样的滑块式自定心中心架驱动力，从而使得三个夹头处的夹紧力趋于平衡，从而大幅度提高零件的加工精度。
1滑块式自定心中心架
本文将机械定心结构作为主要研究对象，其中包含上下两个机爪，一个中间滑块。其中，上下两个机爪上各庄有一个滑轮，一共有两个滑轮，两套定位块，四个定位杆。特别是在上下两个机爪上，以及中间的滑块上均有夹头，也就是由三个夹头组成的三爪夹持结构。除却此内部结构之外，外部箱体包括上下左右四个侧板。
2自定心中心架运动学仿真
选择上下支臂与水平线的夹角成40°定位斜面与水平线的夹角成80°的仿真工况，完成三维模型在SolidWorks中创建、简化处理及虚拟装配调试之后，利用ADAMS中的导人文件功能把模型文件导人到仿真环境中，在虚拟样机环境中给滑块式自定心中心架添加运动幅的约束条件，完成滑块式自定心中心架的虚拟样机模型的建立。
2.1模型的简化处理
滑块式自定心中心架的零部件多，为了便于分析，此处将其结构进行简化，结合参数化结构模型和力学模型，把滑块式自定心中心架系统简化为只包含外部箱体，上、下机爪，中间滑块，上、下滑轮的模型,在此基础上进行仿真分析。
2.2约束和驱动的添加
将滑块式自定心中心架的零部件导人ADAMS软件中后，给仿真环境中的零部件添加运动副的约束和驱动副的约束，对滑块式自定心中心架进行运动副约束和驱动约束的添加，使之模拟实际工况来进行虚拟样机仿真分析的研究。仿真分析前作如下假设: (1) 滑块式自定心中心架外部箱体的自由度为0。(2) 中间滑块的自由度为1,中间滑块只有一个坐标方向上向前或向后的直线运动。本文考虑的重点是滑块式自定心中心架夹持工件过程中的运动及受力情况，对其模型添加约束和作用力:①中心架外部箱体与坐标系(此处为Ground )之间添加1个固定副( FixedJoint)约束;②中间滑块与外部箱体之间添加1个移动副( Translationl Joint) ;③上、下机爪与中间滑块分别添加1个移动副( TranslationlJoint) ;④上、下滚轮相应与上、下机爪分别添加1个转动副( Revolute Joint )。
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2.3接触约束的添加
2.3.1基于碰撞函数的接触力计算方法
接触碰撞模型将碰撞过程基于系统中两部件从自由运动状态到接触挤压变形状态的两个阶段。本文研究基于非线性等效弹簧阻尼模型8-9),其中,非线性等效弹簧阻尼模型的一般 表示形式为
2.4运动过程仿真结果
设定中间滑块向夹持方向伸出的移动速度为1 mm/s，仿真时间设置为1 s，运行仿真结果在ADAMS软件的后处理模块一Post-Processor 中查看。上夹头和下夹头的移动速度幅值与设定的中夹头的幅值相等，自定心中心架的3个夹头朗向定心位置移动的速度幅值相等均为1 mm/s, 在相同的时间内移动的距离也是相等的。
3自定心中心架夹紧力的仿真分析
3.1无磨削力作用下约束和驱动的添加
本文主要研究无磨削力作用下夹头的夹紧力在中心架夹持过程中，3个夹头夹持被加工工件，在液压驱动力的作用下，中间滑块推动上、下机爪运动，夹头与工件相互挤压会产生夹紧力，中心架3个夹头产生的夹紧力是本章研究的主要内容。在运行仿真的过程中，可以用夹头与工件之间的接触力来仿真夹紧力。研究重点是滑块式自定心中心架夹持工件的受力情况，对其模型添加如下约束和作用力:(1)中心架外部箱体与坐标系(此处为Ground )之间添加1个固定副( Fixed Joint )约束;(2)中间滑块与外部箱体之间添加1个移动副( Translationl Joint) ;(3)上、下机爪与中间滑块分别添加1个移动副( Translationl Joint) ;(4)上、下滚轮相应与上、下机爪分别添加1个转动副( Revolute Joint ) ;(5)上、下滚轮与外部箱体之间添加三维
接触力( Contact) ;(6 )中间滑块末端添加1个驱动力( Force);(7)上、中、下3个夹头与工件之间添加三维接触力( Contact)。
设定仿真时间为5 s/500步，要得到接近实际工况的仿真结果。实际工况中，自定心中心架的夹紧过程是夹头与工件发生碰撞，以及工件与夹头接触后发生弹性变形的过程，在夹紧力的仿真结果中，夹头与工件的夹紧力不是在两部件接触后直接产生的，其夹紧力的产生过程是两部件接触后发生碰撞继而出现接触力。在仿真结果中具体体现为，在仿真时间开始，接触力突变，此后趋于稳定10。
5结语
通过创建滑块式自定心中心架虚拟样机模型，采用ADAMS多体动力学仿真软件对自定心中心架作了运动学仿真分析及无磨削力作用下和有磨削力作用下的自定心中心架动力学仿真，在有、无磨削力作用下模拟实际工况，研究了不同驱动力对中间滑块的中夹头及上、下夹头与工件的夹紧力的变化曲线，本研究的设计方法和思路可以为同类机构的设计提供参考。
参考文献
[1] Carrino L, Giordeo G, Polini W, et al. Dimensional errors in longitudinal turning based on the unified generalixed mechanics of cutting approach [J]. Intermational Journal of Machine Tools
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