0引言
   
    虛擬制造(Visual Manufacturing，VM)是利用信息技術(shù)、仿真技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對現(xiàn)實(shí)制造活動(dòng)中信息及制造過程進(jìn)行全面的仿真的技術(shù)。虛擬機(jī)床(Viaual Machine Tool，VMT)是隨著虛擬制造技術(shù)的發(fā)展而提出的一個(gè)研究領(lǐng)域．它的最終目標(biāo)是為虛擬制造建立一個(gè)真實(shí)的加工環(huán)境，以發(fā)現(xiàn)制造中可能出現(xiàn)的問題，在計(jì)算機(jī)上對機(jī)床進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、測試，甚至可以"進(jìn)l入"虛擬機(jī)床和其制造環(huán)境檢驗(yàn)其設(shè)計(jì)、加工、裝配和操作，在產(chǎn)品實(shí)際生產(chǎn)前就采取預(yù)防措施，從而達(dá)到產(chǎn)品一次性制造成功，來達(dá)到降低成本、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力的目的。用于仿真和評估加工過程對產(chǎn)品質(zhì)量的影響。
   
    本文以SSCK3220型數(shù)控車床為研究對象，從虛擬產(chǎn)品開發(fā)的角度，論證虛擬數(shù)控機(jī)床的總體設(shè)計(jì)方案，提出虛擬機(jī)床的體系結(jié)構(gòu)，建立虛擬數(shù)控機(jī)床模型，并對其應(yīng)用加以討論。
   

    1虛擬數(shù)控機(jī)床體系結(jié)構(gòu)
   
    數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工時(shí)，首先要能夠識(shí)別由數(shù)控編程人員編寫的或由CAD／CAM程序生成的零件加工程序，將程序分解成機(jī)床部件的相關(guān)動(dòng)作，控制刀具和工件的相對運(yùn)動(dòng)，從而加工出所需零件，其過程如圖1所示。在建立虛擬數(shù)控機(jī)床模型時(shí)，為追求身l臨其境的逼真性和超越現(xiàn)實(shí)的虛擬性，虛擬數(shù)控機(jī)床應(yīng)滿足以下要求：
   
    (1)與真實(shí)機(jī)床相似的結(jié)構(gòu)，以便模仿真實(shí)機(jī)床的任何功能，并可使設(shè)計(jì)者以直觀的方式設(shè)計(jì)和修改系統(tǒng)。
   
    (2)能全面逼真的反映現(xiàn)實(shí)的加工環(huán)境和加工過程。能對加工中出現(xiàn)的碰撞、干涉提供報(bào)警信息。
   
    (3)具有完善的圖形接口。完善的圖形接口使用戶既能像在真實(shí)環(huán)境中那樣完全操作虛擬數(shù)控機(jī)床，又能完全真實(shí)地以圖像的形式觀察機(jī)床運(yùn)行的各種狀態(tài)和各種機(jī)床運(yùn)行參數(shù)．從而最大限度的提高人機(jī)融合程度。根據(jù)上述分析，分析虛擬數(shù)控機(jī)床的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
   

    2結(jié)構(gòu)分析及虛擬數(shù)控機(jī)床建模
   
    2．1 SSCK3220主要部件建模
   
    虛擬數(shù)控機(jī)床建模關(guān)鍵技術(shù)是零件的三維造型、虛擬裝配和動(dòng)態(tài)仿真。虛擬機(jī)床的幾何建模包括：虛擬床身，床頭箱，主軸，刀架，尾座，工裝夾具等。機(jī)床的幾何模型涉及機(jī)床的幾何參數(shù)、運(yùn)動(dòng)關(guān)系、伺服系統(tǒng)、剛度和熱影響等。此處以SSCK3220型數(shù)控車床為原型進(jìn)行幾何建模。首先分析SSCK3220型數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)，圖3給出該機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
   
    在分析SSCK3220型數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，利用三維實(shí)體軟件Solidworks對該機(jī)床的主要部件進(jìn)行幾何建模。在此過程中?？衫脭?shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)手段實(shí)現(xiàn)主要結(jié)構(gòu)件的形狀和尺寸優(yōu)化．同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)功能部件的特性優(yōu)化。如主軸部件中主軸的支距及其靜動(dòng)態(tài)特性、伺服進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)特性和響應(yīng)特性等。而對一些機(jī)床常用零部件(軸、軸承、齒輪、鍵、帶、離合器、聯(lián)軸器、彈簧等)可進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算．以保證計(jì)算的準(zhǔn)確性和快速性。
   

    2．2 虛擬裝配
   
    虛擬裝配是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的形狀特性、精度特性，真實(shí)地模擬產(chǎn)品三維裝配過程．并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實(shí)模擬裝配過程，以檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性闈。在對數(shù)控機(jī)床的床身、床鞍、主傳動(dòng)系統(tǒng)、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、裝夾系統(tǒng)分別建立模型。并虛擬工件和刀具的基礎(chǔ)上?？衫锰摂M裝配技術(shù)．得到虛擬數(shù)控車床模型。圖4給出SSCK3220數(shù)控車床的簡化的虛擬機(jī)床模型。
   
    3虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用
   
    虛擬數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用非常的廣泛，可初步進(jìn)行無紙?jiān)O(shè)計(jì)、裝配和測試等；利用CAD形成的機(jī)床三維實(shí)體模 型，結(jié)合CAE軟件，可對機(jī)床結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。對機(jī)床部件的多種布局方案進(jìn)行論證。并可利用有限元分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等對機(jī)械結(jié)構(gòu)、布局進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化閣。虛擬機(jī)床是虛擬加工的工具和環(huán)境。在此基礎(chǔ)上?？蓪?shí)現(xiàn)虛擬工廠。分析用機(jī)床進(jìn)行產(chǎn)品加工的整個(gè)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)，對整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行虛擬和控制。另外．用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)或三維技術(shù)制作的產(chǎn)品廣告具有逼真的效果，不僅可以展示產(chǎn)品的外形。還可顯示產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。裝配和維修過程，使用方法，工作過程工作性能等。
   

    4結(jié)束語
   
    本文立足企業(yè)的實(shí)際情況．結(jié)合目前國際上先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。將實(shí)際數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用和虛擬設(shè)計(jì)／制造相結(jié)合。提出了虛擬數(shù)控車床的總體設(shè)計(jì)方案。在整個(gè)設(shè)計(jì)中，結(jié)合機(jī)床的設(shè)計(jì)過程和應(yīng)用狀況，力圖和實(shí)際相結(jié)合，為機(jī)床行業(yè)的發(fā)展提供一種思路和方法。