現(xiàn)代數(shù)控機床屬于極為重要的機械設(shè)備，集成了機械設(shè)計、制造工藝、自動控制、信息技術(shù)、精密測量、人工智能等先進技術(shù)。重型機床屬于大型化裝備制造的關(guān)鍵，在重型機床設(shè)計中應(yīng)用仿真技術(shù)，可以克服傳統(tǒng)設(shè)計中存在的局限性，為重型機床設(shè)計構(gòu)建科學(xué)模型，為產(chǎn)品設(shè)計與改進發(fā)揮指導(dǎo)意義。以重型臥式車床為例，以虛擬裝配過程和主軸性能分析為重點，對仿真技術(shù)在重型機床設(shè)計中的應(yīng)用進行研究。
    隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機械設(shè)備制造對數(shù)控機床性能提出了更高要求，機床發(fā)展呈現(xiàn)出高速化、復(fù)合化、精密化、極端化趨勢。其中極端化，指的是數(shù)控機床向極小化與極大化方向發(fā)展。大型設(shè)備工業(yè)、航天、航空、國防等行業(yè)設(shè)備制造需要重型數(shù)控機床，推動著數(shù)控機床向大型化與重型化發(fā)展。重型機床與普通機床存在著極大區(qū)別，在重型機床設(shè)計中，不能依據(jù)普通機床設(shè)計作指導(dǎo)。在重型機床設(shè)計應(yīng)用仿真技術(shù)，可以為其設(shè)計提供理論模型，并為產(chǎn)品設(shè)計與改進發(fā)揮指導(dǎo)作用。結(jié)合某重型臥式車床設(shè)計，從車床虛擬裝配與主軸系性能為主研究仿真技術(shù)在重型機床上設(shè)計中的應(yīng)用。
    仿真技術(shù)在重型機床設(shè)計中的應(yīng)用研究
    計算機方針技術(shù)，是建立于信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、模型理論、相似原理基礎(chǔ)上，以計算機為工具，通過模型對設(shè)計系統(tǒng)進行研究、分析、試驗與運行的一種技術(shù)。在重型機床設(shè)計中應(yīng)用仿真技術(shù)，其現(xiàn)實意義主要表現(xiàn)為：其一，構(gòu)建系統(tǒng)模型?？梢酝ㄟ^抽象實際機床系統(tǒng)，構(gòu)建簡單模型并進行仿真實驗，在實驗過程中不斷修正模型，調(diào)整模型參數(shù)，形成與系統(tǒng)相似的數(shù)學(xué)模型；其二，預(yù)測性。通過仿真技術(shù)，可以減少或避免直接加工實驗，并對系統(tǒng)運行性能進行預(yù)測，提出改進方案；其三，推動設(shè)計優(yōu)化。在建立模型的基礎(chǔ)上，采取優(yōu)化處理，不斷改進設(shè)計方案，促使設(shè)計系統(tǒng)達到最優(yōu)參數(shù)；其四，重復(fù)實驗。重復(fù)實驗屬于系統(tǒng)設(shè)計必不可少的過程，現(xiàn)實條件中重復(fù)實驗難度較高，通過仿真技術(shù)應(yīng)用，只需要調(diào)整相應(yīng)參數(shù)便可以實現(xiàn)重復(fù)實驗；此外，仿真技術(shù)應(yīng)用其經(jīng)濟性與安全性突出，可以有效降低設(shè)計成本。
    在重型機床設(shè)計中仿真技術(shù)應(yīng)用主要包括設(shè)計過程仿真與功能及物理特性仿真，其中設(shè)計過程仿真包括計算機輔助設(shè)計零件實體模型、虛擬裝配、運動仿真等內(nèi)容，功能及物理特性仿真包括系統(tǒng)、零件物理性能分析，零件失效預(yù)測等內(nèi)容。以虛擬裝配與主軸系性能分析為例，對仿真技術(shù)的具體應(yīng)用進行研究。
    仿真技術(shù)在重型機床虛擬裝配中的應(yīng)用
    通過應(yīng)用Solid Works強大運動分析功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對研究對象空間運動位置與運動參數(shù)的精確計算，可以對復(fù)雜機構(gòu)的運動規(guī)律進行有效解決，通過構(gòu)建虛擬仿真環(huán)境進行重型機床設(shè)計仿真實驗，可以有效降低實驗成本，提高實驗效率，可以實現(xiàn)對其運動狀態(tài)的仿真，支持機構(gòu)設(shè)計合理性檢查，對實際重型臥式車床設(shè)計提高工具支持。
    運動仿真在構(gòu)建裝配模型基礎(chǔ)上，通過對部件進行定義，為起始運動件定義連接軸、運動方向、驅(qū)動電機，設(shè)定運動初始參數(shù)來實現(xiàn)。Solid Works軟件屬于一種三維設(shè)計軟件，其軟件建模操作簡單。依據(jù)零部件尺寸與形狀，通過Solid Works零件模型中的拉伸、掃描、旋轉(zhuǎn)等功能，構(gòu)建零件模型。
    在裝配重型臥式車床過程之前，應(yīng)對零件與部件在整個部件與整個整機之中的位置、作用與零件之間的運動關(guān)系，從而確保裝配后整機定位可靠，運動中不發(fā)生沖突。在裝配過程中，應(yīng)首先進行支架部分裝配作業(yè)，然后將剩余部件以大型裝配體模式裝配并形成整機，其裝配流程應(yīng)采取自下而上的倒樹狀層次結(jié)構(gòu)方式，確保零件裝配從屬關(guān)系，做好裝配定位工作，從而節(jié)約資源，有利于裝配體修改，提高系統(tǒng)處理速度。
    仿真技術(shù)在主軸系有限元仿真中的應(yīng)用
    在重型機床設(shè)計中，主軸下沉問題較為突出，采取簡單力學(xué)計算無法確定引起主軸下沉的原因。為此，應(yīng)用仿真技術(shù)，構(gòu)建有限元模型，對主軸性能進行分析。
    3.1.主軸系有限元模型
    在機床設(shè)計中，為方便齒輪與軸承裝配工作，軸體表面多存在著一定錐度，并存在著圓角、鍵槽、倒角等特征。為方便研究，忽略主軸表面特征，構(gòu)建多階梯空心圓柱體主軸模型，將加工工件、卡盤進行簡化，以實心圓柱體表現(xiàn)，箱體簡化為支撐軸承支板。應(yīng)用SOLID92、SOLID95等參元對機床主軸部位作網(wǎng)格劃分。
    3.2.材料屬性與邊界條件分析
    在有限元分析過程中，應(yīng)明確材料屬性，確定其邊界條件，主軸系部件材料屬性。
    其邊界條件應(yīng)包括應(yīng)力邊界條件、位移邊界條件、混合邊界條件，在對重型臥式車床主軸系有限元分析時，應(yīng)保證主軸部位位移量為0，車床地基不存在變形，即設(shè)定其位移邊界條件。
    3.3.仿真研究結(jié)果
    應(yīng)用ANSYS進行模塊處理，獲得仿真模型主軸系變形圖與主軸系位移云圖。通過研究發(fā)現(xiàn)，主軸與卡盤連接位置與前端軸承重箱體屬于主軸系部件變形集中區(qū)，靠近卡盤與承重箱體位置，其中心下沉量達到最大，為0.5mm，平均下沉量值為0.35mm。通過激光檢測后發(fā)現(xiàn)，實際下沉量與仿真結(jié)果相近，證明仿真技術(shù)的應(yīng)用可以有效對主軸系性能進行分析，依據(jù)仿真結(jié)果，找出主軸下沉原因，從而采取改進措施，優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)設(shè)計質(zhì)量。

    隨著工業(yè)發(fā)展，其對數(shù)控機床的性能提出更高要求，重型機床屬于未來機床發(fā)展的主要趨勢。在進行重型機床設(shè)計時，應(yīng)用仿真技術(shù)可以有效解決傳統(tǒng)設(shè)計方法中存在的問題，為重型機床設(shè)計提供三維模型，為優(yōu)化與改進重型機床設(shè)計工作提供指導(dǎo)意義。仿真技術(shù)在重型機床設(shè)計中的應(yīng)用，其綜合優(yōu)勢明顯，重點以虛擬裝配過程和主軸性能分析為例，綜合研究仿真技術(shù)在重型機床設(shè)計中的應(yīng)用，實踐證明，其應(yīng)用整體效果突出，未來發(fā)展前景廣闊。