Aplikacja modułu Motion Simulation systemu NX9 w konstruowaniu

MECHANIK NR …/201…  …
38
Aplikacja modułu Motion Simulation systemu NX9
w konstruowaniu elementów układu
Aplikacja modułu Motion
Simulation systemu
NX9
kinematycznego
obrabiarek
w konstruowaniu elementów układu
kinematycznego
obrabiarek
The application of NX9 system’s
Motion Simulation
module in
MECHANIK NR 1/2017
constructing elements of the cutting machines kinematic scheme
The application of NX9 system’s Motion Simulation module in constructing
JAN BUREK
elements of the cutting machines kinematic scheme
JAROSŁAW BUK
MARCIN PŁODZIEŃ
JAN BUREK
PAWEŁ
SUŁKOWICZ
JAROSŁAW
BUK *
MARCIN
SAŁATA
MARCIN PŁODZIEŃ
PAWEŁ SUŁKOWICZ
MARCIN SAŁATA *
W artykule przedstawiono metodę wizualizacji 3D oraz
symulacji
pracy układu metodę
kinematycznego
obrabiarki
W artykule przedstawiono
wizualizacji 3D
oraz syskrawającej
przykładzie
frezarki obrabiarki
konwencjonalnej)
w
mulacji pracy(na
układu
kinematycznego
skrawającej
programie
NX frezarki
9 z wykorzystaniem
Motion
(na przykładzie
konwencjonalnej) wmodułu
programie
NX 9
Simulation.
Charakterystyki
parametrów
z wykorzystaniem
modułu Motion wybranych
Simulation. Charakterystyki
wyznaczono z zastosowaniem solvera RecurDyn.
wybranych parametrów wyznaczono z zastosowaniem solveSŁOWA KLUCZOWE: symulacja ruchu, NX 9, RecurDyn,
ra RecurDyn.
układ
kinematyczny
DOI: 10.17814/mechanik.2017.1.?????
DOI:https://doi.org/10.17814/mechanik.2017.1.1
on z trzech mniejszych układów, z których do
zamodelowania
złożenia
wybrano
układ napędowy
mniejszych układów,
z których
do zamodelowania
złożenia
wrzeciona
poziomego.
wybrano układ
napędowy wrzeciona poziomego.
SŁOWA KLUCZOWE: symulacja ruchu, NX 9, RecurDyn, układ
kinematyczny
The
article presents a method of 3D visualization and
motion simulation of cutting machine’s kinematic
scheme,
examplea of
conventional
milling machine
by
The articleatpresents
method
of 3D visualization
and motion
using
NXof 9cutting
system’s
Motion
Simulation
simulation
machine’s
kinematic
scheme, atmodule.
example
Characteristics
of chosen
parameters
determined
of conventional milling
machine
by using NXwere
9 system’s
Motion
by solver RecurDyn.
Simulation module. Characteristics of chosen parameters were
KEYWORDS: motion simulation, NX 9, RecurDyn,
determined by
solver RecurDyn.
kinematics
system
KEYWORDS: motion simulation, NX 9, RecurDyn, kinematics
system
Jedną z możliwości systemów CAD jest tworzenie złożeń
brył trójwymiarowych, będących wizualizacją ruchomych
układów
maszyn CAD
i urządzeń,
na podstawie
Jednąmechanicznych
z możliwości systemów
jest tworzenie
złożeń
których
możliwe
jest
generowanie
charakterystyk
brył trójwymiarowych,
będących
wizualizacją
ruchomych
parametrów
wybranych par
kinematycznych
[1–3].
układów mechanicznych
maszyn
i urządzeń,złożenia
na podstawie
Do maszyn
o rozbudowanym
układzie
kinematycznym
których
możliwe
jest generowanie
charakterystyk
parazaliczają
się m.in. konwencjonalne
obrabiarki
skrawające.
metrów wybranych
par kinematycznych
złożenia
[1, 2, 3].
Założenia
konstrukcyjne
obrabiarek
dotyczą
zarówno
Do maszyn
o rozbudowanym
układzie
kinematycznym
względów
ekonomicznych
produkcji, jak
największej
liczby
zaliczają się
m.in. konwencjonalne
obrabiarki
skrawająwyrobów oraz niezawodności samej obrabiarki. Do
ce. Założenia konstrukcyjne obrabiarek dotyczą zarówno
spełnienia tych kryteriów konieczne są: właściwa
względów ekonomicznych produkcji, jak największej liczby
eksploatacja maszyny, a przede wszystkim odpowiednie
wyrobów oraz niezawodności
samej
obrabiarki.
Do spełzaprojektowanie
poszczególnych
elementów
i modułów,
nienia tych
są: właściwa
które
w kryteriów
złożeniu konieczne
zapewniają
spełnienieeksploatacja
wymagań
maszyny, a przede
wszystkim
odpowiednie
zaprojektowawspółczesnego
procesu
produkcji
[4].
nieCelem
poszczególnych
elementów
i
modułów,
które
w złożeniu
pracy
było
przedstawienie
możliwości
zapewniają spełnienie
współczesnego układów
procesu
modelowania
złożeńwymagań
rozbudowanych
produkcji [4].
kinematycznych
oraz
generowanie
charakterystyk
Celem pracy
było przedstawienie
wybranych
parametrów
z użyciemmożliwości
modułu modeloMotion
Simulation
orazrozbudowanych
solvera RecurDyn,
zaimplementowanych
w
wania złożeń
układów
kinematycznych
systemie
NX 9.
oraz generowanie
charakterystyk wybranych parametrów
z użyciem modułu Motion Simulation oraz solvera RecurZałożenia
wstępne
Dyn, zaimplementowanych
w systemie NX 9.
Przedmiotem
był
układ
kinematyczny
Założenia
wstępneanaliz
konwencjonalnej frezarki wspornikowej (rys. 1). Składał się
Przedmiotem
kinematyczny konwencjo* Dr
hab. inż. Jan analiz
Burek był
prof.układ
PRz ([email protected]),
mgr inż.
nalnej
frezarki
(rys.mgr
1). Składał
się on Płodzień
z trzech
Jarosław
Buk wspornikowej
([email protected]),
inż. Marcin
(plodzień@prz.edu.pl),
mgr
inż.
Marcin
Sałata
([email protected]),
mgr
inż.
Paweł
Sułkowicz
*([email protected])
Dr hab. inż. Jan Burek prof.–PRz
([email protected]),
mgr inż. Jarosław
Katedra
Technik Wytwarzania
i
Buk
([email protected]),
mgrBudowy
inż. Marcin
Płodzień
(plodzień@prz.edu.pl),
Automatyzacji,
Wydział
Maszyn
i Lotnictwa
Politechniki
mgr
inż. Marcin Sałata ([email protected]), mgr inż. Paweł Sułkowicz
Rzeszowskiej
([email protected]) – Katedra Technik Wytwarzania i Automatyzacji,
Wydział Budowy Maszyn i Lotnictwa Politechniki Rzeszowskiej
Fragment
wybrany do
wizualizacji
3D
Rys.
Rys. 1.
1. Układ
Układ kinematyczny
kinematyczny konwencjonalnej
konwencjonalnej frezarki
frezarki wspornikowej
wspornikowej
UFM3Plus
w formie
formieschematu
schematu2D
2D
UFM3Plus w
Wybrany
składał
sięsię
z:
Wybrany fragment
fragmentukładu
układukinematycznego
kinematycznego
składał
silnika
napędu
wrzeciona,
przekładni
pasowej,
sześciu
kół
z: silnika
napędu
wrzeciona,
przekładni
pasowej,
sześciu
zębatych
osadzonych
na na
stałe
oraz
trójki
kół zębatych
osadzonych
stałe
oraz
trójkiprzesuwnej
przesuwneji
dwóch dwójek przesuwnych. Modele kół zębatych, a także
i dwóch dwójek przesuwnych. Modele kół zębatych, a taksamych zarysów ewolwentowych zębów, generowano
że samych zarysów ewolwentowych zębów, generowano
parametrycznie w systemie NX 9 [5].
parametrycznie w systemie NX 9 [5].
Przygotowanie symulacji
Przygotowanie symulacji
Złożenia do symulacji przygotowano w module Motion
Simulation.
bryły
realizujące ten
sam ruch
są
Złożenia Wszystkie
do symulacji
przygotowano
w module
Motion
Link.
grupowane
człony zabryły
pomocą
funkcji ten
Następnie
Simulation. wWszystkie
realizujące
sam
ruch są
określa
się w
charakter
pracy
członów
za Link.
pomocą
funkcji
grupowane
człony za
pomocą
funkcji
Następnie
Joint.
Do charakter
zdefiniowania
oddziaływania
określa się
pracy członów
za pomocą między
funkcji
współpracującymi
kołamioddziaływania
zębatymi służą
funkcje
złożone
Joint. Do zdefiniowania
między
współpracuCouplers
zgrupowane
w
menu
lub
funkcje
typu
połączenia,
jącymi kołami zębatymi służą funkcje złożone zgrupowane
Connectors
Couplers
znajdujące
się w menu
6]. Funkcje
w menu Couplers
lub funkcje
typu [3,
połączenia,
znajdujące
pozwalają definiować współpracę na zasadzie wymuszonej
się w menu Connectors [3, 6]. Funkcje Couplers pozwarelacji, np. definiując przełożenie dwóch kół zębatych. Dla
lają definiować współpracę na zasadzie wymuszonej retego przypadku nie jest wymagana właściwa geometria
lacji, np. definiując przełożenie dwóch kół zębatych. Dla
tego przypadku nie jest wymagana właściwa geometria
uzębienia koła. Funkcja 3D Contact, należąca do grupy
funkcji Connectors, wykorzystuje geometrię oraz mate-
MECHANIK NR 1/2017
riał współpracujących elementów, na podstawie których
samoczynnie dobiera wartość współczynnika tarcia, np.
między powierzchniami bocznymi zębów pozostających
w styku. Tak zdefiniowane przełożenie pozwala przekazać ruch na kolejny człon złożenia, bazując na kontakcie
z członem wcześniejszym. Dla tego przypadku poprawność
zamodelowania zarysu ewolwentowego zęba jest istotna.
Dodatkowo ruch elementów przesuwnych zdefiniowano za
pomocą funkcji Cylindrical, odbierając cztery stopnie swobody (pozostawiając przesuw i obrót). Zaprogramowaną
symulację przedstawiono na rys. 2.
39
Znaczne oscylacje w początkowej fazie współpracy kół
wynikają z ruchu układu w trakcie zazębiania. Uwagę zwraca
charakter wykresu w momentach stabilnej pracy przekładni,
z których można odczytać chwile zazębiania i wyzębiania
kolejnych zębów koła. Moduł umożliwia odczyt rzeczywistej
prędkości kątowej dla każdego momentu pracy przekładni.
Porównano również wykresy prędkości kątowej (rys. 4)
dla symulacji 3D Contact bazującej na kontaktach między
uzębieniem współpracujących kół oraz symulacji Gears,
należącej do grupy funkcji Couplers i wykorzystującej deklarowane przełożenie.
Rys. 4. Porównanie wykresów prędkości kątowej dla symulacji zrealizowanej z wykorzystaniem funkcji 3D Contact i funkcji Gears
Rys. 2. Zbiór zadeklarowanych funkcji oraz widok układu kinematycznego
przygotowanego do symulacji
Czas symulacji wynosił 15 s. Liczbę kroków, która istotnie wpływa na dokładność obliczeń solvera, przyjęto jako
1000. Zadeklarowana prędkość obrotowa silnika była zgodna z rzeczywistymi wielkościami charakterystycznymi obrabiarki i wynosiła n = 1440 obr/min.
Wyniki symulacji
Wyniki symulacji przedstawiono na przykładzie wykresu
prędkości kątowej w funkcji czasu (rys. 3).
Obie funkcje wykorzystane do symulacji pozwoliły uzyskać zbliżone wartości prędkości kątowej – ok. 4700 °/s
(783 obr/min). Jednak dla funkcji 3D Contact prędkość
ta zmienia się znacząco od wartości średniej, co wynika
z kontaktowego charakteru symulacji ruchu.
Podsumowanie
Przedstawienie układu kinematycznego w formie wizualizacji 3D pozwala użytkownikowi na bieżącą weryfikację
modelowanego układu, a także na aktualizację i modyfikację
oraz analizę pod kątem poprawności ruchu całego mechanizmu. Rozbudowane możliwości definiowania relacji między
członami złożenia oraz rodzaju współpracy pozwalają na
maksymalne wykorzystanie zdolności konstruktorskich użytkownika, a także na skrócenie czasu i obniżenie kosztów
projektowania dzięki wczesnemu wykrywaniu błędów (już
na etapie modelowania). Możliwość generowania – na podstawie symulacji uwzględniającej tarcie oraz wykorzystującej
odziaływanie między uzębieniem kół – charakterystyk takich
parametrów, jak siła, moment czy prędkość kątowa pozwala
zarejestrować zmiany tych parametrów w momencie zazębiania i wyzębiania kolejnych zębów.
LITERATURA
Rys. 3. Wykres prędkości kątowej trzech przełożeń dla symulacji 3D Contact
1.Baier A., Marek M. „Porównanie sposobu przygotowania symulacji działania manipulatora w różnych środowiskach CAD”. Wybrane Problemy
Inżynierskie. 2 (2011): s. 249–254.
2.Baier A., Jamroziak K., Majzner M. “Analiza ruchu wagonu kolejowego
po torze krzywoliniowym”. Zeszyty Naukowe WSOWL. 4, 158 (2010):
s. 15–28.
3.Baier A., Majzner M. „Symulacja ruchu mechanizmów, część I”. Projektowanie i Konstrukcje Inżynierskie. 1/2 (2011): s. 48–53.
4.Oczoś K.E. „Rozwój obrabiarek skrawających – przykłady nowych konstrukcji”. Mechanik. 12 (2009): s. 967–968.
5.Burek J., Gdula M., Płodzień M., Buk J. „Kształtowanie zarysu zęba koła
zębatego w programowaniu dialogowym i parametrycznym”. Mechanik.
2 (2015): s. 1–14.
6.Li Y., Hedlind M,. Kjellberg T. „Implementation of kinematic mechanism
data exchange based on STEP”. 7th DET 2011, International Confe■
rence on Digital Enterprise Technology, (2011): s. 152–159.