(1)長期以來西方發(fā)達國家對中國航空、航天、模具等行業(yè)急需的 車銑加I.中心等高性能精工系統(tǒng)采取技術(shù)封鎖、出口限制和價格壟斷 等手段來加以阻攔，五軸控制的高檔精工系統(tǒng)、測量元件、B軸等還是 依賴國外的技術(shù)，要真正實現(xiàn)車銑加工中心完全國產(chǎn)化還需要漫長的 路程，我們必須一方面吸收國外的先進技術(shù)，另一方面要提高自己的創(chuàng) 新能力，加速我國的經(jīng)濟和技術(shù)的快速發(fā)展。
從以上分析可以看出，傳統(tǒng)模式的新產(chǎn)品的試制過程循環(huán)長，對完 全創(chuàng)新開發(fā)的新產(chǎn)品不利。與傳統(tǒng)模式相比，現(xiàn)代設(shè)計過程中在汁算機 上建立虛擬樣機模型和數(shù)學(xué)模型，通過仿真結(jié)果對其設(shè)計質(zhì)量包括外 觀、功能、性能、成本、可制造性、可靠性及制造周期等指標進行分析和評 價。計算機建模與仿真技術(shù)的出現(xiàn)和逐漸成熟，為解決傳統(tǒng)設(shè)計與制造 中的種種弊端提供了強有力的下具和手段。其設(shè)計、制造、測試、評價等 過程都是在計算機上完成的，保證了物理樣機一次試制成功率m。
由上述研究目的和意義可知，通過對車銑加工中心釆用計算機建 模與仿真技術(shù)的研究，能實時、并行地模擬出機床的未來制造全過程及 其對加工中心設(shè)計的影響，預(yù)測機床的性能、成本和可制造性，從而有 助于更冇效、更經(jīng)濟靈活地組織生產(chǎn)，使工_廠和車間的資源得到合理配 置，并使生產(chǎn)布局更合理、更有效。釆用計算機建模與仿真技術(shù)可以在 設(shè)計階段就進行驗證，確保設(shè)計的正確性，避免損失，從而可以縮短產(chǎn) 品的研制周期，獲得******的機床質(zhì)量、最低的成本和最短的開發(fā)周期， 為此提出了本課題的研究。通過釆用計算機建模與仿真技術(shù)對該加工中心在實際投入生產(chǎn)之前對該機床的可制造性和可生產(chǎn)性等各方面性 能進行驗證，然后對該機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化，保證一次性生產(chǎn)成功，從而降低 成本、減少上市時間，提高企業(yè)的競爭力。W此，本課題利用計算 機建模與仿真技術(shù)對車銑加下中心的研究和應(yīng)用是具有重要理論意義
車銑加工中心作為高杓精工機床之一，其制造技術(shù)一直被西方發(fā) 達國家所壟斷和控制，不僅其價格十分昂貴，而且西方國家限制對我國 出口。國內(nèi)研制一臺車銑加工中心不僅需要多種方案的反復(fù)比較和試 驗，也需要大量的技術(shù)投資和較長開發(fā)周期，因此機床制造企業(yè)常常無 力進行此項研究。虛擬樣機仿真技術(shù)的出現(xiàn)，為開發(fā)高檔精工機床產(chǎn) 品提供了非常有力的技術(shù)途徑。車銑加工中心有其自身特點和設(shè)計要 求，在設(shè)計階段采用虛擬樣機仿真方法解決車銑加工中心的關(guān)鍵技術(shù) 是非常有效的。由于在計算機上設(shè)計出三維動態(tài)虛擬樣機模型，對其 進行修改和優(yōu)化，試驗和評價過程都利用計算機建模與仿真來實現(xiàn)，因 此節(jié)約了大量成本，縮短了開發(fā)周期。
本章介紹的車銑加工中心屬于五軸車銑復(fù)合加工中心，如圖2. 1 所示?？蓪崿F(xiàn)X方向、Y方向、Z方向移動；主軸可實現(xiàn)無級調(diào)速及恒 速切削，主軸電機可作C軸轉(zhuǎn)動控制，形成任意角度的C軸；動力刀架 上可裝銑刀主軸，形成-90°~ +90°范圍轉(zhuǎn)動。因此該機床可實現(xiàn)五軸聯(lián)動加工，一次裝卡不僅可完成軸類或盤類零件全部工序，而且適合復(fù)雜曲面零件的加工。
(1)采用虛擬樣機技術(shù)和有限元方法相結(jié)合建立多柔體的仿真系 統(tǒng)。具體通過ADAMS和ANSYS軟件協(xié)同建模，將車銑加工中心關(guān)鍵 部件轉(zhuǎn)化成柔性體，與其他部件形成剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)。 (2)基于多柔體系統(tǒng)的車銑加工中心運動學(xué)仿真分析和動力學(xué)仿 真分析。不僅可以觀察機床在運動過程中是否干涉現(xiàn)象的發(fā)生，而且 為加工中心的電機參數(shù)的選擇提供了參考依據(jù)。通過多柔體與多剛休 虛擬樣機動力學(xué)仿真對比分析，柔性體驅(qū)動力比剛性體驅(qū)動力大很多， 采用多柔休系統(tǒng)仿真更能反映實際情況。
通過對車銑加工中心的動力學(xué)模型進行理論分析，可以優(yōu)化機床 結(jié)構(gòu)。由于該機床不確定的因素很多，很難建立其準確的動力學(xué)模型。 把理論分析和仿真研究緊密地結(jié)合起來，是機床結(jié)構(gòu)優(yōu)化和動態(tài)特性 測試的一種有效途徑，采用虛擬樣機技術(shù)的ADAMS軟件可以有效解 決上述問題。在設(shè)計階段，利用虛擬樣機技術(shù)進行仿真，可以對機床的 動態(tài)性能進行預(yù)評估，以便對產(chǎn)品進行分析，找出薄弱環(huán)節(jié)，進行修正 和優(yōu)化，提出改進的建議，完善樣機。這種仿真技術(shù)一般都是從多體動 力學(xué)分析出發(fā)，利用計算機建模與仿真和運算得出結(jié)果，其模型的建立 和改進往往還需要根據(jù)對機床實測的結(jié)果來修正，以確保該模型符合 實際。
研究者采用虛擬樣機對產(chǎn)品分析時，絕大多數(shù)都是對多剛體系統(tǒng) 進行分析，所獲得的仿真結(jié)果是一種理想預(yù)測狀態(tài)。為了提高對車銑加工中心的仿真準確度，更接近于實際情況，將有限元方法和虛擬樣機相結(jié)合，對車銑加工中心的關(guān)鍵部件進行有限元分析，產(chǎn)生柔性體，與 機床其他部件形成剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)，然后在虛擬樣機模型上進行車銑加工中心的運動學(xué)特性和動力學(xué)特性分析。因此為了獲得更準確的仿真結(jié)果，對車銑加工中心建立基于多柔體系統(tǒng)的虛擬樣機模塑是非常必要的。
在第2章基礎(chǔ)所建立的基于多柔體系統(tǒng)的虛擬樣機仿真模塑基礎(chǔ)上，對進行車銑加工中心關(guān)鍵部件的動態(tài)特性仿真分析，對車削主軸和 銑刀主軸進行模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，獲得其各階固有頻率和******位 移響應(yīng)，為關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計提供參考依據(jù)。由于兩個主軸的研究 方?去相似，所以本文只對銑刀主軸進行仿真分析。
車銑加工中心需要具有良好的動態(tài)特性和加工精度，以滿足現(xiàn)代 機械加工工藝要求，因為機床加工過程的穩(wěn)定性和加工精度，是評估機 床動態(tài)性能的主要指標。機床切削時的振動和變形直接影響加工質(zhì) 量，因此提高穩(wěn)定性是改善機床動態(tài)性能的主要途徑。隨著現(xiàn)代設(shè)計 方法的廣泛應(yīng)用，對機床進行振動特性分析，用動態(tài)設(shè)計取代靜態(tài)設(shè)計 已成為現(xiàn)代機床設(shè)計發(fā)展的必然趨勢?，F(xiàn)代制造業(yè)要求高精度、低粗 糙度的高自動化精密機床，設(shè)法提高機床的動態(tài)性能，減少和避免振動 的發(fā)生，保證機床在額定功率范圍內(nèi)使用時都不會發(fā)生振動，這是機床 產(chǎn)品的一項重要研究內(nèi)容。但要使其在各種工況下都具有優(yōu)良的動態(tài) 性能，目前還有較大困難。除了技術(shù)性的問題，由于生產(chǎn)周期縮短，很 難建立一個物理樣機，這就導(dǎo)致必須要有一種方法來預(yù)測未來產(chǎn)品的 機械性能。采用虛擬樣機仿真的方法和實驗?zāi)B(tài)分析結(jié)構(gòu)動態(tài)特性， 可以進行優(yōu)化設(shè)計，從而提高產(chǎn)品設(shè)計性能、縮短設(shè)計周期^74091。
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