基于Solidwork的虚拟数控机床建模技术及其应用

    0引言
   
    虚拟制造(Visual Manufacturing，VM)是利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中信息及制造过程进行全面的仿真的技术。虚拟机床(Viaual Machine Tool，VMT)是随着虚拟制造技术的发展而提出的一个研究领域．它的最终目标是为虚拟制造建立一个真实的加工环境，以发现制造中可能出现的问题，在计算机上对机床进行设计、制造、测试，甚至可以"进l入"虚拟机床和其制造环境检验其设计、加工、装配和操作，在产品实际生产前就采取预防措施，从而达到产品一次性制造成功，来达到降低成本、缩短产品开发周期，增强产品竞争力的目的。用于仿真和评估加工过程对产品质量的影响。
   
    本文以SSCK3220型数控车床为研究对象，从虚拟产品开发的角度，论证虚拟数控机床的总体设计方案，提出虚拟机床的体系结构，建立虚拟数控机床模型，并对其应用加以讨论。
   

    1虚拟数控机床体系结构
   
    数控机床进行加工时，首先要能够识别由数控编程人员编写的或由CAD／CAM程序生成的零件加工程序，将程序分解成机床部件的相关动作，控制刀具和工件的相对运动，从而加工出所需零件，其过程如图1所示。在建立虚拟数控机床模型时，为追求身l临其境的逼真性和超越现实的虚拟性，虚拟数控机床应满足以下要求：
   
    (1)与真实机床相似的结构，以便模仿真实机床的任何功能，并可使设计者以直观的方式设计和修改系统。
   
    (2)能全面逼真的反映现实的加工环境和加工过程。能对加工中出现的碰撞、干涉提供报警信息。
   
    (3)具有完善的图形接口。完善的图形接口使用户既能像在真实环境中那样完全操作虚拟数控机床，又能完全真实地以图像的形式观察机床运行的各种状态和各种机床运行参数．从而最大限度的提高人机融合程度。根据上述分析，分析虚拟数控机床的体系结构如图2所示。
   

    2结构分析及虚拟数控机床建模
   
    2．1 SSCK3220主要部件建模
   
    虚拟数控机床建模关键技术是零件的三维造型、虚拟装配和动态仿真。虚拟机床的几何建模包括：虚拟床身，床头箱，主轴，刀架，尾座，工装夹具等。机床的几何模型涉及机床的几何参数、运动关系、伺服系统、刚度和热影响等。此处以SSCK3220型数控车床为原型进行几何建模。首先分析SSCK3220型数控车床的结构，图3给出该机床的传动系统结构示意图。
   
    在分析SSCK3220型数控车床的结构基础上，利用三维实体软件Solidworks对该机床的主要部件进行几何建模。在此过程中。可利用数学方法和计算机手段实现主要结构件的形状和尺寸优化．同时还可实现功能部件的特性优化。如主轴部件中主轴的支距及其静动态特性、伺服进给系统的驱动特性和响应特性等。而对一些机床常用零部件(轴、轴承、齿轮、键、带、离合器、联轴器、弹簧等)可进行设计计算和校核计算．以保证计算的准确性和快速性。
   

    2．2 虚拟装配
   
    虚拟装配是根据产品设计的形状特性、精度特性，真实地模拟产品三维装配过程．并允许用户以交互方式控制产品的三维真实模拟装配过程，以检验产品的可装配性闱。在对数控机床的床身、床鞍、主传动系统、进给传动系统、装夹系统分别建立模型。并虚拟工件和刀具的基础上。可利用虚拟装配技术．得到虚拟数控车床模型。图4给出SSCK3220数控车床的简化的虚拟机床模型。
   
    3虚拟数控机床的应用
   
    虚拟数控机床的应用非常的广泛，可初步进行无纸设计、装配和测试等；利用CAD形成的机床三维实体模 型，结合CAE软件，可对机床结构进行分析。对机床部件的多种布局方案进行论证。并可利用有限元分析、优化设计等对机械结构、布局进行改进和优化阁。虚拟机床是虚拟加工的工具和环境。在此基础上。可实现虚拟工厂。分析用机床进行产品加工的整个过程的各个环节，对整个生产系统进行虚拟和控制。另外．用虚拟现实技术或三维技术制作的产品广告具有逼真的效果，不仅可以展示产品的外形。还可显示产品的内部结构。装配和维修过程，使用方法，工作过程工作性能等。
   

    4结束语
   
    本文立足企业的实际情况．结合目前国际上先进制造技术的发展。将实际数控机床的设计、制造、应用和虚拟设计／制造相结合。提出了虚拟数控车床的总体设计方案。在整个设计中，结合机床的设计过程和应用状况，力图和实际相结合，为机床行业的发展提供一种思路和方法。