虛擬原型技術(shù)與機(jī)電一體化技術(shù)的結(jié)合

本文展示了使用嵌入式分析工具的現(xiàn)代計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)。

　　用戶總是要求我們提高所設(shè)計(jì)的機(jī)械的性能，同時(shí)減少資金成本。為了達(dá)到這兩個(gè)矛盾的目標(biāo)，我們將注意力放到在機(jī)械設(shè)計(jì)方面有巨大潛力的機(jī)電一體化上。

　　本文審視了當(dāng)今與機(jī)電一體化結(jié)合的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具如何幫助您制造更好的機(jī)器。那么，您需要設(shè)計(jì)制造一臺(tái)新的機(jī)器要，并且您確信機(jī)電一體化的設(shè)計(jì)方法及虛擬原型技術(shù)是正確的途徑，但是該從哪里著手呢?讓我們先來看更為簡(jiǎn)單的取放機(jī)。

　　在機(jī)電一體化設(shè)計(jì)中，三個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)（機(jī)械，電機(jī)與控制）并行工作。不過，在機(jī)械團(tuán)隊(duì)完成設(shè)計(jì)前，電機(jī)與控制團(tuán)隊(duì)需要預(yù)先得到有關(guān)機(jī)械的信息。虛擬原型技術(shù)可以預(yù)先提供機(jī)械信息。通過將3DCAD系統(tǒng)與一個(gè)運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)分析工具，以及一個(gè)虛擬控制器相連接，SolidWorks公司與NI公司創(chuàng)建了一個(gè)真實(shí)的機(jī)電一體化設(shè)計(jì)環(huán)境。使用這些工具并不表示機(jī)械設(shè)計(jì)過程中的繁重工作減少了，而是工作量在整個(gè)設(shè)計(jì)周期中由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)分擔(dān)了。

　　初次共振實(shí)驗(yàn)。虛擬原型技術(shù)的巨大價(jià)值在于，它允許您出現(xiàn)并校正設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，而不會(huì)出現(xiàn)制造實(shí)物樣機(jī)所帶來的資金耗費(fèi)與時(shí)間延遲。

　　虛擬原型技術(shù)設(shè)計(jì)過程

　　經(jīng)常失敗與早期失敗是虛擬原型技術(shù)設(shè)計(jì)的必經(jīng)之路，失敗的方式是在設(shè)計(jì)過程中——而不是之后。所以您該如何‘失敗’而仍舊成功？訣竅是在正確的事情上失敗，確定什么是您機(jī)械的關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI’s)，并將這些作為隨后測(cè)試的參數(shù)與目標(biāo)。那么，讓我們看看取放機(jī)并領(lǐng)會(huì)虛擬原型技術(shù)如何在設(shè)計(jì)過程引導(dǎo)我們。

取放機(jī)

　　運(yùn)動(dòng)輪廓是所有機(jī)械的基石。最簡(jiǎn)單的情況是將物體A從B處移到C處。但是在某些情況下，您從B到C的最佳方式并不那么顯而易見。一步運(yùn)動(dòng)還是兩步？凸輪還是伺服？利用CAD可以快速地安排機(jī)械的運(yùn)動(dòng)部件，并檢查沖突與運(yùn)動(dòng)范圍。由于大多機(jī)械并不是從草圖開始的，最初的CAD組裝很可能是3D模型與布局草圖或是結(jié)構(gòu)圖的混合體。

取放裝配布局

　　即使只有如此簡(jiǎn)單的幾何形狀，SolidWorks仍可以基于草圖或用戶定義的部分計(jì)算出近似的力與轉(zhuǎn)矩。我們現(xiàn)在可以將這些要求告知電機(jī)工程師，他們會(huì)對(duì)馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)提出建議。再者，我們有可能借助于軟件的優(yōu)勢(shì)直接從3D信息中心（擁有超過一百萬(wàn)個(gè)模型）或者制造商的網(wǎng)站下載馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)的CAD模型。

　　裝配馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)的取放布局

　　最初的設(shè)計(jì)迭代提供力的大小來確定“最初估計(jì)”的馬達(dá)和驅(qū)動(dòng)尺寸。使用裝配圖中包含的馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)CAD模型，運(yùn)動(dòng)仿真能夠快速地重復(fù)運(yùn)行來完善馬達(dá)與驅(qū)動(dòng)需求。當(dāng)機(jī)械設(shè)計(jì)成熟并且CAD裝配變得更加完整，運(yùn)動(dòng)分析軟件可以周期性地重復(fù)運(yùn)行，確保實(shí)物樣機(jī)制造時(shí)不會(huì)出現(xiàn)意外。