车铣加工中心动态特性及加工机理
随着科学技术的快速发展，车铣复合功能的数控机床是近年来适 应产品的复杂化和生产的高效韦要求而发展很快的机种[1]。该机床 可同时采用多种工艺加1:方法及复杂曲面加工.，这是航空、航天等军工. 产品所需要的。由于国外的技术，缺乏可参考的技术资料，极大地 制约了我国对这类高档数控机床的发展。目前国产的车铣加[:中心还 无法满足我国汽车、飞机、航空航天、造船、军工等制造业追求高精度、 高可靠性产品的要求，因此每年我国需要从国外引进大景的车铣加工 中心，以满足生产的需要。国内机床行业一直在寻求开发这种结构的加工中心，从近几年的机床展览会的情况来看，很多机床制造企业正在 以各种方式开发该机床产品，但其主要关键部件仍然是依赖进口，并没 有实现真正意义上的国产化>3]。我国需要尽快研制出这种车铣加工 中心产品，以适应军工产品的需要并*国内空因此以代表高档数 控机床发展方向的车铣加工：中心作为研究对象是十分具有重要意义的。
研究开发一台车铣加工中心需要多种方案的反复比较及试验，也需要大景的技术投资和较长的开发时间，因此国内的机床制造企业常常无力进行此项开发研究工作。随着信息技术的快速发展，化、网 络化和拟实化已成为21世纪制造业发展的重要特征;特别是计算机建 模与仿真技术、虚拟现实技术的出现，虚拟制造技术应运而生，它的诞 生是现代科学技术和生产技术发展的必然结果，是各种现代制造技术 与系统发展的必然趋势，为制造业中复杂产品设计和制造提供了手段，近年来，为了缩短产品的开发周期、降低生产成本，提出了各种各样的制造模式，在这些新的制造模式中，由于虚拟制造基本不消耗 资源和能量，也不生产实际产品，而是产品的设计、开发与实现过程在 计算机上的本质实现，即采用计算机建模与仿真在高性能计算机及高 速n络的支持下群组协同工作，进行模拟与仿真，检查产品设计和制造 的合理性，预测其制造周期和使用性能，以便及时修改设计，更有效地 灵活组织生产，以实现产品制造全过程的化。
目前制造技术的目标是以短的时间、低的成本和效的方 法制造出高质设、高性能的产品。由于产品的复杂性增加和富有竞争 性的产品生命周期的缩短，物理样机（高档数控机床）的实现和测试成 为成功开发具有经济优越性的现代机床的主要瓶颈[7]。当前，机床制 造商很难承担起制造和测试物理样机所需的时间和费用，而现代机床 的设计过程引用了计箅机仿真技术预测其性能，不仅减少硬件测试的 费用和时间，而且减少反复对物理样机改进的次数，计算机仿真技术能 很好地解决开发产品的工(的上市时间）、q(的产品质量）、c (低的产品成本）、s(良好的产品服务）。其中虚拟样机仿真技术是 目前计算机建模与仿真技术的一种*方法，表示物理产品的计算机 仿真模塑，可以像真的物理样机一样进行分析和测试。在设计过程中 反复改变机床的虚拟样机模型和调整各种设计方案，直到达到满意的 性能要求，从而减少整个产品的开发时间和成本。而数学建模是计算 机仿真技术的基础，是一种通用的方法。根据不同的要求，建立不同的 数学模铟，然后对其进行仿真，所得结果可以预测和评估产品的性能。 如图1. 1所示为传统设计过程与基于计算机建模与仿真的现代设计过 程的对比图。传统的设计过程为：概念——设计——物理样机制 造——物理样机试验——物理样机方案变更——物理样机制造变 更——定型。在新产品的设计过程中，目前大部分企业采用计算机辅 助设计（computer aided design，cad)，根据设计图纸进行物理样机的 试制，或荇先试制一些部件，再试制物理样机;然后对试制出来的物理 样机进行评价，其评价方法是进行物理样机的试验及试运转。这种新产品的试制模式，当评价结果达不到预期目标时，就要重新更新设计，并重新试制物理样机，新产品的试制过程循环长，试制费用比较高，试 制周期也比较长。特别是对无参考机型的*创新的新产品试制，其 缺点表现尤为突出，一个产品往往要经过多次循环才能后定。 而现代设计模式在新产品设计与试制过程中增加r计算机建模与仿真 环节，可以在计算机上进行预测和评估产品的性能，当评价结果不满意 时，进行修改设计的过程也是在计算机上完成，可以多次修改及优化产 品设计方案，直到达到满意的设计要求，再制造物理样机，后产品定型、生产。
从以上分析可以看出，传统模式的新产品的试制过程循环长，对完 全创新开发的新产品不利。与传统模式相比，现代设计过程中在汁算机 上建立虚拟样机模型和数学模型，通过仿真结果对其设计质量包括外 观、功能、性能、成本、可制造性、可靠性及制造周期等指标进行分析和评 价。计算机建模与仿真技术的出现和逐渐成熟，为解决传统设计与制造 中的种种弊端提供了强有力的下具和手段。其设计、制造、测试、评价等 过程都是在计算机上完成的，保证了物理样机一次试制成功率m。
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