(1)长期以来西方发达国家对中国航空、航天、模具等行业急需的 车铣加I.中心等高性能精工系统采取技术封锁、出口限制和价格垄断 等手段来加以阻拦，五轴控制的高档精工系统、测量元件、B轴等还是 依赖国外的技术，要真正实现车铣加工中心完全国产化还需要漫长的 路程，我们必须一方面吸收国外的先进技术，另一方面要提高自己的创 新能力，加速我国的经济和技术的快速发展。
从以上分析可以看出，传统模式的新产品的试制过程循环长，对完 全创新开发的新产品不利。与传统模式相比，现代设计过程中在汁算机 上建立虚拟样机模型和数学模型，通过仿真结果对其设计质量包括外 观、功能、性能、成本、可制造性、可靠性及制造周期等指标进行分析和评 价。计算机建模与仿真技术的出现和逐渐成熟，为解决传统设计与制造 中的种种弊端提供了强有力的下具和手段。其设计、制造、测试、评价等 过程都是在计算机上完成的，保证了物理样机一次试制成功率m。
由上述研究目的和意义可知，通过对车铣加工中心釆用计算机建 模与仿真技术的研究，能实时、并行地模拟出机床的未来制造全过程及 其对加工中心设计的影响，预测机床的性能、成本和可制造性，从而有 助于更冇效、更经济灵活地组织生产，使工_厂和车间的资源得到合理配 置，并使生产布局更合理、更有效。釆用计算机建模与仿真技术可以在 设计阶段就进行验证，确保设计的正确性，避免损失，从而可以缩短产 品的研制周期，获得******的机床质量、最低的成本和最短的开发周期， 为此提出了本课题的研究。通过釆用计算机建模与仿真技术对该加工中心在实际投入生产之前对该机床的可制造性和可生产性等各方面性 能进行验证，然后对该机床结构优化，保证一次性生产成功，从而降低 成本、减少上市时间，提高企业的竞争力。W此，本课题利用计算 机建模与仿真技术对车铣加下中心的研究和应用是具有重要理论意义
车铣加工中心作为高杓精工机床之一，其制造技术一直被西方发 达国家所垄断和控制，不仅其价格十分昂贵，而且西方国家限制对我国 出口。国内研制一台车铣加工中心不仅需要多种方案的反复比较和试 验，也需要大量的技术投资和较长开发周期，因此机床制造企业常常无 力进行此项研究。虚拟样机仿真技术的出现，为开发高档精工机床产 品提供了非常有力的技术途径。车铣加工中心有其自身特点和设计要 求，在设计阶段采用虚拟样机仿真方法解决车铣加工中心的关键技术 是非常有效的。由于在计算机上设计出三维动态虚拟样机模型，对其 进行修改和优化，试验和评价过程都利用计算机建模与仿真来实现，因 此节约了大量成本，缩短了开发周期。
本章介绍的车铣加工中心属于五轴车铣复合加工中心，如图2. 1 所示。可实现X方向、Y方向、Z方向移动；主轴可实现无级调速及恒 速切削，主轴电机可作C轴转动控制，形成任意角度的C轴；动力刀架 上可装铣刀主轴，形成-90°~ +90°范围转动。因此该机床可实现五轴联动加工，一次装卡不仅可完成轴类或盘类零件全部工序，而且适合复杂曲面零件的加工。
(1)采用虚拟样机技术和有限元方法相结合建立多柔体的仿真系 统。具体通过ADAMS和ANSYS软件协同建模，将车铣加工中心关键 部件转化成柔性体，与其他部件形成刚柔耦合系统。 (2)基于多柔体系统的车铣加工中心运动学仿真分析和动力学仿 真分析。不仅可以观察机床在运动过程中是否干涉现象的发生，而且 为加工中心的电机参数的选择提供了参考依据。通过多柔体与多刚休 虚拟样机动力学仿真对比分析，柔性体驱动力比刚性体驱动力大很多， 采用多柔休系统仿真更能反映实际情况。
通过对车铣加工中心的动力学模型进行理论分析，可以优化机床 结构。由于该机床不确定的因素很多，很难建立其准确的动力学模型。 把理论分析和仿真研究紧密地结合起来，是机床结构优化和动态特性 测试的一种有效途径，采用虚拟样机技术的ADAMS软件可以有效解 决上述问题。在设计阶段，利用虚拟样机技术进行仿真，可以对机床的 动态性能进行预评估，以便对产品进行分析，找出薄弱环节，进行修正 和优化，提出改进的建议，完善样机。这种仿真技术一般都是从多体动 力学分析出发，利用计算机建模与仿真和运算得出结果，其模型的建立 和改进往往还需要根据对机床实测的结果来修正，以确保该模型符合 实际。
研究者采用虚拟样机对产品分析时，绝大多数都是对多刚体系统 进行分析，所获得的仿真结果是一种理想预测状态。为了提高对车铣加工中心的仿真准确度，更接近于实际情况，将有限元方法和虚拟样机相结合，对车铣加工中心的关键部件进行有限元分析，产生柔性体，与 机床其他部件形成刚柔耦合系统，然后在虚拟样机模型上进行车铣加工中心的运动学特性和动力学特性分析。因此为了获得更准确的仿真结果，对车铣加工中心建立基于多柔体系统的虚拟样机模塑是非常必要的。
在第2章基础所建立的基于多柔体系统的虚拟样机仿真模塑基础上，对进行车铣加工中心关键部件的动态特性仿真分析，对车削主轴和 铣刀主轴进行模态分析和谐响应分析，获得其各阶固有频率和******位 移响应，为关键部件的优化设计提供参考依据。由于两个主轴的研究 方?去相似，所以本文只对铣刀主轴进行仿真分析。
车铣加工中心需要具有良好的动态特性和加工精度，以满足现代 机械加工工艺要求，因为机床加工过程的稳定性和加工精度，是评估机 床动态性能的主要指标。机床切削时的振动和变形直接影响加工质 量，因此提高稳定性是改善机床动态性能的主要途径。随着现代设计 方法的广泛应用，对机床进行振动特性分析，用动态设计取代静态设计 已成为现代机床设计发展的必然趋势。现代制造业要求高精度、低粗 糙度的高自动化精密机床，设法提高机床的动态性能，减少和避免振动 的发生，保证机床在额定功率范围内使用时都不会发生振动，这是机床 产品的一项重要研究内容。但要使其在各种工况下都具有优良的动态 性能，目前还有较大困难。除了技术性的问题，由于生产周期缩短，很 难建立一个物理样机，这就导致必须要有一种方法来预测未来产品的 机械性能。采用虚拟样机仿真的方法和实验模态分析结构动态特性， 可以进行优化设计，从而提高产品设计性能、缩短设计周期^74091。