王建春　周松霖　王曉兵

摘 要：基于Solidworks軟件平臺，建立PCB數(shù)控鉆床工作臺的三維結(jié)構(gòu)模型，并對建好的模型進(jìn)行虛擬裝配。展示了工作臺部分各零件間的裝配關(guān)系，利用干涉檢查和運(yùn)動(dòng)仿真，查找虛擬裝配體中存在的問題，改進(jìn)并完善裝配體。虛擬裝配規(guī)范了裝配工藝，對工作臺的后續(xù)研發(fā)具有重大的意義。

關(guān)鍵詞：Solidworks；工作臺；虛擬裝配；干涉檢查；運(yùn)動(dòng)仿真

中圖分類號：TG506 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

我國PCB數(shù)控鉆床目前存在的問題是：（1）零件的整體性差，累積誤差大；（2）單一零件裝配后達(dá)不到應(yīng)有效果，有些無法裝配。（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化存在著一定問題。所以，我國的PCB數(shù)控鉆床還需要不斷的改進(jìn)和提高。本文基于Solidworks軟件，對鉆床的工作臺部分進(jìn)行虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。由此，可以很好的了解工作臺的裝配關(guān)系、裝配信息、裝配規(guī)劃、裝配路徑、裝配工藝，并規(guī)范裝配過程。

1 工作臺的工作原理

PCB數(shù)控鉆床的工作臺（Y軸）主要由導(dǎo)軌、直線電機(jī)、工作臺面、夾緊機(jī)構(gòu)、機(jī)械手、刀具檢測裝置、光柵尺位移傳感器等組成。導(dǎo)軌的作用是對工作臺面起支撐作用，并控制著工作臺面的水平運(yùn)動(dòng)方向。直線電機(jī)是提供工作臺運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，直線電機(jī)直接控制著整個(gè)工作臺Y方向的進(jìn)給速度、進(jìn)給加速度、定位精度與重復(fù)定位精度。待加工的PCB板上安裝有定位針，由工作臺上安裝的夾緊機(jī)構(gòu)夾緊定位針，保證PCB板在加工過程中不會(huì)偏移。機(jī)械手和刀具檢測裝置的作用分別是對刀具的更換和刀具工作情況的檢測。光柵尺位移傳感器是高精度的反饋裝置，觀察和跟蹤走刀誤差，起一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒哒`差的作用。在鉆孔過程中，待加工的PCB板由夾緊裝置固定在工作臺面上，直線電機(jī)帶動(dòng)工作臺面在水平方向（Y軸）做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。工作臺在移動(dòng)過程中配合加工主軸對PCB板進(jìn)行鉆孔。在鉆孔時(shí)，根據(jù)加工需要對刀具進(jìn)行檢測和更換。整個(gè)過程是機(jī)械運(yùn)動(dòng)、氣動(dòng)、電動(dòng)三者相互協(xié)調(diào)的過程，工作臺和鉆孔主軸的精確定位，才能保證鉆孔精度。

2 工作臺零件的三維實(shí)體建模

在進(jìn)行虛擬裝配技術(shù)和運(yùn)動(dòng)仿真之前，均要正確的建立工作臺零部件的三維模型。因此，正確建立工作臺的三維模型，是實(shí)現(xiàn)虛擬裝配和動(dòng)態(tài)仿真的基本要求。根據(jù)實(shí)際測量，利用Solidworks軟件建立工作臺零件的三維模型。其主要包括導(dǎo)軌、直線電機(jī)、工作臺面、導(dǎo)軌滑架、夾緊裝置、機(jī)械手、刀具檢測裝置、限位器等。其中，標(biāo)準(zhǔn)件（比如：圓柱銷和螺栓）可以直接在Toolbox插件的標(biāo)準(zhǔn)庫中找到，直接插入而不需要建立模型。

3 工作臺虛擬裝配

在完成工作臺零部件模型后，根據(jù)零部件之間裝配約束關(guān)系，在Solidworks軟件中進(jìn)行虛擬裝配。在裝配過程中進(jìn)行相應(yīng)的檢驗(yàn)，對不合理的裝配關(guān)系進(jìn)行修改。在滿足性能參數(shù)的條件下，對工作臺進(jìn)行整體評估更改，實(shí)現(xiàn)工作臺在裝配中的高效性。

3.1 組建工作臺裝配體

裝配體的組建是虛擬裝配過程的核心步驟，它展示了工作臺的整個(gè)裝配過程，并能根據(jù)這個(gè)過程得到裝配工藝。根據(jù)裝配方式的不同，裝配過程可分為兩種：一是自底向上（down-top），二是自頂向下（top-down）。兩種裝配方式優(yōu)缺點(diǎn)各一，在此次的虛擬裝配過程中，筆者采用兩種方法相結(jié)合的方式進(jìn)行裝配。對于能夠提高工作臺性能，尺寸改動(dòng)范圍大的零件，采用自頂向下的裝配方式，比如：夾緊裝置、機(jī)械手等；對于固定的、不可變的零件以自底向上的裝配方法，比如：底座、導(dǎo)軌等。本文中，由于工作臺零件很多，裝配過程復(fù)雜。實(shí)際的工作臺裝配體分為兩個(gè)步驟：初裝和總裝。即先將一些零部件裝成子裝配體完成初裝，然后再將子裝配體裝配成整體完成總裝。因此，在建立工作臺的裝配體時(shí)，先建立子裝配體，再建立整體裝配體。為了便于觀察位置關(guān)系，建模后可選擇爆炸視圖對裝配體進(jìn)行全方位觀察。

3.2 干涉檢查

工作臺虛擬裝配好后，需對其進(jìn)行干涉檢查。干涉檢查能夠檢查出工作臺零件間出現(xiàn)錯(cuò)位、重合等問題。保證工作臺符合實(shí)際加工和運(yùn)行的要求。對于靜態(tài)的裝配體，干涉檢查可以直接檢查出工作臺內(nèi)部發(fā)生裝配沖突的區(qū)域，并高亮標(biāo)出。方便設(shè)計(jì)人員對產(chǎn)生裝配沖突的零件加以改進(jìn)和優(yōu)化。對于動(dòng)態(tài)干涉檢查，可以使工作臺運(yùn)動(dòng)到加工的兩個(gè)極限位置和理論位置，進(jìn)行多次工作臺的來回運(yùn)動(dòng)，觀察其是否出現(xiàn)干涉。

4 工作臺運(yùn)動(dòng)仿真

為了更詳細(xì)的了解工作臺的運(yùn)動(dòng)情況，可利用Solidworks中的運(yùn)動(dòng)算例功能快速、簡潔地完成工作臺的仿真運(yùn)動(dòng)。通過添加直線馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來控制工作臺的前后運(yùn)動(dòng)，通過設(shè)定鍵碼點(diǎn)，來確定工作臺從一個(gè)位置到另一個(gè)位置的順序。運(yùn)動(dòng)仿真動(dòng)畫制作完成后，可查看工作臺虛擬裝配體的運(yùn)動(dòng)效果。如果運(yùn)動(dòng)中觀察到工作臺存在干涉，則說明工作臺存在缺陷，可以回到靜態(tài)裝配體中，對相應(yīng)的零部件進(jìn)行更改，完善裝配體。若確認(rèn)無誤，可將動(dòng)畫保存為AVI格式視頻文件，方便攜帶、教學(xué)與演示等。

結(jié)語

利用Solidworks軟件對PCB數(shù)控鉆床驅(qū)動(dòng)工作臺進(jìn)行虛擬裝配?；赟olidworks軟件平臺，采用合理的建模方法，快速高效構(gòu)建工作臺三維模型，通過虛擬裝配技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作臺整體的正確安裝和拆卸，方便技術(shù)人員清楚了解工作臺的結(jié)構(gòu)和工作原理，并制定相應(yīng)的裝配工藝。能適時(shí)地、方便地進(jìn)行修改替換和制定裝配工藝，提高裝配效率、縮短裝配時(shí)間。很大程度上降低了企業(yè)研發(fā)和試驗(yàn)成本，為產(chǎn)品研發(fā)提供了參考依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]王冰，王成勇，湯宏群，等.印刷電路板高速數(shù)控鉆床的特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)[J].工具技術(shù)，2009，43（12）：3-5.

[2]王星，宋富民，等.PCB數(shù)控鉆孔機(jī)開發(fā)與應(yīng)用綜述[J].電子工業(yè)專用設(shè)備，2009（04）：30-36.

[3]馬飛達(dá)，蔡長韜，蔡良金.基于Solidworks 印制板鉆床Z軸的虛擬裝配[J].設(shè)計(jì)與研究，2013（05）：80-83.

[4]鄭太雄，何玉林，杜靜.基于虛擬裝配特征的虛擬裝配研究[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2004（07）：872-875.