現(xiàn)代數(shù)控機床屬于極為重要的機械設備，集成了機械設計、制造工藝、自動控制、信息技術、精密測量、人工智能等先進技術。重型機床屬于大型化裝備制造的關鍵，在重型機床設計中應用仿真技術，可以克服傳統(tǒng)設計中存在的局限性，為重型機床設計構建科學模型，為產(chǎn)品設計與改進發(fā)揮指導意義。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，對仿真技術在重型機床設計中的應用進行研究。
    隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，機械設備制造對數(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。大型設備工業(yè)、航天、航空、國防等行業(yè)設備制造需要重型數(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，在重型機床設計中，不能依據(jù)普通機床設計作指導。在重型機床設計應用仿真技術，可以為其設計提供理論模型，并為產(chǎn)品設計與改進發(fā)揮指導作用。結合某重型臥式車床設計，從車床虛擬裝配與主軸系性能為主研究仿真技術在重型機床上設計中的應用。
    仿真技術在重型機床設計中的應用研究
    計算機方針技術，是建立于信息技術、系統(tǒng)技術、模型理論、相似原理基礎上，以計算機為工具，通過模型對設計系統(tǒng)進行研究、分析、試驗與運行的一種技術。在重型機床設計中應用仿真技術，其現(xiàn)實意義主要表現(xiàn)為：其一，構建系統(tǒng)模型?？梢酝ㄟ^抽象實際機床系統(tǒng)，構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)學模型；其二，預測性。通過仿真技術，可以減少或避免直接加工實驗，并對系統(tǒng)運行性能進行預測，提出改進方案；其三，推動設計優(yōu)化。在建立模型的基礎上，采取優(yōu)化處理，不斷改進設計方案，促使設計系統(tǒng)達到最優(yōu)參數(shù)；其四，重復實驗。重復實驗屬于系統(tǒng)設計必不可少的過程，現(xiàn)實條件中重復實驗難度較高，通過仿真技術應用，只需要調(diào)整相應參數(shù)便可以實現(xiàn)重復實驗；此外，仿真技術應用其經(jīng)濟性與安全性突出，可以有效降低設計成本。
    在重型機床設計中仿真技術應用主要包括設計過程仿真與功能及物理特性仿真，其中設計過程仿真包括計算機輔助設計零件實體模型、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，對仿真技術的具體應用進行研究。
    仿真技術在重型機床虛擬裝配中的應用
    通過應用Solid Works強大運動分析功能，能夠實現(xiàn)對研究對象空間運動位置與運動參數(shù)的精確計算，可以對復雜機構的運動規(guī)律進行有效解決，通過構建虛擬仿真環(huán)境進行重型機床設計仿真實驗，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，支持機構設計合理性檢查，對實際重型臥式車床設計提高工具支持。
    運動仿真在構建裝配模型基礎上，通過對部件進行定義，為起始運動件定義連接軸、運動方向、驅動電機，設定運動初始參數(shù)來實現(xiàn)。Solid Works軟件屬于一種三維設計軟件，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、旋轉等功能，構建零件模型。
    在裝配重型臥式車床過程之前，應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，其裝配流程應采取自下而上的倒樹狀層次結構方式，確保零件裝配從屬關系，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。
    仿真技術在主軸系有限元仿真中的應用
    在重型機床設計中，主軸下沉問題較為突出，采取簡單力學計算無法確定引起主軸下沉的原因。為此，應用仿真技術，構建有限元模型，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。
    其邊界條件應包括應力邊界條件、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，應保證主軸部位位移量為0，車床地基不存在變形，即設定其位移邊界條件。
    3.3.仿真研究結果
    應用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果相近，證明仿真技術的應用可以有效對主軸系性能進行分析，依據(jù)仿真結果，找出主軸下沉原因，從而采取改進措施，優(yōu)化設計，實現(xiàn)設計質(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。在進行重型機床設計時，應用仿真技術可以有效解決傳統(tǒng)設計方法中存在的問題，為重型機床設計提供三維模型，為優(yōu)化與改進重型機床設計工作提供指導意義。仿真技術在重型機床設計中的應用，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，綜合研究仿真技術在重型機床設計中的應用，實踐證明，其應用整體效果突出，未來發(fā)展前景廣闊。