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可重构组合机床的辅助设计系统.pdf

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可重构组合机床的辅助设计系统.pdf

可重构组合机床的辅助设计系统3伍胜男1,饶锡新21.江西理工大学南昌校区,江西南昌3300132.南昌大学机电工程学院,江西南昌330029摘要为综合运用CAD技术和各种设计方法,建立了以模块化设计为基础,采用参数化特征造型,进行快速响应的变型设计的理论。以组合机床主轴箱为例,以UG软件为平台,实现了组合机床的快速重构,为组合机床的设计提供了可行的技术路线。关键词组合机床模块化设计参数化技术变型设计中图分类号TP391.72,TD162文献标识码A文章编号10052763200606007702ACADSystemforReconfigurableModularMachineToolWuShengnan1,RaoXixin21.NanchangBranchofJiangxiUniversityofScienceTechnology,Nanchang,Jiangxi330013,China2.SchoolofMechanicalandElectronicEngineering,NanchangUniversity,Nanchang,Jiangxi330029,ChinaAbstractThroughsyntheticalapplicationofCADtechnologyandvariousdesignmethods,atheoryofthequickrespondedadaptivedesignisputforwardbasedonfeaturebasedparame2terizedmodelingsystemandmodulardesignmethod.Takingspindleboxofmodularmachinetoolforexample,thequickre2constructionofmodularmachinetoolisrealizedbyusingUGsoftware.Thispapergivesafeasibletechnologyroutineforde2signofmodularmachinetool.KeyWordsModularmachinetool,Modulardesign,Parameter2izedtechnology,Adaptivedesign0前言组合机床是以通用部件为基础,配以少量按工件的特定形状及规定的加工工艺设计的专用部件组成的一种加工效率和自动化程度高的专用机床1。在大批量生产中,组合机床已经得到广泛应用,并可用以组成自动生产线在中小批量生产中,也可应用成组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起,以便集中在组合机床上进行加工。因此,市场前景十分看好。我国是世界上机床产量最多的国家,但相对德、美、日等发达国家还有很大差距,机床作为众多机械设备制造的母机,对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用。在科学技术日新月异发展的今天,虽然CAD技术已被企业广泛重视,但现有的设计方法主要是根据组合机床的主参数,注重功能进行整机及各部件的设计,没有考虑产品的变型以及零部件的跨系列使用。所以,有必要采用先进的CAD技术和方法通过重构实现组合机床的快速辅助设计,使设计出的组合机床在保证性能齐全、高效。1相关的关键技术为了实现组合机床的快速重构,在充分考虑产品信息继承和并行设计要求的基础上,主要采用了下面方法和技术1组合机床模块化设计技术2组合机床参数化图形库技术3组合机床变型设计方法。1.1组合机床模块化设计技术模块化设计ModularDesign是一种新颖的设计思想,目的是为了提高设计效率,使设计经验能够被传递和继承,以利进一步发展提高设计和生产水平2。模块化设计是在对一定范围内的各种不同规格、不同性能或功能的产品进行功能分析的基础上,精心划分并设计出一系列功能模块,通过功能模块的选择和组合构成不同产品,以解决产品品种、规格与设计制造周期、成本之间的矛盾。其宗旨是通过少量的功能模块组合以更多、更快的产品来最大限度地满足不同用户的需求。采用模块化的方法来设计组合机床,首先要对组合机床进行模块划分与创建3。组合机床模块ISSN10052763CN431215/TD矿业研究与开发第26卷第6期MININGRD,Vol.26,No.62006年12月Dec.20063收稿日期20060615作者简介伍胜男1969,女,江西南康人,讲师,主要研究方向为CAD/CAM.的划分和创建的关键是设计一组能满足基型设计和变型设计要求的模块,模块划分的好坏直接影响到整个模块化系统的复杂程度,结合与分离的方便性,装配质量的控制以及组合后所产生的产品类型的数量。模块的划分有个不断完善的过程,一般均是从零部件或装拆等角度去考虑模块的划分,然后以功能的分解为依据对原有的零、部件进行归类,使之成为真正符合要求的模块。经过对组合机床进行总体分析,充分考虑到机床的结构、功能和各部件之间的连接关系,遵循分级模块化的原理4,先将组合机床划分为机械、电气、液压3大功能模块。各大功能模块由不同的专业人员进行功能分析并进一步划分为细的功能模块,3大功能模块的主设计员相互交换接口数据,协调各功能模块间的相互位置关系,最后由这3大功能模块组合成组合机床。对机械功能模块进一步划分为固定部件模块和运动部件模块。固定部件模块又可划分为床身底座、支架等模块运动部件模块再划分刀夹具模块、主轴箱模块、动力部件模块、输送部件模块。既考虑了模块的结构形状,还考虑整个组合机床系统的总体参数以及相关模块的匹配见图1。图1机械功能模块的划分1.2组合机床参数化图形库技术在组合机床中,有大约70的零件是标准件或通用件,这些零件大多具有相同或相似的外形特征,只是尺寸规格有所不同。如果没有三维标准件库,将不得不在创建和开发过程中,对标准件进行重复建模,不但耗费了设计人员的时间和精力,延长设计周期,而且增加了产品的生产制造成本,所以有必要在模块化思想的基础上建立组合机床的图形库。参数化Parametric技术是一种设计方法,也叫尺寸驱动DimensionDriven技术。它以约束造型为核心,以尺寸驱动为特征,一种全数据相关的造型技术5,它使数据的改变在不同层次之间的传递变得唯一和及时,在现有的三维零件系列设计系统中主要是通过参数化技术来实现的。基于特征参数化方法将基于特征产品模型设计方法和参数化技术有机的结合起来,将参数化设计应用到特征设计中去,使得特征主要是针对几何和拓扑信息具有可调整性。设计者可以通过修改驱动尺寸修改模型,由系统自动求解其他尺寸值,对零件的修改可以通过对特征参数值的修改来实现,从而提高设计效率和准确性,实现对多种设计方式自顶向下或自底而上等和设计形式初始设计、相似设计和变异设计等的支持,有利于组合机床的系列化开发。笔者利用UG软件,通过对建模模块的分析,结合组合机床零部件特点具体采用了表达式Expres2sion法、草图法、电子表格SpreadSheet法、用户自定义特征UserDefinedFeature,UDF等多种参数化建库的方法。表达式法利用表达式对模型实现全参数控制,既可以控制部件中特征之间的关系,也可以控制装配中部件零件与部件零件之间的关系,且修改比较方便6。草图法是UG建模中建立参数化模型的一个重要手段。在绘制草图时,不需要精确地画出表示其轮廓形状的平面曲线,只需绘出零件的大致轮廓形状,然后通过给草图加上尺寸约束和几何约束来精确地定义其形状,自动建立参数表达式。利用这些轮廓曲线通过拉伸或旋转等扫描方法来建立符合设计要求、与草图相关联的零件三维参数化模型。要修改零件的形状时,只需改变草图尺寸参数,由草图建立的零件三维模型就可相应改变。电子表格法提供了一个用UG3D实体格式定义的零件库系统,创建直观、容易,并能通过直观的图形界面调入装配体。使用用户自定义特征的方法可捕捉已建立的参数化实体模型,建立参数间的关系,定义特征变量。1.3组合机床变型设计方法机械产品的设计,通常可分为新颖性/新型设计和适应性/变型设计两大类8。新型设计基于全新的工作原理,采用基本新颖的结构方案,设计出创新的机械产品,这类设计需要经过从确定设计要求到下转第95页87矿业研究与开发2006,266机站风路的旁侧风路发生风流逆转。在旁侧风路上若无其它通风动力或循环体外的通风动力不够,则势必会导致该旁侧风路风流反向,形成通风网络单向回路,造成一切通路算法都失效。要控制单向回路的出现或者减少单向回路对通风系统的影响,须对多级机站的位置设置进行优化,以消除旁侧风路或循环风。在旁侧风路中或循环体外增设通风动力,可消除旁侧风路风流逆转形成循环风。旁侧风路或循环风消除后,一切通路算法都可有效。参考文献1赵千里,等.用矿井通风仿真系统分析机站对旁侧风路的影响J.矿业快报,2003,3.2赵千里,等.金川矿井风网特征图的研究J.采矿技术,2003,2.3谢政,李建平.网络算法与复杂性理论M.北京国防科技大学出版社,1995.4刘剑,徐瑞龙,李舒伶.风网特征图程序设计原理J.阜新矿业学院学报,1993,3.5卢开澄,卢华明.图论及其应用M.北京清华大学出版社,1995.6刘剑,贾进章,郑丹.流体网络理论M.北京煤炭工业出版社,2002.7赵千里,刘剑.金川矿井通风网络自动简化数学模型简化技术J.中国安全科学学报,2001,669~72.8赵千里,刘剑.用矿井通风仿真系统MVSS确定通风系统优化改造方案J.中国安全科学学报,2002,214~16.9赵千里,刘剑.矿井通风网络交联风路自动识别与分析J.安全与环境学学报,2001,619~21.10贾进章,周西华,刘剑.风机特性曲线数据拟合最佳次数的确定J.辽宁工程技术大学学报,2000,195478~480.11赵千里,党明智,高建科.金川二矿区矿井通风仿真系统MVSS数学模型J.采矿技术,2003,4.上接第78页完成全部技术文件的整个设计工作进程。变型设计基于已有的工作原理,在原有产品的基础上,按照市场需求进行结构重组,它的实现过程可以最大限度的重用企业已有的成熟产品资源,有很强的灵活性和适应性。变型设计是快速设计的灵魂。变型产品设计的设计思想是在基型产品设计的基础上,改变基型产品模块的部分结构、尺寸或性能参数等,从而设计出一系列不同功能和性能的变型产品来。变型产品设计的基本方法有相似设计、模块化设计、产品族设计和基于实例设计等。由于先进的模块系统不但可采用计算机辅助设计,而且可用计算机进行管理,通过计算机辅助管理能更好地体现模块化设计的优越性。模块化设计组合机床的优越性之一便体现在变型产品的快速设计上,新设计的功能模块一般而言质量容易保证,设计周期也将大大缩短。以组合机床的主轴箱为例,首先按模块的划分原则对主轴箱划分模块,在UG软件中建立装配路线,再用UG软件建立好主轴箱的箱体、主轴、传动轴、齿轮等设计原型。为了实现参数控制,在UG中可先利用主轴和传动轴位置建立一个草图,在其中建立起孔系分布图,这将作为整个装配模型的控制结构,这个控制结构图定义了传动系统中齿轮的分布位置。利用UG的WAVE技术将控制结构图中的孔设为装配主节点和齿轮子节点之间的链接几何体,这样控制结构图中的孔参数就可以控制齿轮在装配中的坐标位置。根据不同的设计需要,可对设计原型的组成和结构进行选择、调整和组合,有时可直接从设计数据库中选择零部件,再通过结构重组使之符合设计要求,最终设计出新的变型产品。2结论本文提出了根据模块化设计理论对组合机床进行总体设计的方法,及以模块化设计为基础,建立组合机床图形库,对组合机床进行变型设计的理论通过对组合机床设计的实践探讨,实现了组合机床的快速重构。这对组合机床企业缩短组合机床的设计周期,快速响应市场需求的变化意义重大,为组合机床和其它产品开发提供了可行的技术路线和方法。参考文献1沈阳工业大学,大连铁道学院,吉林工学院.组合机床设计M.上海上海科学技术出版社,1985.2温铎.数控车床模块化设计的研究D.西安西安交通大学,2001.3李春梅.基于三维造型的机床计算机辅助模块化设计D.郑州河南科技大学,2003.4Alur,R.R.Grosu.CompositionalmodelingandrefinementforhierarchicalhybridsystemsJ.JournalofLogicandAlgebraicProgramming,2006,681,2.5钟廷修.机械设计手册M.北京机械工业出版社,2002.6崔凤奎.UG机械设计M.北京机械工业出版,2004.7高霄汉.基于特征的三维产品变型设计及动态仿真研究D.武汉武汉理工大学,2003.59赵千里,等通风网络中单向回路及其控制技术的探讨

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