类高档数控加工中心的模块化设计与方案求解技术及应用.pdf

二类直挡数控盘王主! 塑煎搓迭焦遮进 论文作者签名： 指导教师签名： 论文评阅人1 ： 评阅人2 ： 评阅人3 ： 评阅人4 ： 评阅人5 ： 评阅人6 ： 答辩委员会主席： 委员l ： 委员2 ： 委员3 ： 委员4 ： 答辩日期： 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏蠢堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 签字日期：z年夕月S 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘鲎 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 签字日期：20 廖年 燃 月J 日 翩躲历叫； 签字日期：少f 年专月厂日 浙江大学硕士学位论文 致谢 致谢 回顾研究生生活的点点滴滴，不论是在学 - - j 能力还是科研能力都得到了很大的提高， 在此衷心感谢我的导师冯毅雄副教授和谭建荣院士。在研究方向选择、毕业论文的选题、 编写以及修改过程中都得到了他们的指导和帮助。他们为人谦和、学识渊博、学术造诣精 湛，治学风格严谨踏实，总是身体力行，与学生关系非常融洽。他们诲人不倦的教学态度、 学以致用的科研精神和严于律已的崇高风范，无疑将成为我今后工作和生活中的榜样。借 此论文完成之际，对我的导师冯毅雄副教授和谭建荣院士表示由衷的感谢与崇高的敬意! 衷心感谢浙江大学工程与计算机图形学研究所的张树有教授、施岳定教授、刘振宇教 授、陆国栋教授、伊国栋副教授、费少梅副教授、李凌丰副教授、程锦老师、董进老师， 方芳老师等对我学业上的关心、支持和帮助。 感谢课题组的徐敬华老师、安相华博士，高一聪博士、萨日娜博士生，龚勋博士生， 任彬博士冀晶晶博士生、刘晓健博士、光耀硕士、徐剑硕士、郭传龙硕士生、叶友本硕 士生、赵鑫硕士生、徐徐硕士生等，在同他们一起从事科研项目的过程中，曾给予过我帮 助和支持表示最真诚的感谢! 感谢实验室的张秀芬博士、胡月圆博士生，章伟华硕士、王明硕士、罗成对硕士，陆 佳圆硕士等，以及郏维强博士生、彭翔博士生、刘炯宙博士生，刘继轩硕士生，鞠永兵硕 士生、豆瑞发硕士生、李大平硕士生、张庆硕士生、金易笔硕士生、朱广宇硕士生、郑贵 荣硕士生，傅军亮硕士生、还有我的室友刘晓萌硕士生、徐晓硕士生、周虹硕士生、杜宇 硕士生，和你们一起度过的研究生生活，将是我一生中最难忘的美好回忆。 深深感谢我的亲人们，正是你们长期的无私关怀和和坚定的支持，使我得以毫无顾虑 地继续深造，并不断前进，朝着自己的梦想坚定不移地迈出了一步又一步。 感谢浙江大学工程图学研究所的所有博士生和硕士生，两年半的研究生生涯，与你们 结下了深厚的友谊，留下了美好的回忆。 最后衷心感谢所有关心和帮助过我的人! 吴嫒媛谨致 二零一二年一月 浙江大学玉泉求是园 浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 随着经济的发展，客户需求日趋多样化、个性化，模块化设计正是适应需求发展的一 种设计方法，它可以缩短产品的设计周期、降低成本及满足客户个性化需求。为了使高档 卧式加工中心模块化设计得以有效进行，本文在高档卧式加工中心模块表征、模块划分和 模块评价等方面开展了研究。在此基础上，根据高档卧式加工中心的特点和企业的需求， 设计开发了沈机高档卧式加工中心模块化设计系统。 论文的主要内容如下： 第一章综述了高档卧式加工中心的特点及发展状况。在此基础上，介绍了模块表征、 模块划分及模块评价等技术的研究现状，分析了现有模块化设计方法的不足，提出了高档 卧式加工中心在模块化设计与方案求解技术中需要解决的问题，给出了本文的研究内容和 结构框架。 第二章研究了高档卧式加工中心模块表征技术，提出了一种基于事物特性表的高档卧 式加工中心模块多属性表征技术。首先对高档卧式加工中心的主要属性进行描述，运用事 物特性表进行属性的形式化表达，在高档卧式加工中心零部件的几何结构基础上，添加功 能、性能、结构、接口等属性，完成高档卧式加工中心模块的表征。然后利用模块问的约 束规则，得到高档卧式加工中心产品树模板。最后通过卧式加工中心模块表征实例，详细 阐述了基于事物特性表的模块表征技术，验证了该方法的可行性 第三章研究了高档卧式加工中心模块划分技术，提出了基于改进N S G A - I I 算法的高档 卧式加工中心模块多目标划分技术。首先介绍了模块划分过程及原则，然后考虑高档卧式 加工中心属性驱动的划分准则，构建零部件相关度矩阵并对其进行化简，提出基于模糊集 的高档卧式加工中心模块初步规划。最后利用改进N S G A - I I 算法对模块划分方案进行求 解，得出最佳的模块划分方案集。以H M S 系列卧式加工中心的模块划分作为应用实例，详 细阐述了基于改进N S G A - I I 算法的模块划分技术，对上述方法的有效性进行了验证。 第四章研究了高档卧式加工中心模块评价技术，提出了改进优劣距离法的高档卧式加 工中心模块评价方法。对高档卧式加工中心模块方案的评价准则进行确定，并利用赋权法 决定各个准则在划分方案中的权重。利用改进的优劣距离法将模块在多个准则下进行评 价，进而得到最佳的模块方案。 第五章结合实际项目，开发了沈机高档卧式加工中心模块化设计系统，对主要功能模 块及实现技术进行了阐述，并在面向机床行业的项目中应用和实施，验证了本文提出的理 I I L 一 浙江大学硕士学位论文 摘要 论及方法的可行性和实用性。 第六章总结了全文的研究内容及工作，并对今后的研究方向进行了展望。 关键词： 高档卧式加工中心；事物特性表；模块表征；模块划分；模块评价；模块化设计；改 进N S G A I I 算法；优劣距离法；模糊集；方案求解 I I I 浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m i c s ，c u s t o m e rr e q u i r m e n t sb e c o m em o r ea n dm o r e d i v e r s i f i c a t i o na n dp e r s o n a l i z e d ，m o d u l a rd e s i g ni sad e s i g nm e t h o dt h a tc a r lm e e ti t sn e e d ， s h o r t e nt h ed e s i g nc y c l ea n dr e d u c et h ec o s to fh i g n e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e r I no r d e r t 0b ee f f e c t i v eo fh i g n - e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e r ，m o d u l er e p r e s e n t a t i o nt e c h n i q u e ， m o d u l ep a r t i o nt e c h n i q u e ，m o d u l ee v a l u a t i o nt e c h n i q u eo fh i g n e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n g c e n t e ra r er e s e a r c h e di nt h i sp a p e r A c c o r d i n gt ot h ep r o d u c tf e a t u r e sa n dt h ec o m p a n y Sa c t u a l n e e d so fh i g n e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e Las o f t w a r es y s t e ma b o u th i g n - e n dh o r i z o n t a l m a c h i n i n gc e n t e rm o d u l a rd e s i g ni sd e v e l o p e d T h em a i nc o n t e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： T h ef i r s tc h a p t e ra n a l y z e st h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dd e v e l o p m e n to fh i g n - e n dh o r i z o n t a l m a c h i n i n gc e n t e r T h er e s e a r c hd e v e l o p m e n to fm o d u l er e p r e s e n t a t i o nt e c h n i q u e ，m o d u l e d e s i g nt e c h n i q u ea n dm o d u l ee v a l u a t i o nt e c h n i q u eo fh i g n e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e ra r e i n t r o d u c e d ，t h e na n a l y z e st h es h o r t a g eo fe x i s t i n gm o d u l a rd e s i g nm e t h o da n dp r o p o s e st h e p r o b l e mn e e dt Ob ea d d r e s s e di nam o d u l a rd e s i g na n ds c h e m es o l v i n gt e c h n i q u e so fh i g h - e n d h o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e nA tl a s t ，t h er e s e a r c hc o n t e n ta n ds t r u c t u r a lf r a m ea r eg i v e n T h es e c o n dc h a p t e rr e s e a r c h e sm o d u l er e p r e s e n t a t i o nt e c h n i q u eo fh i g n - e n dh o r i z o n t a l m a c h i n i n gc e n t e r M o d u l eh i e r a r c h i c a lr e p r e s e n t a t i o nt e c h n i q u eb a s e do nt a b u l a rl a y o u t so f a r t i c l ec h a r a c t e r i s t i c si sp r e s e n t e d T h ep r o p e r t i e so fl l i 印一e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e ra r e e x p r e s s e db yu s i n gT L A C ，a d df u n c t i o n a l i t y , p e r f o r m a n c e ，s t r u c t u r ea n do t h e rp r o p e r t i e sb a s e d o nt h eg e o m e t r yo fp a r t s ，t h em o d u l e Sr e p r e s e n t a t i o ni sc o m p l e t e d T h e nu s e st h ec o n s t r a i n t r u l e sb e t w e e nm o d u l e s ，t h eh i g h - g r a d eh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e rp r o d u c tt r e et e m p l a t ei sg o t F i n a l l y , t h ee x a m p l eo fh o r i z o n t a lm a c h i n i n g c e n t e rm o d u l er e p r e s e n t a t i o ns h o w st h a tt h e m e t h o di sf e a s i b l e T h et h i r dc h a p t e rr e s e a r c h e sm o d u l ep a r d o nt e c h n i q u eo fh i g n e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n g c e n t e r M o d u l ep a r t i o nt e c h n i q u eb a s e do ni m p r o v e dN S G A I Ia l g o r i t h mi sp r e s e n t e d F i r s t i n t r o d u c e dt h ep r o c e s sa n dp r i n c i p l e so fm o d u l a rp a r t i o n , t h e nt h ep r o p e r t y d r i v e np a r t i o n g u i d e l i n e sa r ec o n s i d e r e d ，t h ec o m p o n e n t sc o r r e l a t i o nm a t r i xi sb u i l da n ds i m p l i f i e d T h e p r e l i m i n a r yp l a n n i n gm o d u l e so fh i g n e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e rb a s e do nf u z z ys e t sa r e I V 浙江大学硕士学位论文 A b s t r a c t d i v i d e n A ni m p r o v e dN S G A - I Ia l g o r i t h mi se m p l o y e dt oo p t i m i z em u l t i o b j e c t i v em o d u l ea n d g e tt h eo p t i m a ls o l u t i o ns e to fm o d u l ed i v i s i o np l a n F i n a l l y , t h ee x a m p l eo fh o r i z o n t a l m a c h i n i n g - c e n t e rm o d u l ep a r t i t i o ns h o w st h a t t h em e t h o di sf e a s i b l e T h ef o r t hc h a p t e rr e s e a r c h e sm o d u l ee v a l u a t i o n t e c h n i q u e o fl l i g l l - e n dh o r i z o n t a l m a c h i n i n gc e n t e r M o d u l ee v a l u a t i o nt e c h n i q u eb a s e do ni m p r o v e dT O P S I Si sp r e s e n t e d T h e e v a l u a t i o nc r i t e r i ao fh i g n - e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e ra r ed e t e r m i n e d T h ew e i g h to ft h e e v a l u a t i o nc r i t e r i aa led e c i d e db a s e do nt h ec r i t e r i aw e i g h t i n gm e t h o d A ni m p r o v e dT O P S I Si s e m p l o y e dt oe v a l u a t ea n dg e tt h eo p t i m a lm o d u l ep l a n T h ef i f t h c h a p t e rc o m b i n e s 晰t ht h ec o m p a n y Sr e a ld e m a n d sa n dr e s e a r c hr e s u l t s ，a s o f t w a r es y s t e ma b o u t1 1 i 弘e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e rm o d u l a rd e s i g ni sd e v e l o p e d b a s e do nt h et h e o r ya n dm e t h o dd i s c u s s e da b o v e W h a t Sm o r e ，t h i ss y s t e mh a sb e e na p p l i e di n m a c h i n et o o l sd e s i g np r o c e s s I tr e v e a l st h a tt h et h e o r ya n dm e t h o d sm e n t i o n e da b o v ea r e f e a s i b l ea n dp r a c t i c a l T h es i x t hc h a p t e rs u m m a r i z e st h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n dr e s u l t so ft h i ss u b j e c t , a n dt h e f u t u r er e s e a r c hd i r e c t i o na r eg i v e n K e y w o r d s ： H i g n - e n dh o r i z o n t a lm a c h i n i n gc e n t e r ；T a b u l a rl a y o u t so fa r t i c l ec h a r a c t e r i s t i c s ；M o d u l e r e p r e s e n t a t i o n ；M o d u l ep a r t i o n ；M o d u l ee v a l u a t i o n ；M o d u l a rd e s i g n ；I m p r o v e dN S G A I I a l g o r i t h m ；T O P S I S ；F u z z ys e t s ；S c h e m es o l v i n g l I 。一 V 浙江大学硕士学位论文目次 目次 致谢 摘j 要 I I I A b s t r a c t 1 1 r 日次 l 绪论。1 1 1 弓l 言1 1 2 高档数控加工中心概述2 1 2 1 高档数控加工中心特点2 1 2 2 高档卧式加工中心发展状况4 1 3 模块化设计研究现状一6 1 3 1 模块表征技术研究现状8 1 3 2 模块划分技术研究现状9 1 3 3 模块评价技术研究现状1O 1 4 高档卧式加工中心模块化设计与方案求解技术的提出1 0 1 4 1 高档卧式加工中心模块属性表征中的非全局性问题1 0 1 4 2 高档卧式加工中心模块划分中的单目标优化问题1 1 1 4 3 高档卧式加工中心模块评价中的指标难以量化问题1 1 1 5 本文的研究内容及组织框架1 2 1 5 1 本文的研究内容12 1 5 2 本文的组织结构1 2 1 6 本章小结1 4 2 基于事物特性表的高档卧式加工中心模块多属性表征技术。1 5 2 1 引言15 2 2 高档卧式加工中心模块的主要属性描述1 5 2 3 高档卧式加工中心模块的多属性表征1 6 2 3 1 基于事物特性表的属性形式化表达1 7 2 3 2 多属性表征的高档卧式加工中心模块创建1 7 2 3 3 规则约束的高档卧式加工中心产品树模板1 9 2 4 应用实例2 2 2 4 1H M S 系列卧式加工中心的主要属性2 2 2 4 2H M S 系列卧式加工中心主轴箱属性的形式化表达2 4 2 4 3 多属性表征的H M S 系列卧式加工中心模块的创建2 5 2 5 本章小结2 7 3 基于改进N S G A - I I 算法的高档卧式加工中心模块多目标划分技术。2 8 3 1 引言2 8 3 2 高档卧式加工中心模块划分过程及原则2 8 3 3 高档卧式加工中心模块初步规划2 9 3 3 1 属性驱动的模块划分准则确定2 9 3 3 2 构建零部件相关度矩阵3 0 3 3 3 高档卧式加工中心初始模块的形成3 2 浙江大学硕士学位论文目次 3 4 基于改进N S G A I I 算法的模块划分方案求解3 3 3 4 1 模块划分的评价函数。3 3 3 4 2 模块划分的约束条件3 5 3 4 3 模块划分方案求解3 5 3 5 应用实例3 7 3 5 1H M S 系列卧式加工中心模块划分准则确定3 7 3 5 2 构建H M S 系列卧式加工中心零部件相关矩阵3 8 3 5 3H M S 系列卧式加工中心模块结构初步规划3 9 3 5 4H M S 系列卧式加工中心模块划分方案求解4 0 3 6 本章小结。4 l 4 基于优劣解距离法的高档卧式加工中心模块多准则评价技术。4 2 4 1 弓l 言4 2 4 2 高档卧式加工中心模块评价准则的确定4 2 4 2 1 模块评价准则的确定4 2 4 2 2 评价准则权重的确定4 3 4 3 优劣解距离法及其改进4 3 4 3 1 传统的优劣解距离法4 3 4 3 1 改进的优劣解距离法4 4 4 4 高档卧式加工中心模块评价过程4 6 4 4 1 创建高档卧式加工中心的规范化决策矩阵4 6 4 4 2 构造高档卧式加工中心的加权规范决策矩阵4 7 4 4 3 模块方案集与理想方案的灰色综合关联度计算4 7 4 4 4 高档卧式加工中心模块方案的正理想解和负理想解4 8 4 4 5 计算高档卧式加工中心模块方案与正负理想解距离4 8 4 4 6 确定高档卧式加工中心的最佳模块方案4 9 4 5 应用实例4 9 4 5 1H M S 系列卧式加工中心模块评价准则的确定4 9 4 5 2H M S 系列卧式加工中心模块评价准则权重的确定5 0 4 5 3H M S 系列卧式加工中心模块评价过程5 0 4 6 本章小结5 2 5 沈机高档卧式加工中心模块化设计系统。5 3 5 1 弓I 言一5 3 5 2 系统的应用背景与体系架构5 3 5 2 1 系统的应用背景5 3 5 2 2 系统的体系架构。5 4 5 3 系统的功能模块5 5 5 3 1 高档卧式加工中心模块属性管理5 6 5 3 2 高档卧式加工中心模块划分方案生成管理5 9 5 3 3 高档卧式加工中心模块评价管理6 2 5 3 4 高档卧式加工中心模块库管理6 3 5 4 本章小结6 6 6 总结与展望6 7 6 1 全文总结6 7 V I I 浙江大学硕士学位论文目次 6 2 工作展望6 8 参考文献6 9 作者简历 V I l l L 浙江大学硕士学位论文l 绪论 1 绪论 摘要：综述了高档卧式加工中心的特点及发展状况，介绍了模块表征、划分及评价等技术的 研究现状，分析了现有方法的不足，论述了高档卧式加工中心模块化设计与方案求解技术的 主要思想，最后给出了本文的研究内容和结构框架 1 1 引言 随着市场竞争的加剧，市场对高档数控加工中心的结构和技术性能指标的要求越来越 多样化，高档数控加工中心的快速研发及满足客户个性化需求显得越来越重要。由于技术 的进步，要求高档数控加工中心在设计方面需要有新的设计方法来指导。模块化设计正是 适应发展需求而提出的一种设计方法，它可以缩短高档数控加工中心的设计周期、降低成 本及满足客户的个性化需求。 在传统的设计模式下，针对单个高档数控加工中心，其中的零部件都需要进行重新设 计，全生命周期时间长，设计成本高。产品的开发设计阶段影响着产品的交货时间、产品 总成本和产品的质量，即产品的设计阶段对产品的全生命周期产生着巨大的影响。在高档 卧式加工中心的整个生命周期中，设计阶段是全生命周期的关键阶段，而模块化设计又是 产品设计阶段的重要环节，因而，在对高档卧式加工中心进行模块化设计是其全生命周期 的重要组成部分。 然而，随着技术的进步和市场竞争的加剧，传统的高档数控加工中心设计模式受到新 的挑战。要求高档数控加工中心具有较短的开发周期、较低的成本、快速响应市场需求等。 机床企业在新的市场环境下面临着一系列新的问题。这些问题主要包括：( 1 ) 高档数控加 工中心的性能、质量、可靠性等有待提高。高档数控加工中心的性能、质量，可靠性一直 是客户关心的内容。通过对高档数控加工中心进行模块化设计，能够将高档数控加工中心 的零部件标准化、通用化及系列化，客户可以根据自己的需求选择合适的高档数控加工中 心配置，即使加工中心的生产工艺发生改变，也可以随时在需要的环节上增加或减少机床 功能，使加工中心性能得到充分的发挥，而且便于企业组织生产和相应的质量把关。可靠 性主要体现在高档数控加工中心的数控系统上，对加工中心数控系统中的硬件采用模块化 设计，减少系统中元器件的数量，提高高档数控加工中心的可靠性。( 2 ) 要求高档数控加 工中心设计具有较短的开发周期和较低的成本。模块化设计是解决这一矛盾的有效方法， 但由于高档数控加工中心结构和功能复杂，如何对其进行模块化设计是一个难题。 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 为解决以上问题，使机床企业能够快速响应市场的需求变化、提高企业竞争力，本文 综述了高档卧式加工中心模块表征、划分及评价等技术的研究现状，在分析高档卧式加工 中心特点的基础上，提出了高档卧式加工中心在模块化设计中存在的问题，最后给出了本 文的研究内容和结构框架，进而解决高档卧式加工中心模块化设计方面若干技术难点。 1 2 高档数控加工中心概述 1 2 1 高档数控加工中心特点 数控加工中心( C N CM a c h i n i n gC e n t e r ) 是由机械设备与数控系统组成的可用于加工 复杂形状工件机床。数控加工中心带有刀库，能够自动更换刀具可对工件进行多项工序加 工的机床。数控加工中心具有工序集中加工精度高、适应性强、生产效率高，经济效益 好等优点，主要用于加工箱体类零件、结构形状复杂的零件等。 数控加工中心一般是由基础部件，主轴部件，数控系统、自动换刀系统和辅助装置等 构成。图1 1 为数控加工中心的基础部件及主轴部件。 图1 - 1 数控加工中心的基础部件及主轴部件 基础部件：基础部件是数控加工中心的基础结构，主要是由床身、立柱、工作台等结 构组成。床身、立柱，工作台不仅要承受数控加工中心的静载荷，还需要承受数控加工中 心在切削加工时产生的动载荷。所以数控加工中心的基础部件要有足够的刚度，通常是铸 造而成。 主轴部件：数控加工中心的主轴部件是由主轴箱、主轴、主轴电动机和主轴轴承等组 成。主轴的起动和变速等一系列动作均由数控加工中心的数控系统控制，主轴的旋转精度 及定位准确性决定着数控加工中心的加工精度。 浙江大学硕上学位论文l 绪论 数控系统：数控加工中心的数控系统主要是由C N C 装置、可编程序控制器、伺服驱 动系统和电机等组成，它是用来执行顺序控制动作及加工过程的控制中心 自动换刀系统：自动换刀系统是区别于其他数控机床的主要装置。数控加工中心的自 动换刀系统主要由刀库、机械手，驱动机构等部件组成。 辅助装置：数控加工中心的辅助装置主要包括润滑系统、冷却系统、排屑系统、防护 系统和检测系统等部分。这些装置一般不直接参与数控加工中心的切削运动，但它们对数 控加工中心的加工质量和可靠性等起着保障作用，是数控加工中心不可缺少的部分。 按照数控加工中心数控系统的功能水平，通常将其分为低档数控加工中心，中档数控 加工中心和高档数控加工中心三类。低档、中档和高档数控加工中心三者的分类界限随着 机床的发展水平是变化的。就目前国家的发展水平，按照下列几个方面来评价数控加工中 心的档次。 ( 1 ) 数控系统系统分辨率。低档的数控加工中心分辨率为1 0 I t m ；中档的分辨率为 l I _ t m ；高档的分辨率为O 1 岬。 ( 2 ) 进给速度。迸给速度为3 - 8 m m i n 即低档；进给速度为1 0 2 4 m m i n 即中档；进 给速度为2 4 10 0 m m i n 即高档。 ( 3 ) 多坐标联动功能。低档的联动轴数为2 3 轴；中档联动轴数为2 4 轴；高档联 动轴数为5 轴或5 轴以上。 ( 4 ) 伺服类型。低档的伺服类型为开环及步进电动机；中档的为半闭环及直流，交 流伺服；高档的为闭环及直流、交流伺服。 ( 5 ) 数控系统的显示功能。低档一般只有数码管显示；中档的是C R T 显示，不仅有 字符、图形，还可以进行人机对话；高档的也是C R T 显示，除了字符，图形、人机对话 等，还可以三维动态图形显示和自诊断 ( 6 ) 数控系统的通信功能。低档的没有通信功能；中档的有R S 2 3 2 C 或者D N C 接 口；高档的有R S 2 3 2 C 、D N C 接口或者M A P 接口，其中M A P 接口具有联网功能。 ( 7 ) 数控系统的中央处理单元。低档的中央处理单元是8 位的，中档的是1 6 位或 3 2 位，高档的是3 2 位或6 4 位。 本文针对一类高档数控加工中心进行研究，选取高档卧式加工中心为例进行研究。卧 式加工中心是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。 浙江大学硕士学位论文1 绪论 1 2 2 高档卧式加工中心发展状况 我国是从二十世纪五十年代开始研究数控机床，经过几十年的发展，数控技术和数控 加工中心产业取得了相当大的成绩，基本上掌握了数控加工中心的关键技术，所生产的中 档数控加工中心的功能、质量和可靠性方面已具备较强的市场竞争力 我国在高档卧式加工中心方面，与国外一些先进数控机床相比，仍存在差距，表现为： 加工中心的交货周期长，加工中心性能差距大，加工中心质量不稳定，加工中心可靠性差 等。我们应充分认识国产数控加工中心的不足，努力发展先进的数控技术，加大数控加工 中心的技术创新与服务，用来缩短与发达国家数控加工中心的差距。 高档卧式加工中心是集高新技术于一体的加工设备，它的发展代表着一个国家的设计 水平及制造水平为了满足技术的进步及市场的竞争加剧，达到现代制造技术对高档卧式 加工中心提出的更高要求，高档卧式加工中心大致发展趋势表现在以下几个方面： ( 1 ) 高速、高精密化 提高生产率是高档卧式加工中心追求的目标之一高档卧式加工中心只有通过高速才 能较大的缩减切削加工的时间，进一步提高其生产率和降低成本，而且可以提高零部件的 加工质量和加工精度。高档卧式加工中心的高精密化是为了满足高科技技术发展的需要， 而且为了提高机械产品的使用寿命、质量、性能及可靠性，同时也减少零部件装配时的工 作量，从而提高零部件装配效率： ( 2 ) 高可靠性 高档卧式加工中心的可靠性是机床产品质量的一项指标。高档卧式加工中心能否获得 高性能、高精密化和高效率，关键取决于加工中心的可靠性。 ( 3 ) 模块化 任何一种加工中心都是由一些基础件，标准件和功能零部件等组成，尽管在某一类加 工中心中规格大小、布局形式之分，但大体是相似的对高档卧式加工中心进行模块化， 可以缩短加工中心的开发时间，交货周期长和降低机床成本等。图1 - 2 为卧式加工中心的 动力头模块图1 3 为工作台模块。 4 浙江大学硕士学位论文 l 绪论 譬霪巴 j ，薹由? 了耘I 嫉 ，铭 气、莎 譬茹国曾占麓漪媳黼 圈 t A蒸：一 。譬；籀 ，磐。 毽幽 ，l 钐； 避 一瞳糍繇籀鼯搿轴，- 飞；- 1 7 一。- 吒目墨r 图1 2 动力头模块 圆 氐 霸。涉 蟛喝 妒瓢 ， 矽囝 世 图 - 3 工作台模块 浙江大学硕士学位论文 1 绪论 1 3 模块化设计研究现状 模块化设计可以满足客户的多样化、个性化需求和实现大批量生产的低成本，可以缩 短产品开发周期，因此它是成功地实施大规模定制生产的关键因素之一 模块化设计的概念至今还没有形成统一的定义，不同学者从各种不同的角度对模块化 设计的概念作了不同的阐述 U l r i c h 等M c h1 9 9 5 1 认为模块化设计中的两大关键问题是解决设计过程中功能域与结构 域之间的映射或相似程度影响模块化的程度的表达和产品结构问相互影响程度的最小化 G u 等【G u l 9 9 7 】认为模块化设计是通过对产品进行功能分析后，在原始产品的基础上将具有同 一功能特性的模块进行相互选用或者加上( 或减去) 具有不同功能的模块及其子模块，从 而较好地满足客户多样化、个性化需求的一种设计方法。贾延林等【积# 1 9 9 3 】认为模块化设 计是对一定范围内的不同功能或者相同功能不同性能、不同规格的产品在进行功能分析的 基础上，划分并设计出一系列的功能模块，通过对模块间的选择与组合形成不同的产品， 以满足市场多变的需要。劳俊等劳便1 9 9 4 提出了模块化设计是全方位地考虑系统对象，并将 系统按照功能分解为具有不同用途和不同性能的模块，并使它们之间接口标准化，选择相 应的模块以快速组合，进而得到满足多样化、个性化要求的系统的一种设计方法。郑硕均 等郄项均1 9 8 5 1 认为模块化设计是将不同性能但具有相同功能或者相同用途的同一类零部件或 者组件的联系尺寸或者接口进行标准化，且部件或组件之问有很强的互换性以便于组合的 一种设计方法。 模块化设计是快速响应市场多变需求的设计技术核心，它利用模块组成多样化、个性 化产品，模块的可组合性、可互换性及可通用性是实现快速响应客户的需求，从而进行快 速设计的基础。模块化设计的主要目的是以较少的模块组合出多样化的产品。产品模块化 设计解决了产品品种及规格多样化个性化与其成本之间的矛盾，快速的在各个领域得到广 泛的应用及发展。产品的模块化设计技术得到了广泛的研究。 E r i x o n 等E 咖n 1 9 9 6 1 提出了模块功能独立所需满足的1 1 个条件，将其作为模块划分的一 般性准则，并且还构建了模块识别矩阵，以此为基础对各功能零部件进行聚类。J o h n 等【J o h n 1 9 9 刀研究了产品模块化与其维修使用的关系，这种模块化与维修关系是利用广义模块化的 定义将各终端产品与产品的维修使用方法结合到一起的模块化定义，通过将该模块化理念 融入到产品德设计开发中，从而可获得性能较好的产品模块。S u b 等【s u h1 9 9 0 1 提出了一种从 功能设计参数映射角度的模块化设计技术。文中阐述了模块化设计其实是一种分析结果的 浙江大学硕士学位论文l 绪论 产生，该结果是通过产品，过程