系统仿真结课作业剖析(2)

应力；在垂直y 轴剖面径向方向受到压应力。同时，作用于磨粒的材料塑性变形开始于弧HEI，终止于弧JBK，在这个过程中产生的拉应变 和压应变分别为：

2.2 单颗磨粒切削力学模型

F-HEIG区域x向和y向切削力分别表示为

HEI-JBK区域x向和y向切削力分别表示为

因此单颗磨粒切削合力的x 向分量表达式为 ?Fx?Fx1?Fx2 ? 单颗磨粒切削合力的y 向分量表达式为 Fy?Fy1?Fy2

从单颗磨粒切削力表达式中可以看出，要对其进行求解需要三个方面的基本数据：材料应力—应变关系(本构模型)、摩擦模型和磨粒几何参数。

淬硬AISI D2钢(62 HRC)由于其高硬度和良好的耐磨性，是一种被广泛应用于模具制造行业的金属材料，在本研究中被选为被加工材料。迄今为止研究者提出了多种这样材料的本构模型，其中符合幂指数关系的材料模型是一种普遍适用的材料模型，其表达式为 ?

预测单颗磨粒切削力的另一个重要参数就是平均摩擦因数。利用CETR公司的UMT-2高速球盘摩擦试验机测定了不同滑动速度下AISI D2钢和氧化铝球的摩擦因数（如图3所示），用于有限元仿真摩擦模型的建立。从而得到摩擦模型。

对于磨粒几何参数，研究中以WA60L8V 砂轮磨粒的平均几何参数作为有限元的输入条件，WA60L8V砂轮磨粒的平均几何参数：磨粒顶角2θ = 73.74°，磨粒圆头半径r=41.61μm。从而得到其几何尺寸。

验证试验在划痕试验机上进行，试验机采用的是金刚石压头，压头形状是圆头圆锥，压头顶角为120°，压头圆头半径为0.2 mm，滑动速度为4 mm/min，设垂直载荷Fn=15 N、25 N、35 N、45 N，划痕长度为4 mm。划痕过程中记录划痕阻力f，与解析计算、有限元分析结果进行对比。利用Matlab 进行相应的解析计算可以得到压头在滑动方向上的阻力。了试验结果和解析计算、有限元计算结果的对比，可以发现，解析计算、有限元计算结果与试验结果的吻合程度较好，基本证明了所建立的力学模型和数值仿真模型是准确的。

3. 码垛机器人的轨迹规划与仿真分析

针对码垛机器人在高速运行过程中产生的冲击问题，以优化运行节拍提高效率为目的对码垛机器人的运动轨迹进行规划利用笛卡尔空间圆弧插补方法对运轨迹进行优化，并在此基础上利用三次曲线插补对关节运动轨迹进行了再次修正，基于建立模型对规划结果进行了仿真结果表明通过轨迹曲线规划方法使得码垛机器人在运行过程当中满足了减小运行冲击和提高运行效率的要求。 3.1 空间圆弧轨迹的插补

空间圆弧插补的路径如图5所示：

计算可得空间圆弧插补的递推插补方程为：

?mnl?为切向进给方向。

i,i,i根据上述方法可以求出规划轨迹插补点的空间坐标，利用这些点使用Matlab可以绘制出仿真空间轨迹如图6所示,图中曲线所取插补岡弧半径

r=50cm插补点间距l=10cm,图中黑色的轨迹为原轨迹,圆点为规划轨迹。可以证明在货物提升之后到货物搬运过程的曲线由之前的尖锐夹角过渡成为平滑的圆弧，避免了由于尖锐过度造成的问题。

图6 轨迹规划空间及关节运动曲线

由轨迹规划曲线我们可以知道根据现有轨迹运动，r值变化存在一个现变小后变大的过程，这个过程实际上是多余的，它会引起加减速过程从而减缓运动速度。 在实际运动中所做的运动路程更氏速度变化也更大 更大的运动变化同时也会造成更明显的震动和冲击。考虑到上述问题， 有必要对关节的运动曲线进行重新规划。

对于上述问题本文利用三次曲线插补的方法进行处理。三次曲线具有二阶可导性，其表达方式保证了其一阶求导结果即速度曲线平滑和二阶求导结果即加速度曲线的连续性在原有插补点基础上可以保证所得结果符合路程运动和速度曲线的要求。

可以推导出修正插补曲线的方程为：

对于方程插补确定起始点位置坐标Q?t?和速度Q?t?以及终止点的位置坐标坐

'1111标Q?t?和速度Q?t?，可得到方程组：

nnnn

规划中胜定速度在起始点和终止点皆为0，因此由方程式可以求出所需要的A、B、C、D四个未知量以确定三次曲线的方程。通过Matlab仿真如图7所示。

图7 轨迹规划空间及关节运动曲线

通过关节运动轨迹图7可以看出r，关节轨迹,运动满足要求不再出现富动。 速度曲线图也显示速度变化更加平稳，幅值变化不大。

4. 计算机仿真技术及其在生产系统中的应用

生产系统是一个为了生产某种或某类产品, 综合生产工艺、生产计划、质量控制、人员调度、设备维护、物料控制等各种技术为一体的复杂系统。然而生产系统一般都属于复杂离散事件系统, 至今尚无一种数学方法能精确地解析地求解这类问题。因此, 计算机仿真是对生产系统进行分析实验和评价的最简单、最经济、最有效的方法。它可以把所有的资源、产品生产研制周期、库存、在制品数等动态地结合起来, 被认为是解决现代制造过程中复杂问题的理想方 法。

下面是作者利用Promode l6. 0建立的一个针对某机械加工厂生产车间的系统规划模型, 该车间包括2台数控车床、1台清洗机和1套检测装置, 其布置如图1所示。

图1

假定加工作业到达车间的间隔时间为均值为20min的指数型随机变量; 加工作业在NC1和NC2之间的工作量分配遵循1: 1的比例;车间雇佣1位技术人员负责从机加工到检验入库的所有物料搬运和机床操作。其工艺流程和加工时间分别是:机加工U (15,5) m in; 清洗U (5, 1) m in;检测U (8, 4) m in。

该车间为了为了扩大生产能力, 提高设备使用率,拟通过改善物料搬运过程的形式对现有系统进行改造。经过研究和调研, 给出了以下两种不同的改善 …… 此处隐藏：695字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……