基于SolidWorks的型材自动切割机虚拟样机设计

    基于三维CAD 技术的虚拟样机设计，使设计人员能够快速建立产品虚拟模型，提高产品的直观性，减少设计的失误和错误。通过进行产品虚拟样机的运动仿真和结构分析，对设计方案进行比较和优化，且能够随时根据设计需求进行设计和修改零部件，实现产品设计意图。该设计方法能将产品设计中物理样机的大量试验通过仿真完成，提高产品设计的成功率，降低产品的研发周期和研发成本。另外，采用虚拟样机设计，通过对零部件虚拟模型的结构及尺寸修改，易于实现产品的模块化、系列化设计，以满足不同客户群对产品的使用要求。

    以型材自动切割机的设计为例，介绍了基于 软件的虚拟样机设计方法，对其进行零件三维造型与装配，建立切割机的虚拟样机，并进行执行机构的运动仿真与分析。

    1 型材切割机结构及工作原理

    根据热剪炉和铝型材的加工工艺要求，型材自动切割机的主体设计为台式结构，为实现全自动切割过程，其机械结构主要由机架、工作进给和切割进给三大部分组成，具有结构布局简单、操纵便利等特点。其中，工作进给部分由液压马达带动齿轮齿条机构实现运动，通过变频器控制电动机平稳运转，行程开关的设置实现行走部分的精准定位；切割进给部分由液压系统实现顺序动作进行切割，液压缸控制锯片纵向移动完成切割过程，很好地实现了对型材的同步追踪和定长切割功能。采用西门子S7-200 型PLC 作为控制系统核心，控制电气与液压回路，实现对设备的机电液一体化控制，且能够进行手动与自动控制的选择，有效应对生产过程中的生产控制要求。该型材自动切割机的具体结构如图1 所示。

    图1 型材自动切割机主体结构图

    工作过程如下：首先，电动机通过带传动机构使得锯片做高速旋转运动，接着由液压马达驱动齿轮齿条机构，齿轮和齿条配合推动工作台横向移动。当移动到设定的距离时，液压缸推动高速旋转的锯片做纵向运动进行切割，在切割的同时工作台的横向移动并未停止，两个动作同步进行。当切割运动完成后液压缸带动锯片快速返回，同时锯片停止旋转，工作台横向移动到圆形导轨行程尽头停止，然后齿轮齿条机构反转带动工作台返回起始位置，完成一次完整的切割过程结束。

    2 型材切割机虚拟样机

    利用 软件进行的自动型材切割机三维造型设计的流程如图2 所示。