H59-Teamcenter-机床行业—面向机床行业的仿真解决方案-冒小萍

1、机床行业一面向机床行业的仿真解决方案作者：冒小萍审核：汪永财一、机床行业的现状机床工业的现代化水平和规模，是一个国家工业发达程度的重要标志之一。我国已连续 几年成为世界最大的机床消费国和机床进口国，是世界第三大机床生产国。但是从2011年下 半年开始，机床行业结束了连续1()年的高速扩张和迅猛增长态势，行业整体进入下行通道。 随着用户为了提高生产效率和产品品质，开始追求卿能化和个性化，对机床这一 “工作母机” 的需求升级为自动化成套、客户化定制和普遍的换档升级。比如，用于智能手机壳体加工的 小型立式加工中心近年来呈现爆发式增长态势。随着需求结构升级的不断加速，供需错配的 矛盾就日益突出。当前机

2、床企业必须转变思维观念，横向收缩战线，加强纵深发展，寻找差异 化生存空间，这是行业的基本战略选择。要在深度上下功夫，研究个性化定制、为用户提供 全套解决方案。智能制造成为当前国内先进制造企业追求的目标，为机床行业提供了新的发展空间。智 能化产為将是机床行业在高端市场的一个新突破口。提高效半0编短投放市场前的时间 Q 提高灵活性能源与资源效率是竞争力 的决定性因索创新周期更短产胎更复杂大规模地个性化生产不稳定的市场髙生产率机床业在国家的经济运营中童要性不斷提高机床行业面临的挑战我国机床行业与其他国家相比，产量较高，但是技术实力不强，行业集中度低，低端混战， 高端失守。大部分处于低端市场，数控机床

3、也以经济型数控机床为主，高端市场则主要由外国 制造商，特别是欧洲、日本甚至中国台湾的制造商垄断。据统计，我国汽车及其零部件、航空 航天、电力设备、船術，尤其军工等行业所需的高端数控机床市场，85%以上依赖进口。关键 的配套零部件产品技术落后是数控机床发展落后的重要原因。在与国外厂商的竞争中，中国企业处于劣势的一个重妥原因是尚未掌握核心技术和配套产 品技术，这是我国数控机床产品发展的瓶颈。妥想在市场竞争中获胜，中国的机床企业不仅要转变思维，积极创新，传统的批量化低端产品已不具备市场竞争力，必须满足市场定制化的需要，提升核心技术实力，从设计、仿真以及制造、工艺等等环节都要提高效率，以缩短产品生产周

4、期，满足客户日趋苛刻的交货期限妥求。“今天”将电子技术引 入到自动化撲块化、爱IT 殳持的目动化通过创靳的软件 系统，实现整个 生产过程的築成 与优化基于虚拟模型.对 潜在操作行动可能 性分析的基础上， 进行信息物理融合 系统的自我优化Industry 4.0在创新过程中，机床企业如何保证新创意设计的合理性和可靠性，以及如何确保产品的设计优化以节省成本？传统的2D图纸改型设计一制作物理样机一试验测试的手段无论是时间还 是成本，都是极大的浪费。机床企业要逐步走数字化企业之珞，进行数字化的三维建模，并且 基于三维模型进行虚拟仿真验证，并根据验证结果进行方案优化，最终进行物理实验，这才是 迈向工业4

5、.0之路的正确之选。企业要将更多的宝贵吋间投入在核心技术的研发上，才能全面 提高企业乃至中国的机床制造技术水平。三、面向机床行业的仿真和验证解决方案机床的结构复杂，在研发过程中常涉及到强度、刚度、散热、振动、疲劳、结构优化等多 方面的工程问题。随着CAE仿真技术的日趋成熟，企业完全可以将CAE技术与试验相结合, 优势互补，从而提升研发设计能力，有效指导新产品的研发设计，节省产品的开发成本，缩短 开发周期，从而大幅度提高企业及产品的市场竞争力。3.1机床的强度刚度问题机床产品结构主妥由机床主轴组件（包括轴、齿轮等）、床身或立柱（包括导轨）、进给机 构、溜板箱、尾架等几大部分组成。床身、立柱和主轴

6、箱基本是铸造或钢板焊接结构，其他零 件（主轴、传动轴、丝杠等）基本以轴类零件为主。在进行有限元分析时，常用的单元有体单元、壳单元和梁单元模拟。利用SIMCENTER3P 不仅可以校核单个零件的强度刚度，也可以分析复杂整机或者子部件的强度刚度、机床系统的 热应力。机床整机的強度和刚度分析SIMCENTER 3D具有丰富的前后处理功能，且集CAD/CAE 体化，这是相对于其他CAE 软件最大的差别。分析不是最终目的，分析的结果是用于指导设计优化的，并且验证优化是否 成功，因此设计与仿真不断进行迭代，直到最终出现满盍的优化方案。当三维模型从CAD环 境切换到CAE环境吋，由于不存在数据丢失，所以无需

7、进行模型的修复。SIMCERTER3D具 有丰富的模型简化功能，相对其他CAE软件也更加具有优势，并且SIMCENTER3D的前处理 功能是得到广泛的客户赞誉的。机床床身的实际结构很复杂，有很多的筋板、曲面、窗孔，各 处厚度不同，几何形状也多变。床身不封闭，通过中间筋板连接前后壁，一是为了排屑，而是 增加床身结构的刚强度。在实际分析时，往往将其简化处理，略去许多小结构。SIMCENTER 3D具有丰富的网格类型，()D、ID、2D、3D网格，线性单元和二阶单元，各种网格连接形式。 可以非常方便的处理机床子部件和整机结合面、姣链以及不同单元类型之间的连接等细节问题。NX Nastran是由美国国

8、家航空航天局(NASA)在30多年前为进行航空和空间工程的结 构分析而首先开发的。在经过所有主妥制造业部门的广泛使用后，Nastran今天已成为进行高 级系统级有限元分析的工业标准。高数字性能和强大的产品仿真功能是NX Nastran的关键功能。NX Nastran已经作为一个全行业解决方案在很多行业成功实施，这些行业包括航空航天、汽车、电子、重型设备和医疗。 NX Nastraii提供全面的产品性能仿其，涵盖各种工程学科，包括结构、模态、振动、疲劳、 热、流体、热流耦合、气动弾性等等。每天都有全球妥求最严格的CAE分析师使用、测试并证明NX Nastraii o我们的客户是行 业的领先企业，

9、他们处理世尿上最大、最复杂的问题，要求并期望NX Nastraii提供的可靠性、 高效性和全面功能。3.2机床的结构动力学问题机床在工作过程中会产生一定的振动，如何减少振动，从而提高加工粘度？需妥对整机和 部分重妥的零部件进行模态分析，了解固有频率和振型。通过分析了解整机在运行过程中是否 会发生共振，以及匹配合适转速的电机。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。 通过模态分析方法了解结构物在受影响的频率范围内各阶主妥模态的特性，就可能预言结构在 此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。模态分析是识别出系统的模态参数，为 结构系统的振动特性分析、振

10、动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据。NX NASTRAN模态分析技术的应用可归结为以下几个方面: 评价现有结构系统的动态特性 在新产品设计中进行结构动态特性的预估和优化设计诊断及预报结构系统的故障控制结构的辐射噪声识别结构系统的载荷运用NX Motion可以对机床整机的实际运动情况进行模拟，通过输出位移.速度.加速 度曲线，了解机床机构的运动特性，考察动态干涉。3.3机床的疲劳问丿在机床机构中有一些零件承受往复运动，容易造成疲劳，引起失效，例如机床主轴。有限元侯型揍态 換型寧件结果 评怙后处理开始通过SIMC已NT ER 3D全面的疲劳分析能力，基本的静态强度结果疲劳分析和瞬态

11、响应 结果的疲劳分析。基于应力寿命、应变寿命、Smith-Walson-Toppcr在应变寿命中添加平均应 力，适合使用在平均应力为零的情况，比如载荷半周期变化。完整输出产品的強度安全系数、 疲劳损伤、疲劳寿命、疲劳强度破坏指标、疲劳强度安全系数。四、好处和优势机床的动/静力学特性直接决定机床加工的稳定性，已成为衡量机床优劣的重要参数。建 立精确的机床结构动/赫力学模型是进行机床动态特性研究的前提。运用SIMCENTER3D有 限元仿其以及NX Motion功能可以提前预测机床产品特性，为创新及优化设计提供可靠依据。五、关于联宏科技上海朕宏创能信息科技有限公司（以下简称朕宏科技）是在西门子工业

12、软件公司支持下成 立的，旨在为中国国内重点用户提供西门子工业软件公司全线产品的专业授权分销和深度应用 服务技术支持。主妥为汽车、航空航天、通用机械、电子等机械制造业领域的用户提供包括软 件产品以及技术服务在内的完整数字化产品工程解决方案。朕宏科技员工由从事多年NX业务的专业人士组成。技术团队目前拥有绿带工程师5人， 白带工程师12人，专业NX教员认证17人。朕宏科技的技术团队具有很强的工程知识背景和 为用户提供技术服务的技能及经验，朕宏科技技术团队在软件服务方面深得广大用户的赞省及西门子的认可，并在2013年获得了西门子工业软件颁发的“最高服务质量奖” o联宏科技能为用户按时保质提供合同所规定的软件资料.安装介质和授权许可证等，并及时提供软件安装、 铜试，能为用户提供多种层次多种形式的软件技术培训以及定制开发解决方案，在隹后服务方 面能及时响应，排解各种技术问题，并为用户今后的系统升级、软件扩充提供技术咨询和相应 技术方案。F 2015SdiF 伙伴/九* 2009西门子2008 磋代理 /2010tsrjydm审告大PLM金M 57大中华合作伙仟2014 亚太EMR2005 UGSSK K32007 UGS PLM 金2006UGSPLM2011 西门子16 金（W. 犁婪/ 2012金代殂工冇2013a三