基于SolidWorks的高速主軸設計系統開(kāi)發(fā)
針對機床主軸傳統設計方法生產(chǎn)周期長(cháng)、成本高、設計修改不方便且難以滿(mǎn)足產(chǎn)品快速多變需求這一難題，充分利用計算機技術(shù)及CAD 軟件的優(yōu)勢，使用Delphi 編程語(yǔ)言對SolidWorks 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，構建了一個(gè)基于數字化技術(shù)，集機床高速主軸設計、分析于一體的機床高速主軸數字化系統，實(shí)現對主軸組件的參數化建模。通過(guò)系統的運行和實(shí)驗表明，該系統能夠在進(jìn)行高速主軸設計時(shí)，可以避免重復設計過(guò)程，縮短設計周期，降低設計成本，具有較高的實(shí)用價(jià)值和應用前景。
1、引言
作為當今比較流行的先進(jìn)制造技術(shù)之一，高速切削技術(shù)的發(fā)展和應用首先依賴(lài)于性能優(yōu)良的高速數控機床；而高速數控機床的工作性能，首先取決于高速主軸。主軸系統是機床的重要部件，對高速精密數控機床來(lái)說(shuō)，其精度主要受主軸系統的幾何精度、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛度的影響。因此主軸組件的設計分析是整個(gè)機床設計分析的重要步驟。由于主軸組件的設計內容復雜，傳統的設計方法具有周期長(cháng)、成本高、設計修改不便及重復性工作量大的缺點(diǎn)，因此很難滿(mǎn)足產(chǎn)品快速多變的需要。針對此問(wèn)題，充分利用計算機的計算、存儲和管理等功能，基于SolidWorks 進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，設計了一套專(zhuān)用于機床高速主軸組件設計分析過(guò)程的數字化系統。利用系統，用戶(hù)可在很大程度上減少重復設計過(guò)程，縮短設計周期。同時(shí)，系統還具有可回溯性和快速修改的功能，為進(jìn)一步的結構優(yōu)化設計提供了基礎。
2、關(guān)鍵技術(shù)介紹
2.1、Delphi
選用Delphi 語(yǔ)言作為開(kāi)發(fā)工具。Delphi 是一個(gè)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，使用的核心是由傳統Pascal 語(yǔ)言發(fā)展而來(lái)的Object Pascal，以圖形用戶(hù)界面為開(kāi)發(fā)環(huán)境。利用Delphi 可方便快速地建立強大的數據庫應用程序，數據庫應用程序可以和Sybase、Microsoft SQLServer、Informix 和ODBC 數據源等一起使用。
2.2、SolidWorks
SolidWorks 軟件是世界上第一個(gè)基于Windows 開(kāi)發(fā)的三維CAD 系統，它采用了與Unigraphics 相同的先進(jìn)底層圖形核心。作為一種基于特征的參數化、變量化的設計技術(shù)，SolidWorks 具有使用操作方便、簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)。同時(shí)，它還為用戶(hù)提供了采用標準Windows“對象鏈接與嵌入”技術(shù)(OLE)及“部件對象模式”技術(shù)(COM)的應用程序接口[4-5]，有利于二次開(kāi)發(fā)技術(shù)的實(shí)現和應用。
2.3、Access 數據庫
Access 是一個(gè)數據庫管理系統[6]，是Office 辦公軟件中極為重要的組成部分。與其他數據庫管理系統(如Visual Foxpro)相比更簡(jiǎn)單易學(xué)，足以滿(mǎn)足一般的數據管理及處理需要，配上合適的數據訪(fǎng)問(wèn)手段，能滿(mǎn)足多用戶(hù)，多線(xiàn)程的訪(fǎng)問(wèn)。在系統訪(fǎng)問(wèn)量及數據量不是很大的情況下，在桌面數據庫系統的開(kāi)發(fā)中很有優(yōu)勢。采用Access 數據庫對主軸設計參數及相關(guān)數據進(jìn)行管理，在A(yíng)ccess 數據庫中建立如主軸的相關(guān)尺寸參數、主軸材料、鍵及軸承等數據表，通過(guò)對這些數據表的調用和編輯來(lái)完成對主軸的設計、修改和三維實(shí)體模型的生成、修改。
3、高速主軸數字化設計系統總體結構
根據機床高速主軸組件設計、分析的要求，系統的總體結構圖，如圖1 所示。分為高速主軸設計計算模塊和三維實(shí)體建模模塊。
圖1 系統總體結構圖
其中，設計計算模塊主要由主軸尺寸選擇與確定、軸承選擇與校核、鍵選擇與校核、主軸安全系數、強度、徑向剛度校核等部分構成；三維實(shí)體建模模塊主要由主軸實(shí)體模型自動(dòng)生成、主軸組件其它零件生成、虛擬裝配、檢查干涉等部分構成。
圖2 系統運行流程圖
系統運行流程圖，如圖2 所示。由圖2 可以看出，系統可將主軸設計的復雜過(guò)程設計成可回溯、可修改的模式，如果當前的設計不正確或分析結果認為不合理，可以回到最初的步驟重新開(kāi)始，但是新一輪設計是在原有基本設計參數基礎上進(jìn)行修改，而非全面的重新設計，故可大大節省設計時(shí)間與成本。
6、結論
所開(kāi)發(fā)的機床高速主軸設計系統為一數字化技術(shù)與CAD技術(shù)及二次開(kāi)發(fā)技術(shù)相結合的設計平臺，符合企業(yè)和用戶(hù)的實(shí)際需求。系統的開(kāi)發(fā)具有以下特點(diǎn)：(1)充分利用計算機的計算、存儲和管理等功能，使設計過(guò)程具有可回溯性；(2)對三維圖形軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)實(shí)現對零件的參數化建模；(3)將設計與分析相結合，提高了設計效率，為設計人員節省了大量時(shí)間。雖然設計系統可以自動(dòng)生成三維實(shí)體模型，但自動(dòng)生成工程圖的功能模塊還未開(kāi)發(fā)。另外在本系統的基礎上繼續對零部件進(jìn)行有限元分析和動(dòng)態(tài)仿真模塊開(kāi)發(fā)將是下一步研究的重點(diǎn)。
