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虛擬機床(Virtual Machine Tool,VMT)是隨著虛擬製造技術的發展而提出的一個新的研究領域,它的最終目標是為虛擬製造建立一個真實的加工環境,用於模擬和評估各加工過程對產品質量的影響。

 

1 虛擬機床 -背景

隨著計算機模擬技術的發展和應用的深入,模擬技術已廣泛應用於製造業的評估工藝計劃和設備,以及新產品設計。但是大部分模擬系統都是彼此獨立的,都是針對產品生命周期中的各個階段的功能需要而建立的特定模擬模型,是為某個階段或其中的某個過程服務,因而產品和製造工程的建模能力不夠全面,模擬功能並不完善。例如加工過程的模擬,主要集中在幾何模擬上,它不考慮切削參數、切削力及其它因素的影響,只模擬刀具——工件幾何體,以驗證NC程序的正確性。隨著製造業的發展,在幾何模擬中僅僅建立刀具和工件的幾何模型,已不能滿足虛擬製造的要求,必須建立加工環境模型,包括夾具、工作台和虛擬機床。目前之所以沒有很好的基於加工環境的模擬系統,並不是因為分析切削加工存在問題,而是因為受與切削有關的各個部件的物理特性的影響。因此,基於有限元的計算方法,雖然在其它方面取得了許多成功,但是對於切削過程卻沒有達到預期的效果。

所以,在虛擬製造技術的研究中,建立虛擬機床的設計模型,研究基於系統的機床模擬,具有很重要的意義。

2 虛擬機床 -解釋


虛擬製造技術

虛擬製造(Virtual Manufacturing,VM)被定義為:它是一個集成的、綜合的可運行製造環境,用來提高各個層次的決策和控制。它的內涵是:

● VM通過建模和模擬,提高加工過程的質量。

● VM最重要的作用是為實施IPPD(Integrated Product Process Development)提供一個工具,特別是用於預測產品成本和控制功能。

● VM根據計算機模擬的產品開發環境,使設計者在真正的加工之前就模擬地製造產品。這裡的「產品開發」包括了與產品相關的所有活動,不僅包括技術上的和商業上的,而且還包含了產品的設計和生產。但是,VM並不模擬所有的這些方面。

● VM是基於模型的製造,使用的工具反過來影響這些模型。最初始的工具是模擬,利用模擬可以降低製造成本,而且可以檢查真實空間和虛擬空間的許多參數。

因此,虛擬製造技術是由多學科知識形成的綜合技術,其本質是以計算機支持的模擬技術為前提,對設計、製造等生產過程進行統一建模,在產品的設計階段,實時地、并行地模擬出產品未來製造全過程及其對產品設計的影響,預測產品性能、產品製造技術、產品的可製造性,從而更有效、更經濟、柔性靈活地組織生產。

虛擬機床

虛擬機床(Virtual Machine Tool,VMT)是隨著虛擬製造技術的發展而提出的一個新的研究領域,它的最終目標是為虛擬製造建立一個真實的加工環境,用於模擬和評估各加工過程對產品質量的影響。在虛擬機床中,需要建立機床模型和加工過程模型。機床模型包括機床的幾何參數、運動關係、伺服系統、剛度和熱影響等。加工過程模型包括切削力、刀具的磨損、加工表面形狀以及公差等。利用虛飠玻沒淙隢C程序、工藝模型和刀具模型,要求得到關於工件特性、刀具狀況和加工效率等信息,用於虛擬製造中產品的可製造性評價。

● VMT的技術特點:採用機床系統模擬平台;由若干基礎軟體模塊組成;VMT產品是數字模型;可對VMT數字模型進行顯示、分析、傳遞和迭代更新;提供并行作業可能;可多人在同一模型上工作;是機床敏捷製造的主要支撐技術。

● VMT的方法的特點:數字化建模、分析、多媒體人機交互;建模基礎是刀具、工件相對位移矢量。

● VMT建模基礎:相對位移模型;運動學建模;機床運動學誤差建模;機床熱變位建模;工藝模型。

●VMT應用的主要目的:強化創新水平;用經濟快捷方式提高產品設計質量;縮短產品開發周期,降低開發成本。

虛擬機床是一項嶄新的技術,其還有很多技術不完善,隨著時間的推移,它在製造自動化中將發揮越來越大的作用。

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