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【摘 要】本文基于UG平台对牛头刨床机构进行参数化建模、装配及运动仿真分析，详细介绍了机构设计的整个过程及要点。
【关键词】牛头刨床机构；参数化建模；装配；运动仿真
UG机构运动仿真（Motion Simulation）模块是建立在建模与装配基础上的，能够对平面机构、空间机构进行运动学分析与动力学分析，可以对构件进行位移、速度、加速度、作用力与反作用力、扭矩等参数进行运算和评估。方便用户迅速实现系统运动的优化设计。中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，使牛头刨床的滑枕带着刨刀，作直线往复运动，对工件上的平面、成形面和沟槽进行刨削加工的。下面以牛头刨床机构为例，介绍机构参数化建模、装配及运动仿真分析过程。
`表1各组件装配成如图1所示的牛头刨床运动机构。装配顺序及所需添加的约束如下：①机架以“绝对原点”的方式作为第一个添加的组件；②摇杆以“通过约束”的方式作为第二个添加的组件，约束有“同心”和“对齐接触”；③滑块以“通过约束”的方式作为第三个添加的组件，约束有“对齐接触”；④主动轮以“通过约束”的方式作为第四个添加的组件，约束有“同心”、“对齐接触”和“距离”，主动轮的回转中心与摇杆的回转中心竖直方向距离为258mm；⑤连杆以“通过约束”的方式作为第五个添加的组件，约束有“同心”和“对齐接触”；⑥刨头以“通过约束”的方式作为第六个添加的组件，约束有“同心”和“对齐接触”，装配结果如图1所示。
（1）创建连杆。选择工具栏中的连杆按钮，将“Zhudonglun”设为连杆1（L001）；“Huakuai”为连杆2（L002）；“Yaogan”为连杆3（L003）；“Jijia”为连杆4（L004），勾选“固定连杆”；“Liangan”为连杆5（L005）；“Baotou”为连杆6（L006）。
（2）创建运动副。选择工具栏中的运动副按钮，选择滑动副，再选择刨头上平面侧边线，完成对话框的“连杆选择”、“指定原点”和“指定方向”设置。点击“应用”完成“Baotou”的接地滑动副（J001）设置。设置摇杆与滑块之间为滑动副（J002）；摇杆与机架之间为旋转副（
（3）定义驱动。将主动轮的旋转副（J005）定义为驱动。旋转方式设为恒定，即表示匀速转动。初速度设为45，表示转速为每秒钟45°。
（4）建立解算方案、求解、仿真。为此机构的运动创建解算方案，设置时间为8，步数为100，求解运动仿真，可以看到主动轮做匀速圆周运动，摇杆做往复摆动，刨头做直线往复运动。
（5）仿真结果分析。选择“生成图表”，选择对象为J001，对刨头进行位移分析，选择请求为“位移”，点“添加曲线”按钮，生成时间位移曲线，选择“峰值探测模式”对曲线的峰值进行探测，结果如图2所示。从图中可以看出曲线由最低点到最高点为刨刀（刨头）对工件进给的时间4.88秒（6.16-1.28=4.88），回程时间为3.22秒（8-4.88=3.22），说明该刨床机构具有急回特性。在工作行程，速度较低并且均匀；在空回行程，速度较高，以提高生产率。用同样的方法可以得到机构中任何一个组件的时间位移曲线、时间速度曲线、时间加速度曲线等。仿真的结果还可以用Excel的形式输出。
图2 刨头时间位移曲线
参考文献：
周培显.基于Proe曲柄滑块机构的运动仿真及分析.新技术新工艺2012年第2期
曹岩.UGNX7.0装配与运动仿真实例教程.西北工业大学出版社.2010
【关键词】牛头刨床机构；参数化建模；装配；运动仿真
UG机构运动仿真（Motion Simulation）模块是建立在建模与装配基础上的，能够对平面机构、空间机构进行运动学分析与动力学分析，可以对构件进行位移、速度、加速度、作用力与反作用力、扭矩等参数进行运算和评估。方便用户迅速实现系统运动的优化设计。中小型牛头刨床的主运动大多采用曲柄摇杆机构传动，使牛头刨床的滑枕带着刨刀，作直线往复运动，对工件上的平面、成形面和沟槽进行刨削加工的。下面以牛头刨床机构为例，介绍机构参数化建模、装配及运动仿真分析过程。
一、参数化建模
牛头刨床运动机构主要由六个组件组成，其主要尺寸及三维造型结果如表1所示。`表1各组件装配成如图1所示的牛头刨床运动机构。装配顺序及所需添加的约束如下：①机架以“绝对原点”的方式作为第一个添加的组件；②摇杆以“通过约束”的方式作为第二个添加的组件，约束有“同心”和“对齐接触”；③滑块以“通过约束”的方式作为第三个添加的组件，约束有“对齐接触”；④主动轮以“通过约束”的方式作为第四个添加的组件，约束有“同心”、“对齐接触”和“距离”，主动轮的回转中心与摇杆的回转中心竖直方向距离为258mm；⑤连杆以“通过约束”的方式作为第五个添加的组件，约束有“同心”和“对齐接触”；⑥刨头以“通过约束”的方式作为第六个添加的组件，约束有“同心”和“对齐接触”，装配结果如图1所示。
二、创建运动仿真
进入UG仿真模块，选择运动仿真环境为“动态”。仿真文件名为“motion-1”。（1）创建连杆。选择工具栏中的连杆按钮，将“Zhudonglun”设为连杆1（L001）；“Huakuai”为连杆2（L002）；“Yaogan”为连杆3（L003）；“Jijia”为连杆4（L004），勾选“固定连杆”；“Liangan”为连杆5（L005）；“Baotou”为连杆6（L006）。
（2）创建运动副。选择工具栏中的运动副按钮，选择滑动副，再选择刨头上平面侧边线，完成对话框的“连杆选择”、“指定原点”和“指定方向”设置。点击“应用”完成“Baotou”的接地滑动副（J001）设置。设置摇杆与滑块之间为滑动副（J002）；摇杆与机架之间为旋转副（
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J003）；主动轮与滑块之间为旋转副（J004）；主动轮为旋转副（J005）；机架为固定（J006）；摇杆与连杆之间为旋转副（J007）；连杆与刨头之间为旋转副（J008）。（3）定义驱动。将主动轮的旋转副（J005）定义为驱动。旋转方式设为恒定，即表示匀速转动。初速度设为45，表示转速为每秒钟45°。
（4）建立解算方案、求解、仿真。为此机构的运动创建解算方案，设置时间为8，步数为100，求解运动仿真，可以看到主动轮做匀速圆周运动，摇杆做往复摆动，刨头做直线往复运动。
（5）仿真结果分析。选择“生成图表”，选择对象为J001，对刨头进行位移分析，选择请求为“位移”，点“添加曲线”按钮，生成时间位移曲线，选择“峰值探测模式”对曲线的峰值进行探测，结果如图2所示。从图中可以看出曲线由最低点到最高点为刨刀（刨头）对工件进给的时间4.88秒（6.16-1.28=4.88），回程时间为3.22秒（8-4.88=3.22），说明该刨床机构具有急回特性。在工作行程，速度较低并且均匀；在空回行程，速度较高，以提高生产率。用同样的方法可以得到机构中任何一个组件的时间位移曲线、时间速度曲线、时间加速度曲线等。仿真的结果还可以用Excel的形式输出。
图2 刨头时间位移曲线
三、结束语
利用UG软件对该机构进行参数化建模，装配及运动分析，不仅直观，而且在机构参数改变时，可迅速地产生参数不同的机构，无需重新建模。而各个组件在运动过程中的运动速度和受力等均可通过UG软件的图表功能直观地以图表的方式或Excel的形式反映出来，以供设计者研究，大大简化了机构的设计开发过程，便于设计方案的优化，缩短开发周期，减少开发费用，提高产品质量。参考文献：
周培显.基于Proe曲柄滑块机构的运动仿真及分析.新技术新工艺2012年第2期
曹岩.UGNX7.0装配与运动仿真实例教程.西北工业大学出版社.2010