氣力排種輪CAD/CAE/CAM技術研究

2013-08-05 by:廣州cad教學中心來源:仿真在線

0 引言

CAD/CAE/CAM即計算機輔助設計/計算機輔助工程/計算機輔助制造,是計算機技術與數值計算、機械設計、制造技術相互結合與滲透的一門綜合性應用技術。它不僅改變了人們設計、制造產品的常規方式,充分發揮了設計人員的創造性,同時,還可以大大提高企業的管理水平和市場競爭力。 CAD/CAE/CAM技術在航空航天、汽車、造船、機床制造等領域的應用已比較成熟 ,但是在國內農機行業的應用還處于發展階段。

氣吹式排種器是一種性能良好的排種方式,排種輪是其關鍵零件。筆者曾參與研制了氣吹式精密播種裝置并對排種輪的型孔形式進行了研究,發現橢圓錐型孔的排種雜交水稻的均勻性高,空穴率低。本文以氣力排種輪為例,對CAD/CAE/CAM技術進行了初步研究。

1 排種輪CAD/CAE/CAM系統組成

排種輪CAD/CAE/CAM系統要完成其功能,必須具有硬件系統和軟件系統兩個方面的保證,其系統組成如圖1所示。硬件系統有計算機及其外圍設備和加工設備組成,如主機、存儲器、輸入輸出設備和NC機床等;軟件系統通常有支程序及相關文檔,包括系統軟件、支撐軟件和應用軟件。支撐軟件是CAD/CAE/CAM系統的核心,一般包括二維繪圖軟件 (AutoCAD)、數據庫管理軟件(ORACLE, FOXPRO等)、CAD軟件(proe, UG, SOK丁 DWORKS, CAXA,CATIA,IDIAS等)、CAE軟件(ANSYS, NASTRAN,ABAQUS,ADINA, SAP 等)、CAM軟件(UG,MasterCAM,proe, CATIA, CIMATRON等)。在本項研究中,排種輪CAD軟件采用proe, CAE軟件采用ANSYS,CAM軟件采用MasterCAM。

2 排種輪CAD/CAE/CAM技術應用

2.1 排種輪的計算機輔助設計 (CAD)

采用proe軟件進行排種輪的CAD設計。該軟件是美國PTC公司1989 年開發的三維CAD/CAF/CAM軟件,尤其以其強大的CAD功能著稱。它以單一數據、參數化、基于特征、全相關性和工程數據再利用等改變了傳統的工程設計理念, 是非常普及的一個系統。

筆者設計制造的氣力播種試驗裝置基本結構。

排種輪主要參數為:橢圓錐型孔錐角50°,孔深lOmm;橢圓展開圖大端長軸 19.3mm,短軸13.3mm;推種槽寬1.5mm,深2mm;每周共有10個型孔均勻分布在外徑為 106mm的排種輪上。采用proe軟件建立排種輪的3D模型。

2.2排種輪的計算機輔助工程(CAE)

CAE的核心技術是有限元理論和數字計算方法,用計算機輔助求解復雜工程和產品的力學性能及結構性能的優化設計等問題。采用ANSYS軟件對排種輪進行CAF分析,該軟件由美國ANSYS公司于1970年研究開發,是一個融結構、熱、流體、電磁、聲學于一體的大型通用有限元分析軟件。ANSYS分析工程問題的基本流程包括前置處理、解題程序和后置處理等。

為了對排種輪進行CAE分析,先將proe建立的3D幾何模型導入CAE軟件ANSYS,單元類型采用SOLIDE45 3D結構實體單元,如圖4所示(為六面體 8節點單元,可退化為三棱柱6節點或四面體4節點單元)。適當控制網絡等級,采用自由網格劃分方法,最后建立的排種輪有限元模型如圖5所示。其共具有22091 個節點和93758個元素。結合材料特性、幾何條件、外力和邊界條件等可以對排種輪進行相關的CAE分析、計算和優化設計,以提高產品性能,縮短設計周期。

2.3 排種輪的計算機輔助制造(CAM)

廣義的CAM指利用計算機輔助完成從生產準各到產品制造整個過程的活動,而狹義的CAM通常指數控(NC)加工,其輸入信息是零件的工藝路線和工序內容,輸出信息是刀具加工時的運動軌跡(刀位文件)和數控程序。由于普通機床難以加工排種輪的橢圓錐型孔,考慮用數控機床(或加工中心)進行加工,采用CAM軟件MasterCAM進行NC編程。

MasterCAM軟件是美國CNC Sofitware INC公司1981年所研制開發的 CAD/CAM系統,特別以其強大的CAM加工功能聞名于世,是工業界和學校廣泛采用的軟件系統。MasterCAM可以直接讀取proe建立的排種輪3D實體模烈。設定毛坯大小及其中心與系統坐標系原點重合,工藝分析采用粗精銑削加工。

編制的刀具路徑如下:

型孔曲面挖槽粗加工(M4.40 平刀)—曲面等高外形精加工(M4.40平刀)—刀具路徑復制平移—曲面流線精加工 (M.400平刀)—刀具路徑復制平移—曲面流線精加工(M2.00平刀) —刀具路徑復制平移—螺旋式漸降斜插外形銑削(M1.00平刀〕 —刀具路徑復制平移。

這樣就可以完成軸向一排橢圓錐型孔的加工 ;通過分度頭的分度,即可以完成加工周向多排孔。

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