闡述了牛頭刨床導桿機構在Pro /E 環境中建模和ADAMS 環境中運動仿真過程。通過對機構中滑枕的速度和加速度曲線分析，說明了滑枕在工作階段運行平穩，返回階段速度較快。分析了導桿的擺角曲線，計算了機構的行程速比系數，說明了機構存在急回特性。另外分析了驅動的平衡力矩和功率曲線，結果表明，由于返回階段速度較快，所需的驅動力矩及功率的損耗相應增加，運動參數符合刨床的工作特點，機構設計合理。

　　近年來，虛擬樣機技術在國內外得到了快速發展，通過建立虛擬樣機，能夠模擬產品在真實環境下的各種運動學和動力學特性，并根據仿真結果優化產品的設計方案，避免了傳統設計中物理樣機的反復制造、修改過程，大大縮短了開發周期，降低了研發成本，提高了面向客戶與市場需求的能力。

　　利用虛擬樣機進行仿真設計，所涉及的領域比較廣，可以支持以保證和提高產品性能為主旨的各種工程分析，支持不同領域的人員同時對同一個虛擬樣機進行測試、分析，從而將許多潛在的產品設計隱患和缺陷消滅在設計初期階段，因而可以大幅度提高產品的質量。

　　本文采用Pro/E 對某牛頭刨床導桿機構進行了三維CAD建模，并導入到虛擬樣機分析軟件ADAMS中，進行運動學仿真分析。

1、基于Pro/E 的CAD 建模

　　ADAMS 本身具有一定的三維CAD 建模能力，但對于牛頭刨床導桿機構這樣具有復雜外形與構造的機械來說，則建模能力有限且過程比較復雜，因此需要由Pro /E 的專業CAD 軟件協助建模。對于導桿機構虛擬樣機的CAD 建模，主要是利用Pro /E 中的拉伸、旋轉、掃描等操作建立零部件三維實體模型，力求形狀圓滑美觀逼真。同時考慮到仿真研究的需要，對不是特別重要的圖形，則盡量簡化，如取消過渡圓角等非關鍵性信息，完成了滑枕、滑塊、導桿及齒輪等各零件的建模。

　　機構傳動過程由斜齒輪轉動帶動搖桿作往復擺動，導桿帶動滑枕作往復直線運動。裝配完成的虛擬樣機應該有一個自由度，所以在裝配時應根據運動形式選擇“連接”約束方式，如銷釘、圓柱、球、滑動桿等。本次裝配采用了2 個轉動副、1 個移動副和1 個圓柱副，具體裝配方法為: 滑枕和搖桿、方滑塊和斜齒輪之間的相對運動副為轉動副，可以選擇銷釘( pin) 連接約束方式; 方滑塊和搖桿之間的相對運動副為移動副，可以選擇滑動桿( slider)連接約束方式; 圓滑塊和搖桿之間的相對運動副為圓柱副，可以選擇圓柱( cylinder) 連接約束方式; 其他輔助零件采用剛性連接中的“匹配”和“對齊”約束。這樣就成功裝配完成了導桿機構的CAD模型，如圖1 所示。

　　利用Pro /E 干涉分析功能進行干涉檢查，避免了該模型導入ADAMS后因機構出現問題而必須返回Pro /E 環境重新修改的重復工作。

2、建立虛擬樣機

　　由于Pro /E 與ADAMS 是分屬2 家不同公司開發的軟件平臺，從功能以及程序內核等多方面來看，各自的數據都很難為對方識別。要將Pro /E格式的三維實體模型導入ADAMS 環境中，必須利用Pro /E 和ADAMS 的接口軟件Mechanism/Pro2005，采用無縫連接的方式，用戶不必退出Pro /E 應用環境，即可將導桿機構裝配體中的零件定義為剛體，添加一些簡單的約束后，將模型導入到ADAMS 環境中。重新定義各零件的材料屬性等，軟件會自動計算質心、轉動慣量等質量信息，此外還要進行如下模型完善工作:

圖1 導桿機構的CAD 模型

　　a. 為保證機構運動的準確，取消原先設定的約束。

　　b. 依據機構運動關系，在構件之間重新添加約束，原動件添加驅動。

　　c. 使用模型驗證工具檢查錯誤，包括不恰當的連接和約束、沒有約束的構件、樣機的自由度等內容。

　　通過上述操作對模型進行進一步的完善，建立了導桿機構的虛擬樣機模型( 如圖2 所示) 。

圖2 導桿機構虛擬樣機模型

4、結束語

　　本文通過對導桿機構中滑枕的運動曲線分析，說明了在工作階段滑枕的速度值變化平緩，加速度較小，所需的驅動力矩和功率損耗基本恒定。而返回階段則相反，速度變化劇烈且所需驅動力矩和功率損耗大幅增加。根據所測量導桿擺角的最大值，可計算出機構的行程速比系數大于1，證明機構存在急回特性，機構仿真的結果與牛頭刨床的切削特點相符合，本次設計具有較好的可靠性利用虛擬樣機技術對機構的運動進行仿真并分析相關參數，無需制造物理樣機即可驗證產品設計的正確性，從而大大縮短了設計周期。另外，還可根據不同的工作要求進一步對機構進行改進設計，推進同類產品的模塊化和系列化。