基于SolidworksPCB数控钻床工作台的虚拟装配与运动仿真

王建春　周松霖　王晓兵

摘 要：基于Solidworks软件平台，建立PCB数控钻床工作台的三维结构模型，并对建好的模型进行虚拟装配。展示了工作台部分各零件间的装配关系，利用干涉检查和运动仿真，查找虚拟装配体中存在的问题，改进并完善装配体。虚拟装配规范了装配工艺，对工作台的后续研发具有重大的意义。

关键词：Solidworks；工作台；虚拟装配；干涉检查；运动仿真

中图分类号：TG506 文献标识码：A

我国PCB数控钻床目前存在的问题是：（1）零件的整体性差，累积误差大；（2）单一零件装配后达不到应有效果，有些无法装配。（3）结构设计及优化存在着一定问题。所以，我国的PCB数控钻床还需要不断的改进和提高。本文基于Solidworks软件，对钻床的工作台部分进行虚拟装配和运动仿真。由此，可以很好的了解工作台的装配关系、装配信息、装配规划、装配路径、装配工艺，并规范装配过程。

1 工作台的工作原理

PCB数控钻床的工作台（Y轴）主要由导轨、直线电机、工作台面、夹紧机构、机械手、刀具检测装置、光栅尺位移传感器等组成。导轨的作用是对工作台面起支撑作用，并控制着工作台面的水平运动方向。直线电机是提供工作台运动的动力，直线电机直接控制着整个工作台Y方向的进给速度、进给加速度、定位精度与重复定位精度。待加工的PCB板上安装有定位针，由工作台上安装的夹紧机构夹紧定位针，保证PCB板在加工过程中不会偏移。机械手和刀具检测装置的作用分别是对刀具的更换和刀具工作情况的检测。光栅尺位移传感器是高精度的反馈装置，观察和跟踪走刀误差，起一个补偿刀具误差的作用。在钻孔过程中，待加工的PCB板由夹紧装置固定在工作台面上，直线电机带动工作台面在水平方向（Y轴）做往复运动。工作台在移动过程中配合加工主轴对PCB板进行钻孔。在钻孔时，根据加工需要对刀具进行检测和更换。整个过程是机械运动、气动、电动三者相互协调的过程，工作台和钻孔主轴的精确定位，才能保证钻孔精度。

2 工作台零件的三维实体建模

在进行虚拟装配技术和运动仿真之前，均要正确的建立工作台零部件的三维模型。因此，正确建立工作台的三维模型，是实现虚拟装配和动态仿真的基本要求。根据实际测量，利用Solidworks软件建立工作台零件的三维模型。其主要包括导轨、直线电机、工作台面、导轨滑架、夹紧装置、机械手、刀具检测装置、限位器等。其中，标准件（比如：圆柱销和螺栓）可以直接在Toolbox插件的标准库中找到，直接插入而不需要建立模型。

3 工作台虚拟装配

在完成工作台零部件模型后，根据零部件之间装配约束关系，在Solidworks软件中进行虚拟装配。在装配过程中进行相应的检验，对不合理的装配关系进行修改。在满足性能参数的条件下，对工作台进行整体评估更改，实现工作台在装配中的高效性。

3.1 组建工作台装配体

装配体的组建是虚拟装配过程的核心步骤，它展示了工作台的整个装配过程，并能根据这个过程得到装配工艺。根据装配方式的不同，装配过程可分为两种：一是自底向上（down-top），二是自顶向下（top-down）。两种装配方式优缺点各一，在此次的虚拟装配过程中，笔者采用两种方法相结合的方式进行装配。对于能够提高工作台性能，尺寸改动范围大的零件，采用自顶向下的装配方式，比如：夹紧装置、机械手等；对于固定的、不可变的零件以自底向上的装配方法，比如：底座、导轨等。本文中，由于工作台零件很多，装配过程复杂。实际的工作台装配体分为两个步骤：初装和总装。即先将一些零部件装成子装配体完成初装，然后再将子装配体装配成整体完成总装。因此，在建立工作台的装配体时，先建立子装配体，再建立整体装配体。为了便于观察位置关系，建模后可选择爆炸视图对装配体进行全方位观察。

3.2 干涉检查

工作台虚拟装配好后，需对其进行干涉检查。干涉检查能够检查出工作台零件间出现错位、重合等问题。保证工作台符合实际加工和运行的要求。对于静态的装配体，干涉检查可以直接检查出工作台内部发生装配冲突的区域，并高亮标出。方便设计人员对产生装配冲突的零件加以改进和优化。对于动态干涉检查，可以使工作台运动到加工的两个极限位置和理论位置，进行多次工作台的来回运动，观察其是否出现干涉。

4 工作台运动仿真

为了更详细的了解工作台的运动情况，可利用Solidworks中的运动算例功能快速、简洁地完成工作台的仿真运动。通过添加直线马达进行驱动来控制工作台的前后运动，通过设定键码点，来确定工作台从一个位置到另一个位置的顺序。运动仿真动画制作完成后，可查看工作台虚拟装配体的运动效果。如果运动中观察到工作台存在干涉，则说明工作台存在缺陷，可以回到静态装配体中，对相应的零部件进行更改，完善装配体。若确认无误，可将动画保存为AVI格式视频文件，方便携带、教学与演示等。

结语

利用Solidworks软件对PCB数控钻床驱动工作台进行虚拟装配。基于Solidworks软件平台，采用合理的建模方法，快速高效构建工作台三维模型，通过虚拟装配技术，实现工作台整体的正确安装和拆卸，方便技术人员清楚了解工作台的结构和工作原理，并制定相应的装配工艺。能适时地、方便地进行修改替换和制定装配工艺，提高装配效率、缩短装配时间。很大程度上降低了企业研发和试验成本，为产品研发提供了参考依据。

参考文献

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