关 键 词：

基于 三维 柴油机 缸体 三面钻削 组合 机床 总体 夹具 设计

资源描述：

基于三维的柴油机气缸体三面钻削组合机床总体及夹具设计,基于,三维,柴油机,缸体,三面钻削,组合,机床,总体,夹具,设计

内容简介：

文章编号:100320794(2005)0820042202可重构机床及其实用技术研究梁 睦1,李 铬1,刘 玲1,梁东凯2(1.中原工学院,郑州450007; 2.河南理工大学 万方学院,河南 焦作454152)摘要:介绍了可重构机床的基本特征,分析了可重构机床区别于传统机床的模块化设计的方法与特点,通过可重构机床加工零件族工艺过程的描述,展示了可重构机床发展的先进性与必要性。展示了可重构机床面向客户设计,结构模块化重组的全新理念。关键词:可重构机床;零件族;模块标准化;加工工艺整合中图号: TG502文献标识码: A1 可重构机床的工艺特点可重构机床由机床模块集成,机床模块的设计应方便于重新配置加工一族零件,适应新的、 不可预测的产品加工工艺需求的变化。它对特定范围的操作,可按客户的需求设计,因此可以快速经济地满足新产品加工工艺的转换需求。可重构机床与一般模块化产品相比,具备以下特点:(1)使用中的可重构性 一般模块化机械产品的着眼点,都是在产品的出厂功能上,模块化的概念和实施,只局限在制造企业内部。用户往往意识不到产品结构的模块化,因为产品在用户手中一般不会改变使用功能,即使组合机床也是这样。但是可重构机床的功能在用户手中却是经常变换的,用户要经常对产品的功能、 结构和布局进行重组,以适应市场需求的变化,这也是可重构机床区别于其他模块化产品的主要方面。(2)冗余问题 用户在使用一般的模块化产品时,不需要储备大量的备用模块;但对于可重构机床,为了满足可重构需要,各个用户都需要储备比较多的功能模块,占用大量的资金与场地。这种冗余现象也是可重构机床面临的主要问题。(3)模块的标准化 一般模块化产品不需要国家级的或行业级的标准化设计与制造,因为产品的功能是制造厂家的特色;另一方面,用户在使用过程中,还没有可重构的实际需求。因此,某一厂家生产的产品,往往会排斥其他厂家的模块。可重构机床则正好相反,它可实施的理论基础就是国家或行业级别的标准化,只有这样,才能实现用户采用不同厂家的零部件模块,组合成具有不同功能和性能的机床,随机满足同一族零件加工的不同工艺要求。这一点与组合机床很相似。(4)模块的专业化生产 一般模块化产品的概念,只局限于制造企业内部,不同企业的产品模块之间可以没有互换性,因此无法组织专业化生产。组合机床的出现,使通用零部件的专业化生产得到了发展,这种专业化生产既可扩大生产规模,又可以提高产品质量,降低成本。可重构机床继承了组合机床的这一优点,可有效扩大机床行业的专业化生产规模。2 可重构机床零件族加工工艺过程描述可重构机床是为了某一特定族零件加工的、 不可预测的变化而设计的。因此,对一族零件的加工工艺过程创建柔性化描述,并输出机床所需完成的加工任务,是设计 配置可重构机床的基础前提。这种柔性化描述方法有别于传统的、 对单一零件的加工工艺过程的描述,所建立的加工工艺过程描述系统具有可重构性,因而能够快速地、 柔性地响应客户需求的变化,缩短机床的设计周期,并实现可重构机床加工任务分析和模块设计 选择的集成。为了响应产品个性化需求和产品设计、 工艺的变化,这种描述方法应该能够作动态的修改、 升级和集成。因此,应用面向对象技术来描述一族零件的加工工艺过程是合适、 有效的。(1)面向对象的描述零件加工工艺过程面向对象的描述,是以零件族的制造分层组织为核心,将制造特征和制造知识集成在统一的面向对象结构中,包括对零件族每个制造特征和加工操作的识别,以及对这些加工操作整合,使得机床资源的利用率最大化。面向对象技术中的抽象、 封装、 继承和多态性特征,提供了描述和处理制造特征的新方法;通过对象的关联,描述对象之间的相互依赖,相互作用关系;信息控制可通过继承和消息传递2种方式来实现。零件族加工工艺过程面向对象描述系统中,包括3个主要模块:制造特征描述器,用于描述一族零件的制造特征信息,包括几何形状信息、 制造公差信息、 加工工艺信息等;加工过程选择器,根据制造特征与加工操作之间的关系,对零件族每个制造特征,选择适当的加工方法,确定一个或一系列加工操作,并选择切削刀具,确定切削速度、 进给率、 金属切除率等加工操作参数,以及对每一个制造特征生成刀具路径文件,包括刀具初始位置、 工件定位位置和相应每个操作的工具位置(加工操作规划) ;加工操作整合器包括:加工操作合并与加工操作整合。最终系统输出机床所需完成的加工任务(运动功能模板)。建立零件族加工工艺过程描述系统,可以根据24 煤 矿 机 械 2005年第8期 客户需要通过不同制造特征的组合、 增删,重新确定特征之间的关系,并定义族中的不同零件;根据知识库中制造特征与加工操作的关系建立工艺模块,不同工艺模块的组合组成不同零件的加工操作规划。当零件的设计或工艺技术变化时,只需更改、 增删相关层的对象和集成新的相关层,而不影响其他层对象,从而使加工工艺过程描述系统具有可重构性。(2)加工操作的整合加工操作的整合是对一族零件进行加工工艺过程描述中,对零件族所有制造特征(来自零件族中不同零件)所需要的加工操作,根据主轴、 进给和定位运动关系进行分组,组成制造特征族的过程,每一个制造特征族对应机床的一个模块(机械和控制)。这个过程是经济(低成本)的设计可重构机床的关键;因为它使机床在满足零件加工功能需求的同时,使用尽可能少的机床模块,使机床资源的利用率和加工效率最大化,而且机床的转换成本最低。在这里需要考虑加工操作整合的粒度;粒度太大,功能综合程度过高,影响机床拼装时的柔性,机床精度提高了,但转换成本也随之提高。粒度太小,机床模块的层次和级别低,机床模块相对简单,机床稳定性、 精度会降低,但转换成本相对降低了。加工操作整合过程包括2个方面的内容: 合并相似的加工操作; 合并不同的加工操作。不管是相似还是不同的加工操作,合并之后都称为制造特征族,在加工工艺过程面向对象建模中,都被抽象为一个对象。由相似加工操作组成的制造特征族,是一系列来自零件族中不同零件的相似加工操作群;而由不同加工操作组成的制造特征族,是一系列根据工件相对刀具的运动特性,由零件族的不同加工操作组成的多功能加工操作群(如车削操作与钻削操作的合并) ,这些相似加工操作群和多功能加工操作群,都将在同一台机床上完成,其目的是为了最大化地利用机床资源或提高加工效率。3 加工工艺过程描述与可重构机床设计的集成可重构机床的设计是客户化的,这种客户化与组合机床设计截然不同。可重构机床除了需要考虑品种转换和加工效率的问题,更注重的是成本、 快速应变和软 硬件的快速升级能力。成本体现在精确的按客户需求的生产能力和所需功能配置机床,而且机床生产能力和功能可以降低成本转换成本;快速应变和软 硬件快速升级能力体现在可重构机床的硬 软件模块化、 开放式,能够实现即插即用。因此,可重构机床设计与加工工艺过程描述必须集成,因为由加工工艺过程描述系统输出的加工任务(运动功能模板)可以直接映射为可重构机床的拓扑结构,这样根据机床的功能、 结构图就可以快速地选择机床模块。为了达到这种集成设计目的,加工工艺过程描述系统、 机床模块描述系统和机床控制软件描述系统,都应采用统一的、 面向对象的建模方法。这样,当零件的制造特征发生变化时,可以通过重构加工操作工艺模块和重构控制软件模块,并将其映射为机床模块和控制模块,最后输出满足需求的机床配置。4 结语可重构机床提供了适应目前制造环境变化的切实可行的方法,可重构机床整个生命周期的操作需求在规定范围内变化,每个特定周期的可重构机床按当前操作需求的客户化配置,因此,机床性能好;当用户操作需求改变时,能够有成本效益的转换,因此,可重构机床没有资源和功能的浪费。可重构机床还可以有成本效益的集成新技术,使机床功能扩展。可重构机床理念,利用可重构的软 硬件解决了目前机床存在的2种情况:一方面由于缺乏柔性而造成报废和需求不足造成能力过剩;另一方面由于柔性的不确定性导致功能闲置和需求大时机床效率不够的棘手问题。因此,可重构机床是一种客户化的新一代机床。参考文献:1游有鹏,张晓峰,朱剑英.可重构机床的模块化设计J .机械科学与技术,2001 ,(6) :15 - 18.2王成恩.制造系统的可重构性J .计算机集成制造系统,2000 ,6(4) :1 - 4.3潘滨,韩松.如何正确理解与选定组合机床的柔性J .组合机床与自动化加工技术, 1999 ,(12) :1 - 4.4张晓峰.可重构智能制造系统的基础研究M.南京:南京航空航天大学出版社,2001.作者简介:梁睦(1956 - ) ,上海人,现为郑州中原工学院机械系副教授,曾是郑州纺织机械厂高级工程师,从事非标准设备设计,研究方向为机械加工工艺及技术装备.收稿日期:2005204227Research on Reconstructed Machine Tool and Its Practical TechnologyLIANG Mu1, LI Ge1, LIULing1, LIANGDong - kai2(1. Zhongyuan Institute of Technology , Zhengzhou 450007 ,China ;2. Wanfang Institute of Science and Technology , Henan Polytechnic University , Jiaozuo 454152 ,China )Abstract : It discusses the basic characteristics of reconstructed machine tool and analyzes the approaches and features ofmodularization designs in distinguishing reconstructed machine tool from traditional machine tool , and it brings out theadvancement and necessity of the development of reconstructed machine tool by presenting the technical process of ma2chining parts family of reconstructed machine tool , displaying the new conception of struc