基于Solidworks的木材加工双摆角铣头运动仿真分析

1 引言

    木材加工数控机床双摆角铣头（以下简称双摆头）是木材五轴数控机床关键部件之一，可通过机床联动实现木材复杂曲面加工，扩大木材五轴数控机床的加工范围，提高生产效率及加工精度。本文在环境下完成双摆头的实体建模后，利用模块对其进行运动仿真分析，将为双摆头性能分析提供直观有效的参考数据，并为该机构优化提供依据及方向。

2 双摆头的运动仿真环境

    2.1 双摆头结构

    双摆头具有两个旋转方向的进给运动，通常是机床运动的X、Y、Z三个坐标轴基础上增加由A、B、C三个旋转轴中任意两个旋转轴所组合的运动。2个旋转轴可以配置在刀具切削头部位或工件安装部位，也可在这两个部位上分别配置1个旋转轴，即绕X轴旋转的A轴（或绕着Y轴旋转的B轴）和绕Z轴旋转的C轴。主机设备通过配备双摆头，可控制两轴转动，实现五轴联动进行复杂曲面加工，扩大主机设备的加工范围及使用功能，提高生产效率与加工精度。

    本文以白行开发的双摆头为实例，该装置具有两个旋转方向的进给运动，可实现控制“C”轴、“A”轴转动，绕C轴旋转角度为±180°，绕A轴旋转角度为±90°，最大旋转速度30度每秒，电主轴额定功率8.0Kw。该装置机构运动及环境下双摆头三维实体模型如图1所示。

    图1 双摆头机构运动模式示意图

    2.2 双摆头模型Motion分析前简化

    双摆头是一种结构紧凑、内部空间有限小、结构复杂的功能部件，双摆头建模时考虑到一些要素对于该装置的运动过程无实际意义，因此，依据等效原理，对已经建立的机构实体模型进行必要的简化。简化时，根据分析类型，只考虑一些起主导作用的因素来建立结构的简化模型。因此，略去许多不影响整体分析的微细结构（如小倒角，小圆弧，小螺纹孔等），简化后实体模型如图2所示。

    图2 简化后双摆头模型

    2.3 简介

    是一种虚拟样机仿真分析工具，能够模拟分析由生成的装配体运动，具有运动约束、材料属性、质量、及零部件接触、分析载荷等功能，使得运动仿真接近于实际的运动情况，更好地判断实体设计是否达到预期目标。