基于虚拟样机技术的数控机床现代设计方法
杨应虎++张幸
[摘 要]虚拟样机是实际的产品在计算机上的一种表示方式，所以人们又称其为数字化样机。在虚拟样机技术的依托下，可以对数控机床进行虚拟样机，根据各项仿真的实验测试，找出数控机床设计中的不足，提高了产品的整体运行的稳定性，使得产品在生产中具有很高的性能优势。基于此，文章就虚拟样机技术在数控机床设计中的应用进行简要分析。
[关键词]虚拟样机技术；数控机床设计；应用
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）06-0346-01
1 虚拟样机技术概述
1.1 虚拟样机技术
虚拟样机的仿真技术就是在机械产品的设计中通过计算机技术与相关的仿真模拟系统构建三维的仿真模型，并进行虚擬的仿真模拟实验。它不同于传统的机械产品设计，它是一种仿真模拟系统中并不实际存在的一种模型。在设计人员的操作中，可以进行仿真模拟实验，帮助设计人员找出设计产品在运行中存在的一些问题，更好的将设计产品的缺陷进行改进。就是在设计人员不断地进行仿真模拟运行中针对不足之处进行改进，最后将完善的虚拟样机模型确定并投入生产，有效的提高了机械产品的设计效率。虚拟样机技术可以通过虚拟样机模型来辅助物理样机的相关过程。主要还针对于产品的全生命周期，换而言之就是这项技术能缩短产品的开发周期，提高开发效率。除此之外，虚拟样机技术与常规的仿真相比，其涉及领域更加广泛，考虑得更加周全，从而更能够提高产品质量，提高产品的性能，获得最优结果和不断的创新和突破。
1.2 虚拟样机技术的特点
虚拟样机技术不同于传统的CAD/CAM/CAE等技术，传统中的CAD/CAM/CAE等技术在对机械产品设计中注重的是机械产品中的某一部件，确保的是某一部件的运行质量。这样的技术使得机械产品的零部件的质量与性能良好，但是组合在一其并不能保证整体系统运行的稳定。所以，为了更好的将零部件联合在一起组成一个完善的整体系统，虚拟样机技术应运而生。有效的提高了整体系统间的运行性能。因此，基于CAD/CAM/CAE等技术而言，虚拟样机技术具有三个主要的特点：一是虚拟样机技术不仅仅是针对整体机械产品的设计和仿真模拟实验，还可以面向单个的零部件进行质量与性能的测试。二是在虚拟样机技术在机械产品的设计中它模拟运行的是机械产品的整个运行过程，而不是某一期间的运行情况。三是面向整体系统测试的虚拟样机技术在机械产品的设计中可以对机械产品的整体系统进行测试分析与评价。
2 虚拟样机技术在数控机床设计之中运用的优势
首先，不得不说虚拟样机技术为数控机床设计提供了一种全新的设计理念，同时也使得复杂的数控机床设计工序简单化。详细的核心步骤就是在进行数控机床设计的初期直接在计算机环境之中利用计算机技术创建一个虚拟样机，这样一来，就可以在模拟样机中展现机械结构和功能，各种性能指标就可以清晰地向设计者展示出来。通过虚拟样机技术，设计的机械产品就可以通过各项仿真试验和分析以最快的速度反映出产品的缺陷。这样就可以节省很多时间和成本去对产品进行测试和分析，产品的缺陷在最初的设计阶段就可以被及时发现，然后进行改进。虚拟样机技术在实现数控机床设计进行与完善过程同时进行的方面做出来十分大的贡献。
在传统的数控机床设计过程之中，设计产品在运转过程中的运动情况需要建立一定的模型去进行机械分析，有时候步骤可能比较少但是在分析的过程之中会涉及很多的数据和复杂的运算，这个过程比较复杂，常常会出现错误。这样一来常常会因为对结果的处理而耽误很多时间，可能结果还不够准确从而导致下一次的尝试失败。以上种种都会导致在数控机床设计过程之中要浪费大量的人力物力和财力才能确保产品设计的精确度。
通过以上传统设计技术和虚拟样机技术的对比，我们们可以清晰地看出虚拟样机技术在数控机床设计中的突出优势。但是我们同时也需要以发展的态度来看待虚拟样机技术在数控机床设计之中的运用。在今后的发展过程之中可能会出现不同的问题，需要利用不断更新的计算机技术、信息技术等去解决。也就是说，虚拟样机技术需要不断地改进以更好得服务于数控机床设计技术。
3 虚拟样机在数控机床设计中的应用
数控机床设计是数控机床的生产的重要环节，数控机床设计的好坏直接关系到了数控机床生产效益以及数控机床性能。数控机床作为一种生产设备，伴随着现代社会的发展，对数控机床性能要求越来越高，而要想保证数控机床满足实际生产需要，就必须做好数控机床设计工作。在数控机床设计中，要保证数控机床零件的精度符合相关要求，要保证各部件有效运作，保证个零件质量合格，而这些问题都可以通过虚拟样机来进行完善和改进。
3.1 虚拟样机建造环境
数控机床作为一种设备，数控机床设计完成后最终是要将数控机床投入实际运作。而数控机床在运作过程中，受运作环境的影响，会给数控机床的稳定运作带来影响，使得数控机床出现各种问题。而问题的出现就在于设计阶段没有综合考虑到各方面的因素。而虚拟样机技术的出现可以有效地解决此类问题，通过虚拟样机技术，可以对数控机床运作环境进行仿真构建，形成一个支持虚拟产品设计集成的仿真环境，在仿真环境中对数控机床性能进行评估，从而寻找最优的设计方案。
3.2 机床零件实体建模
在数控机床设计加工中，精度是一个体现数控机床设计工艺水平的重要指标，也是加工产品质量的内在要求。但是就目前来看，数控机床设计过程中受多种因素的影响，数控机床设计加工精度难以达到实际精度要求，使得加工出来的产品的精度与实际要求存在较大的误差，从而影响到产品质量和性能。而通过虚拟样机技术，对数控机床零件进行实体建模，通过三维建模，将相关数据导入到虚拟样机环境，在虚拟环境中测量和装备，对零件的所有物理量进行测试，从而实现最终零部件的制造。
3.3 优化设计
在数控机床设计中，优化是最常见的问题。数控击穿作为一种设备，其性能、质量的好坏会影响到数控机床设备的使用寿命以及产品生产质量。而在数控机床设计过程中，市场会出现各类问题，使得数控机床难以发挥应有的功效。而虚拟样机技术的出现为数控机床设计提供了技术保障，能够找出数控机床设计中存在的不足，从而不断优化设计方案。在虚拟样机技术的依托下，可以对设计变量进行有效的控制，通过分析函数求出目标函数最大值，从而根据仿真环境中的运行要求，对设计变量进行优化，直至得出所设定的物理量最优解为止。
综上所述，虚拟样机技术能够找到数控机床设计中的不足，进而不断优化数控机床设计方案，提高数控机床设计水平，为数控机床设计质量提供保障。我们应当大力推行并完善这种技术的研发应用，例如虚拟样机技术在农业机械产品设计中的研发，更好的应用于产品设计中，提高产品的设计效率，保证产品实际运行的稳定性。
参考文献
[1] 王中长，闫海敬.基于虚拟样机的厨余车提升机构优化设计[J].机械研究与应用，2016，（06）：160-162.
[2] 刘志刚，方立霞，訾珩，马婕，詹学文.基于虚拟样机技术的凸轮机构的设计与研究[J].机械工程师，2016，（12）：102-105.
[3] 汤瑞清，郭利.基于虚拟样机技术的汽车悬架转向系的研究[J].数控机床设计与制造工程，2016，45（12）：13-16.endprint
