插床导杆机构的设计造型与运动学仿真

张惜君1，周琦2

(1.江苏省江阴中等专业学校 机电工程系，江苏 江阴214400）

(2.江阴职业技术学院 机电工程系，江苏 江阴214405)

    首先根据插床运动机构的设计要求，进行了插床导杆机构的设计与尺寸计算，然后运用Pro/E软件进行导杆机构的结构设计与造型，最后在ADMAS环境中建立该机构的虚拟样机模型，对机构的实际工况进行了仿真分析，得到了相关的工作特性曲线，并重点分析了插削长度、运动过程中的加速度和导杆摆角以及施加载荷情况等主要参数对机构运动的影响。对比仿真结果与设计要求，两者数据基本一致，验证了该设计的准确性。

    传统的机械设计是在理论计算的基础上，以经验和物理样机的反复测试，发现设计缺陷并不断改进设计，从而获得满足设计要求的产品。整个设计过程周期长且花费巨大，严重制约了企业研发成本的降低和产品质量的提高。为了克服这种弊端，提高市场竞争力，越来越多的企业在新产品研发中采用虚拟样机技术，以缩短新产品的研制周期，降低设计成本。

1插床导杆机构的设计

    本次研究对插床主运动机构的工作特性要求如下：插刀切削行程H≥350mm，行程速比系数k=2，最大切削阻力Fmax=780kN。在插床的设计要求中，k=2要求机构从动件空回行程速度快于工作行程的速度，从而提高插削效率。图1所示为导杆机构运动简图，曲柄AB通过滑块B带动连杆BD绕C点在一定的角度范围内摆动，通过连杆DE推动滑块E上下运动，从而实现滑块(插刀)的往复运动，机构的总体设计符合插床切削运动的要求。

    机构中各构件的精确尺寸值，需通过点A，B，C，D，E的坐标值确定；由行程速比系数k即可知极位夹角θ［1］。本次设计方案中θ=180°×(k-1)/(k+1)=60°，而在摆动导杆机构中，机构的极位夹角θ等于摆杆的夹角ψ，由三角几何关系即可推导得出，曲柄AB在极限位置时与水平面的夹角α=60°。

    对于A，B1(或B2），C，D1(或D2），E1(或E2）点的坐标，均假设Z向的坐标值为零，几个点的坐标如下：A(LCB2×sinα+LAB2×cosα，0，0)；B(LCB2×sinα,LAB2×sinα，0)；C(0，0，0)； D(H/2tanα，H/2， 0)；E(H(1-sinα)/4cosα+H/2tanα，√L2DE-［H(1-sinα)/4cosα］2+H/2，0)。

此外，为了防止曲柄AB在旋转时，因CB杆过短而导致B点滑块滑落，在设计时应考虑留有一定的余量，因此在CB杆上选取一点K，取LBK=LAB+50mm。

作者简介：张惜君（1981—），女，江苏泰兴人，江苏省江阴中等专业学校讲师，硕士，主要研究方向为虚拟制造技术。

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