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拾无·阿超

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虚拟机床技术  

2006-06-11 21:24:09|  分类: 机械制造 |  标签: |举报 |字号 订阅

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随着计算机仿真技术的发展和应用的深入,仿真技术已广泛应用于制造业的评估工艺计划和设备,以及新产品设计。但是大部分仿真系统都是彼此独立的,都是针对产品生命周期中的各个阶段的功能需要而建立的特定仿真模型,是为某个阶段或其中的某个过程服务,因而产品和制造工程的建模能力不够全面,仿真功能并不完善。例如加工过程的仿真,主要集中在几何仿真上,它不考虑切削参数、切削力及其它因素的影响,只仿真刀具——工件几何体,以验证NC程序的正确性。随着制造业的发展,在几何仿真中仅仅建立刀具和工件的几何模型,已不能满足虚拟制造的要求,必须建立加工环境模型,包括夹具、工作台和虚拟机床。目前之所以没有很好的基于加工环境的仿真系统,并不是因为分析切削加工存在问题,而是因为受与切削有关的各个部件的物理特性的影响。因此,基于有限元的计算方法,虽然在其它方面取得了许多成功,但是对于切削过程却没有达到预期的效果。

  所以,在虚拟制造技术的研究中,建立虚拟机床的设计模型,研究基于系统的机床仿真,具有很重要的意义。 

  虚拟制造技术 

  虚拟制造(Virtual Manufacturing,VM)被定义为:它是一个集成的、综合的可运行制造环境,用来提高各个层次的决策和控制。它的内涵是:

  ● VM通过建模和仿真,提高加工过程的质量。

  ● VM最重要的作用是为实施IPPD(Integrated Product Process Development)提供一个工具,特别是用于预测产品成本和控制功能。

  ● VM根据计算机模拟的产品开发环境,使设计者在真正的加工之前就模拟地制造产品。这里的“产品开发”包括了与产品相关的所有活动,不仅包括技术上的和商业上的,而且还包含了产品的设计和生产。但是,VM并不仿真所有的这些方面。

  ● VM是基于模型的制造,使用的工具反过来影响这些模型。最初始的工具是仿真,利用仿真可以降低制造成本,而且可以检查真实空间和虚拟空间的许多参数。

  因此,虚拟制造技术是由多学科知识形成的综合技术,其本质是以计算机支持的仿真技术为前提,对设计、制造等生产过程进行统一建模,在产品的设计阶段,实时地、并行地模拟出产品未来制造全过程及其对产品设计的影响,预测产品性能、产品制造技术、产品的可制造性,从而更有效、更经济、柔性灵活地组织生产。 

  虚拟机床 

  虚拟机床(Virtual Machine Tool,VMT)是随着虚拟制造技术的发展而提出的一个新的研究领域,它的最终目标是为虚拟制造建立一个真实的加工环境,用于仿真和评估各加工过程对产品质量的影响。在虚拟机床中,需要建立机床模型和加工过程模型。机床模型包括机床的几何参数、运动关系、伺服系统、刚度和热影响等。加工过程模型包括切削力、刀具的磨损、加工表面形状以及公差等。利用虚拟机床,用户输入NC程序、工艺模型和刀具模型,要求得到关于工件特性、刀具状况和加工效率等信息,用于虚拟制造中产品的可制造性评价。

  ● VMT的技术特点:采用机床系统仿真平台;由若干基础软件模块组成;VMT产品是数字模型;可对VMT数字模型进行显示、分析、传递和迭代更新;提供并行作业可能;可多人在同一模型上工作;是机床敏捷制造的主要支撑技术。

  ● VMT的方法的特点:数字化建模、分析、多媒体人机交互;建模基础是刀具、工件相对位移矢量。

  ● VMT建模基础:相对位移模型;运动学建模;机床运动学误差建模;机床热变位建模;工艺模型。

  ●VMT应用的主要目的:强化创新水平;用经济快捷方式提高产品设计质量;缩短产品开发周期,降低开发成本。

  虚拟机床是一项崭新的技术,其还有很多技术不完善,随着时间的推移,它在制造自动化中将发挥越来越大的作用。
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