(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，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，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)代設計過程中在汁算機 上建立虛擬樣機模型和數(shù)學模型，通過仿真結果對其設計質(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的出現(xiàn)和逐漸成熟，為解決傳統(tǒng)設計與制造 中的種種弊端提供了強有力的下具和手段。其設計、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 其對加工中心設計的影響，預測機床的性能、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可以在 設計階段就進行驗證，確保設計的正確性，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，然后對該機床結構優(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 機建模與仿真技術對車銑加下中心的研究和應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比較和試 驗，也需要大量的技術投資和較長開發(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途徑。車銑加工中心有其自身特點和設計要 求，在設計階段采用虛擬樣機仿真方法解決車銑加工中心的關鍵技術 是非常有效的。由于在計算機上設計出三維動態(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合加工中心，如圖2. 1 所示。可實現(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，而且適合復雜曲面零件的加工。
(1)采用虛擬樣機技術和有限元方法相結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，將車銑加工中心關鍵 部件轉化成柔性體，與其他部件形成剛柔耦合系統(tǒng)。 (2)基于多柔體系統(tǒng)的車銑加工中心運動學仿真分析和動力學仿 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 虛擬樣機動力學仿真對比分析，柔性體驅動力比剛性體驅動力大很多， 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模型進行理論分析，可以優(yōu)化機床 結構。由于該機床不確定的因素很多，很難建立其準確的動力學模型。 把理論分析和仿真研究緊密地結合起來，是機床結構優(yōu)化和動態(tài)特性 測試的一種有效途徑，采用虛擬樣機技術的ADAMS軟件可以有效解 決上述問題。在設計階段，利用虛擬樣機技術進行仿真，可以對機床的 動態(tài)性能進行預評估，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。這種仿真技術一般都是從多體動 力學分析出發(fā)，利用計算機建模與仿真和運算得出結果，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，所獲得的仿真結果是一種理想預測狀態(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合，對車銑加工中心的關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柔耦合系統(tǒng)，然后在虛擬樣機模型上進行車銑加工中心的運動學特性和動力學特性分析。因此為了獲得更準確的仿真結果，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章基礎所建立的基于多柔體系統(tǒng)的虛擬樣機仿真模塑基礎上，對進行車銑加工中心關鍵部件的動態(tài)特性仿真分析，對車削主軸和 銑刀主軸進行模態(tài)分析和諧響應分析，獲得其各階固有頻率和******位 移響應，為關鍵部件的優(yōu)化設計提供參考依據(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)代設計 方法的廣泛應用，對機床進行振動特性分析，用動態(tài)設計取代靜態(tài)設計 已成為現(xiàn)代機床設計發(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，這就導致必須要有一種方法來預測未來產(chǎn)品的 機械性能。采用虛擬樣機仿真的方法和實驗模態(tài)分析結構動態(tài)特性， 可以進行優(yōu)化設計，從而提高產(chǎn)品設計性能、縮短設計周期^74091。
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