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组合
机床
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江苏
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组合机床设计（江苏）,组合,机床,设计,江苏
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摘要： 本设计为专用钻床，根据具体零件即变速箱体而设计的，大量采用了通用部件，较好地解决了大批量钻变速箱两端面孔的问题。不但保正加工质量,而且大为提高了工效,具有良好的经济效益和应用价值。关键词： 组合机床 刀具 主轴 夹具 钻孔 液压 PLC目录 一、 引言 3二、 组合机床总体设计1、 概述52、总体结构及工作循环. 63、三图一卡设计. 6三 组合机床多轴箱设计 . 91.简述 . 92.设计原则. 103.传动系统设计 104 验算. 125 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案12四 专用夹具结构设计 121.定位基准与定位元件的选择. 132、夹紧元件与夹紧力的择 .13 3.夹具基体的设计.14五 PLC控制设计14 六 结束语 18七 参考资料 18八 毕业设计总结. .19九 致谢 .20 附录A 综述 .22附录B 调研报告27附录C 外文翻译30附录D 原文56 一 引言组合机床及其自动线是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备。它的特征是高效、高质、经济实用,因而被广泛应用于工程机械、交通、能源、军工、轻工、家电等行业。我国传统的组合机床及组合机床自动线主要采用机、电、气、液压控制,它的加工对象主要是生产批量比较大的大中型箱体类和轴类零件(近年研制的组合机床加工连杆、板件等也占一定份额) ,完成钻孔、扩孔、铰孔,加工各种螺纹、镗孔、车端面和凸台,在孔内镗各种形状槽,以及铣削平面和成形面等。组合机床的分类繁多,有大型组合机床和小型组合机床,有单面、双面、三面、卧式、立式、倾斜式、复合式,还有多工位回转台式组合机床等;随着技术的不断进步,一种新型的组合机床柔性组合机床越来越受到人们的青睐,它应用多位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器( PLC) 、数字控制(NC) 等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外,近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装配和试漏等技术。我国组合机床组合机床自动线总体技术水平比发达国家要相对落后,国内所需的一些高水平组合机床及自动线几乎都从国外进口。工艺装备的大量进口势必导致投资规模的扩大,并使产品生产成本提高。因此,市场要求我们不断开发新技术、新工艺,研制新产品,由过去的“刚性”机床结构,向“柔性”化方向发展,满足用户需求,真正成为刚柔兼备的自动化装备。随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求。从2002 年年底第21 届日本国际机床博览会上获悉,在来自世界10 多个国家和地区的500 多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中,超高速和超高精度加工技术装备与复合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。据专家分析,机床装备的高速和超高速加工技术的关键是提高机床的主轴转速和进给速度。该届博览会上展出的加工中心,主轴转速10 00020 000 r/ min ,最高进给速度可达2060 m/ min ;复合、多功能、多轴化控制装备的前景亦被看好。在零部件一体化程度不断提高、数量减少的同时,加工的形状却日益复杂。多轴化控制的机床装备适合加工形状复杂的工件。另外,产品周期的缩短也要求加工机床能够随时调整和适应新的变化,满足各种各样产品的加工需求。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用,信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高,操作者可以通过网络或手机对机床的程序进行远程修改,对运转状况进行监控并积累有关数据;通过网络对远程的设备进行维修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距,因此我国组合机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用将是今后的发展方向。二 组合机床总体设计1. 概诉双面钻孔组合机床是在工件两相对表面上钻孔的一种高效率自动化专用加工设备。机床的两个液压动力滑台对面布置,左、右刀具电动机分别固定在两边的滑台上,中间底座上装有工件定位夹紧装置。组合机床的总体设计通常是根据与用户签定的和同和协议书，针对具体加工零件，拟订工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。根据工艺方案确定机床的型式和总体布局。在选择机床配置型式时，既考虑到实现工艺方案，保证加工精度、技术要求及生产率，又考虑到机床操作、维护、修理和排屑的方便性。在选择组合钻床结构方案时，必须保证稳定的加工精度。固定式夹具组合钻床能达到的钻孔位置精度最高，采用固定导套一般能达( 0.20)mm。考虑到操作的方便性，需要合理确定装料高度为使钻床在温度过高时工作性能稳定，而且由于被加工件不需多次进给，故选用机械通用部件配置钻床。根据被加工零件的特点,为实现加工精度要求,同时考虑到经济效益和生产率,经过反复论证、分析和计算,我们采用了卧式双面多轴钻、组合机床的总体设计方案。2.总体结构及工作循环本机床采用多工位卧式组合机床,变速箱体装在工作台的夹具上,这样便于上、下料。机床机械部分主要有:底座、侧底座、多轴箱、刀具、夹具、冷却系统;控制部分为PLC 控制系统及液压传动系统。机床的工作循环为:人工装上一工件,定位销插销定位夹紧油缸夹紧I 滑台开始工作循环:快进(冷却供、主轴转) 工进(死档铁停留) 快退至原位(主轴停) 滑台开始工作循环:快进(冷却供、主轴转) 工进(死档铁停留) 快退至原位(主轴停、冷却停) ,定位销拔出,夹紧油缸松开,防护门自动打开,油缸推出工件,工件到位后油缸退回.(快退缓退) ,死档铁停留,工作循环结束3. 三图一卡设计1. 被加工零件工序图被加工零件为变速箱体，材料为HT250，工序为箱体两端面钻孔，左端面为5个10加工孔，右端面为5个10和2个14加工孔。采用一面两孔定位，一面为箱体底面，两孔为底面上的长边上的两孔。采用箱体顶面夹紧。2. 加工示意图加工10的孔：锥柄长麻花钻 硬质合金 d=8.5mm L=190 mm l=109mm依据公式 M= ， 选刚性主轴，直径为30/20mm 外伸长度为115 mm 切削用量 n=500 r/min v=13.35 m/min f=0.1 mm/r =50 mm/min加工14的孔：锥柄麻花钻 高速钢 d=13.9mm L=189 mm l=108mm依据公式 M= 选刚性主轴，直径为38/26mm 外伸长度为115 mm 切削用量 n=450 r/min v=19.64 m/min f=0.13 mm/r =50 mm/min箱体左端面工进长度37 mm 快进83 mm 快退120 mm箱体右端面工进长度41 mm 快进75 mm 快退116 mm3. 机床联系尺寸图左端面：5根主轴多轴箱轮廓尺寸 H=168+121.5+100=389.5 mm B=125+2100=325 mm 厚度取325 mm长宽取400400 mm 最低孔位置37 mm 最低主轴高度121.5 mm轴向力=709.2N转矩 =2.4Nm功率 =0.1kw5=0.5kw5=3546根据以上计算所得 选取液压动力滑台1HY25-IA 动力箱1TD25-IA （1.5kw）电机 Y100L-6 侧底座 1CC251右端面：7根主轴多轴箱轮廓尺寸 H=178+115.5+100=391.5.5 mm B=125+2100=325 mm 厚度取325 mm长宽取400400 mm 最低孔位置31 mm 最低主轴高度115.5 mm轴向力=1347N转矩 =9.18Nm功率 =0.4kw总=0.5+20.4=1.3 kw总=3546+21347=6240 N根据以上计算所得 选取液压动力滑台1HY25-IA 动力箱1TD25-IA （1.5kw） 电机 Y100L-6侧底座 1CC251中间底座L=（）=313+316+2325+324-2（180+40+100） =963 mm采用固定钻摸板4. 机床生产效率计算卡1. 理想生产率 =23 件/h2. 实际生产率 =31件/h3. 机床负荷率 =0.75 三 组合机床多轴箱设计1.简述组合机床多轴箱的设计计算是组合机床设计工程中的重要环节，是主轴箱零部件设计的理论基础，计算稍有不慎，便会导致后期的设计制造前功尽弃。依据总体设计图， 对主轴箱进行结构创新设计。由于在本机床上需同时加工12个孔，不仅孔多、间距小，而且孔的排列分散，采用通常方案排箱无法实现12孔的工序集中。因此，本钻床的主轴箱传动系统在对被加工零件进行了深入、细致分析计算的基础上，通过采用滚针轴承，将常规状况下不能完成的排箱得以实现，而且所设计的主轴箱结构紧凑。（该设计只设计左面多轴箱的结构，右面多轴箱类似）依据组合钻床总体设计绘制主轴箱设计原始依据图其内容为主轴箱设计的原始要求和已知条件：1. 主轴箱轮廓尺寸400mm400mm；2. 工件轮廓尺寸及各孔位置尺寸3. 工件与主轴箱相对位置尺寸。2.设计原则1) 从面对主轴的方位看去，所有主轴均采用逆时针方向旋转。2) 在保证转速和转向的前提下，力求用最少的传动轴和齿轮（数量和规格），以减少各类零件的品种。具体措施：采用一根传动轴同时带动多根主轴，并将齿轮布置在同一排位置上，当齿轮啮合中心距不符合标准时，采用了变位齿轮。3) 放弃了用主轴带主轴的方案，这样避免了增加主轴负荷，不会影响加工质量。4) 为使主轴箱结构紧凑，主轴箱内齿轮传动副的传动比都在1.01.5之间。5) 为了使主轴上的齿轮不太大，有的在最后一级采用升速传动。6) 因钻削加工切削力大，为了减少主轴的扭曲变形，主轴上的齿轮尽量靠近前支承。3.按上述设计原则设计传动系统按所设计的传动系统图合理分配各级传动比、初定传动轴位置和确定齿轮齿数主轴r/min驱动轴=520 r/min总传动比 i=各轴传动比分配：=1.41=1.41=1.41=1/1.47=1确定中间轴7以及中间轴7与1.2轴联接的=50 m=2 确定中间轴8以及中间轴8与3.4轴联接的=55 m=2 确定中间轴9以及中间轴9与5轴联接的=37 m=2 =19 =18确定中间轴6以及中间轴6与7.8.9轴联接并配相关的齿轮取 =21 =20 m=3 =636-7 =52 m=2 =21 =31 6-8 =63 m=2 =30 =33 6-9 =40 m=2 = 20 =20验算转速 ：=524.8 r/min=496.4 r/min=491.4 r/min转速相对损失在5%以内，符合设计要求。采用R12-L型叶片泵有中间传动轴8经一对齿轮=33/24 =682.5 r/min 在400-800 r/min范围内满足要求。在拟定主轴箱传动系统时，传动轴位置已做了初步确定。为了保证齿轮副的正常啮合和加工主轴箱上传动轴支承孔的孔距精度，需要精确计算各传动轴的坐标尺寸（计算结果精确到小数点后3位数）。4 验算验算根据坐标计算确定的两轴坐标中心距A 是否符合两轴间啮合齿轮要求的中心距R ， R 与A 的差值为 ，即 = R A验算标准为 0.001 0.009mm经验算均符合。5 主轴及通用传动轴结构型式的选择方案主轴结构型式由零件的加工工艺决定，并考虑主轴的工作条件和受力情况，采用长主轴。由于采用钻削加工主轴，需承受较大的单向轴向力，所以优选向心球轴承和推力球轴承组合的支承结构，且推力球轴承配置在主轴前端。传动轴的转速较低，但载荷较大，因此用圆锥滚子轴承。按上述方案配置的主轴和传动轴，按所选的轴承类型绘制轴承孔检查图，发现有些部位采用此配置因孔间距较小，箱体上的轴承座孔太大，导致箱体强度不够。因此，这些部位都将原方案改为推力球轴承与滚针轴承组合的支承结构，以减小径向尺寸，满足强度要求，实现合理排箱。 按以上原则设计的传动系统，保证了主轴箱的质量，提高了主轴箱的通用化程度，使得设计和制造工作量及成本都大大降低。为实现本机床“体积小、质量轻、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的设计目标奠定了基础。 四 专用夹具结构设计专用夹具结构设计是为加工某些几何形状相似、工艺过程和定位夹紧相似的零件而设计的。设计时需要选择合理的定位基准、定位元件；选择合适的夹紧夹紧元件；设计好合理的基体件。1.定位基准与定位元件的选择制定设计方案时需选择合理的定位基准、定位元件。该零件采用一面两孔定位，定位基准为零件底面，定位元件为定位销。2.夹紧元件与夹紧力的选择夹紧力的选择，除夹紧力方向和作用点外，还要使工件产生尽可能小的夹紧变形，这是选择夹紧元件和夹紧力的主要因素。本设计采用压板液压压紧， ，夹紧牢靠，工件保持正确位置，既防止了薄壁零件装夹变形，又满足了加工的要求。3.夹具基体的设计夹具基体是夹具的基础，在设计夹具基体时，除应保证结构合理外，还应保证夹具基体有足够的刚度，而且在可能的范围内，力求能加工零件组的全部。对其基体件还应根据相似件形状、尺寸、精度、毛坯种类及其工艺方法来确定基体件形状、尺寸，以满足加工所有相似件的要求。该基体件与其它夹具元件组成的夹具结构紧凑，操作方便，更换元件容易，可以加工不同产品的相似件. 具体设计见附图。 五 PLC控制设计1 工作原理及电气控制要求双面钻孔组合机床是在工件两相对表面上进行钻孔的一种高效自动化专用加工设备,基本结构如图1 所示。2 个动力滑台对面布置并安装在标准侧底座上,刀具电动机M2 ,M3 分别固定在左、右动力滑台上,中间底座上装有工件定位夹紧装置。 图1 双面钻孔组合机床结构简图该机床采用电动机和液压系统(未画出) 相结合的驱动方式,其中电动机M2 ,M3 分别带动左、右主轴箱的刀具主轴提供切削主运动,而左、右动力滑台和工件定位夹紧装置则由液压系统驱动,M1 为液压泵的驱动电动机,M4 为冷却泵电动机。机床的电气控制要求为M1 先启动,只有系统正常供油后,其它控制电路才能通电工作; M2 ,M3在滑台进给循环开始时启动,滑台退回原位后停机;M4 可手动控制启停,也可在滑台工作进给时自动提供油液。其控制过程是典型的顺序控制,当把工件装入夹具后,按下启动按钮SB3 ,机床便开始自动循环的工作过程,见图2 图2 双面钻孔组合机床工作循环图2 电气控制系统硬件设计双面钻孔组合机床的电气控制属单机控制, 输入输出均为开关量。根据实际控制要求,并考虑系统改造成本,在准确计算I/ O 总点数的基础上,采用抗干扰强、稳定性和可靠性较高的三菱公司生产的FX1N260MR 可编程控制器。该控制系统中所有输入触发信号采用常开触点接法,所需的24 V 直流电源由PLC 内部提供;输出负载中的所有直流电磁换向阀同样采用由PLC 内部提供的24 V 直流电源,输出负载中的4 个交流接触器线圈则需外接220 V 交流电源.由于双面钻孔组合机床中转换开关、按钮及行开关较多,为了减少输入点数,降低费用,对输入信号作了适当处理,如4 台电动机的过载保护不作为输入信号,而直接接入输出线圈回路中。另外,电磁阀为感性负载并且通断频繁,为了保护PLC 的输出触点,在每个电磁阀两端各并上1 个续流二极管,来吸收反向过电压。3.电气控制系统软件设计由双面钻孔组合机床的控制要求可知,该控制系统需要实现3 个控制功能: 动力滑台的点动、复位控制; 动力滑台的单机自动循环控制; 整机全自动工作循环控制。具体T型图见附图4.PLC 与PC 的通信系统工作时,PC 与生产现场的PLC 之间处于实时的交互通状态。如果生产规模大,可采用1 : n 上位链接通信方式,用一台计算机管理多台机床。上位计算机与PLC 之间有一个RS - 232C/ RS - 485 转换器,用于链接计算机的RS - 232C 串行口和PLC 的RS - 485 通信适配器,可增大通信距离。操作人员根据生产现场的需要,在不中断生产的情况下,可在上位机上实时地对现场参数进行调整,使控制系统工作于最佳状态。还可在上位机上编程、监测设备运行情况、显示故障等,对系统进行管理和调度,使设备潜力得到充分发挥。本程序经模拟调试,完全符合双面钻孔组合机床的电气控制要求,使用效果良好。在使用过程中,还可根据不同的控制要求,在不改动接线或改动很少的情况下,通过改变程序来实现不同要求,大大节省了安装调试时间,提高了效率。5 结语本系统经过PLC 融入后,运行良好,故障率低。而且组合机床控制系统具有很好的柔性,能适应产品的变化,当工艺程序变更时,只需修改程序,就可满足新的加工要求。可见传统的机械设备融入PLC技术 后,既能使之成为机电一体化的新产品,适用生产过程的自动控制,又能发挥原组合机床的效能,而且投资较小,可见,灵活应用PLC 是实现组合机床电气自动化的有效途径。 六 结束语本组合机床较好地解决了大批量钻变速箱两端面孔的问题。不但保正加工质量,而且大为提高了工效,具有良好的经济效益和应用价值。七 参考资料1、组合机床设计沈阳工业大学、吉林工业大学、大连铁道学院主编上海出版社出版1985年9月2、组合机床设计大连组合机研究所编机械工业出版社1975年6月3、金属切削加工工艺人员手册上海科学技术出版社4、金属切削机床设计参考图册机械工业出版社5、金属切削机床设计大连工学院戴曙主编机械工业出版1985年12月6、组合机床液压滑台图册机械工业出版社7、机械设计手册辽宁科学技术出版社8、机床设计手册机械工业出版社1978年12月9、组合机床设计参考图册大连组合机床研究所编机械工业出版社八 毕业设计总结通过毕业设计培养了我们综合运用所学基础理论、基本技能和专业知识的能力以及创造型地分析和解决实际问题的能力，使我们对工程设计、技术应用等有较全面的、深刻的认识，这是是我们专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业工作的内容和方法。这些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。培养我们综合素质和综合工程实践能力，从而进一步增强我们毕业后走上工作岗位的适应性。九 致谢本文能够顺利完成首先要衷心地感谢导师范真教授给予的精心指导。在设计的整个过程中，范老师亲自动手参与指导，细心地传授理论知识。在我写此论文期间，范真导师在学习、科研、生活中给予了多方面的关心和帮助。在一起做毕业设计的日子里，范老师严以律已、宽以待人的人格和对科学研究的独到见解、忘我的工作精神以及严谨的科学态度给我留下了深刻的印象，促使我更加严格地要求自己，全身心地投入到学习和工作中。此外，对设计期间关心过、帮助过我的所有老师和同学，致意诚挚的谢意。 现代组合机床技术及其发展综述摘要：介绍现代组合机床技术发展的主流，分析组合机床柔性化的几个主要方面和通用部件、加工精度、应用范围等现状及发展，从柔性制造技术角度介绍了组合机床综合自动化技术的发展新动向。关键词：组合机床、机床技术、自动线、发展1机床及自动线概述组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、樘孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。在组合机床自动线上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、热处理、简单的装配、试验和在线自动检查等工序。组合机床及自动线所使用的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。许多大型、形状复杂的工件，需要的加工工序很多，不可能在一台组合机床上全部加工完成，这就需要用多台组合机床加工，按工件加工顺序依次排列，组成组合机床流水线，在组合机床流水线的基础上，发展成组合机床自动线。组合机床与通用机床、其它专用机床比较，具有以下特点：（1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零、部件总量的70%80%，因此，设计和制造周期短，经济效益好。（2）由于组合机床采用多刀加工，机床自动化程度高，因此比通用机床生产率高，产品质量稳定，劳动强度低。（3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方便。（4）组合机床加工工件，由于采用专用夹具、组合刀具和导向装置等，产品加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术要求不高。（5）当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部分部件要作废。组合机床的通用部件是根据国家标准设计的，并等效于国家标准，因此其通用部件可以重复使用，不必另行设计和制造。（6）组合机床易于连接组合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。2组合机床加工精度的提高由于采用了新的结构、新刀具、新工艺方法、刀具自动补偿系统、专用刀具的复合工艺，直接利用软件进行误差补偿方法，组合机床加工精度正在不断提高。现阶段在组合机床上加工大平面的平面度已达到1m长上0.020.04mm。粗糙度达到Ra0.40.8um；孔径精度达到0.00150.055mm。定位销孔的中心距精度达到0.013mm；一般孔位置精度达到0.020.025mm；单向镗孔的同轴度达到0.005 0.01mm。双向镗孔的同轴度达到0.0150.02mm；一些特种加工工艺的精度：如止口精度可达到0.0150.02mm。缸盖阀座及导管孔的同轴度达到0.007500.01mm。3通用部件技术的发展除了传统的通用部件以外，各主要通用部件制造厂相继发展了直流伺服驱动滑台、数控滑台、数控三坐标加工模块、多轴箱储存和多轴箱更换装置等新一代通用部件。采用模块化设计原则将常规组合机床的通用部件和加工中心的组成模块统筹设计，组成新的型谱，也是一种新的趋势。为了适应组合机床制造厂发展柔性制造系统等综合自动化的需要，诞生了像可编程伺服驱动位置控制装置、计算机数控滑台、机器人装卸料系统、带误差信息屏幕显示的诊断装置、数据库系统等配套性通用部件模块。4组合机床应用范围的扩展现代组合机床已经逐渐打破了通常认为只适用于箱体类零件加工的模式，其功能和应用范围正在不断地延伸和扩展。组合机床加工旋转体零件的情况下，采用组合机床加工轴类和盘类零件具有明显的优越性。一些轴件，尤其是大型轴件，可以用旋转夹具夹持中部，在组合机床或专用机床上进行两端同时加工，其优点是工序集中，省去调头加工，增加了刀具及其驱动部件的布置空间。现代成批大量生产的仪表、精密机械、家用电器、钟表等工业部门，常有小型箱体类、盖罩类、连杆拨叉类、杂件等小型异形零件。这类零件由于广泛采用先进高效的毛坯制造工艺，金属切除量较小，且大部分零件的材质是铝合金或铜合金，加工时，切削力较小。由于生产节拍短，要求有极高的生产率。用组合机床加工这类零件时，要作专门的设计，以适应这类零件构造和加工上的特殊性。通常加工这类零件的组合机床称为小型组合机床，自成体系，发展迅速。5组合机床自动化技术的发展组合机床自动线主要用于大批量生产。虽然技术已很成熟，但一般利用率低、缺乏柔性，难以适应现代中批量轮番生产的需要，现代柔性自动化技术给组合机床综合自动化技术的发展，带来根本性的变革。其中，自动装配机也得到了发展。现代自动装配机广泛采用了组合机床原理及相关技术，现代机电产品的生产规模不断扩大，装配工作量占据愈来愈大的比重。为此，装配作业自动化技术得到了迅速发展。目前，国外自动化装配工艺、已从零件紧固连接、压入、扭合、铆接、粘接、焊接等基本作业方式，发展到去毛刺、清洗、检测及产品总装后的试车、检验、注油、喷漆、包装等工序，一些综合自动化加工系统内通常设有自动装配工序。一个现代化自动装配系统。由装配元件及装配主体件的供料及输送系统，装配装置及控制和检测装置所组成。这些系统装置的设计原则和组合机床及其相似：结构典型，部件和组件通用，形式统一。用于不同装配对象时只是夹具不同。自动装配机的通用部件中也有装配工作头、装配机主体、供料装置及检测装置等。目前，世界各国都大力发展通用化程度较高的直线或回转型间歇输送式装配机来替代连续输送式装配机，发展具有柔性及可进行多品种装配的自动装配线。该种装配线广泛采用：“功能模块式结构技术”，采用柔性连接的输送方式。工业机器人由于可在一次动作循环中灵活完成各种动作，可代替装配机许多复杂部件的动作，从而大大简化装配机自身的复杂结构。工业机器人有固定程序的，也有计算机控制的，其采用大大增加了自动装配线的柔性。参考文献1丛凤延，迟建山主编，组合机床设计，上海科学技术出版社，1994年10月第2版。2金振华，组合机床与自动线，北京，机械工业出版社，1990。3潘鬼善，浅谈实现组合机床柔性化的技术发展途径。组合机床与自动化加工技术，1992（2） 调研报告我的毕业设计是组合机床双面钻孔，加工的零件是变速箱体，它是用HT200材料制造成的。我要钻的是M10和M14孔，加工量是年加工10万件，是大批量的生产。接到任务的第二天就带上笔记本到图书馆查资料，我通过机械加工工艺设计手册查到刀具的一系列参数，通过计算得到刀具的耐用度，切削功率等。我还确定了主轴的一系列参数。通过这次调研，使我知道组合机床有组合钻床、组合镗床、钻扩组合机床、钻扩铰组合机床等，组合机床是以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的机床。它能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序。随着组合机床技术的发展，它能完成的工艺范围日益扩大。在组合机床自动线上可以完成一些非切削工序，例如：打印、清洗、热处理、简单的装配、试验和在线自动检查等工序。组合机床及其自动线所使用的通用部件是具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计、制造的组合机床基础部件。每种通用部件有合理的规格尺寸系列，有适用的技术参数和完善的配套关系。1990年前后的几年中,跃进汽车集团从大连组合机床研究所、大连机床厂、常州机床厂、保定机床厂、豫西机床厂等十余个生产组合机床的厂家订购了200多台组合机床及自动线, 其中使用量最大的第二发动机厂用于索菲姆缸体、缸盖、连杆等零件生产的组合机床120多台, 包括12条自动线。投产几年来, 依维柯汽车的生产起到了重要的保证作用。这批设备普遍采用了引进德国Hubller - H ille公司的通用部件制造技术, 使组合机床的产品技术提高到了一个新水平。在机床控制系统方面, 改变了传统常规继电器、接触器控制系统, 普遍应用了微机控制, 大大提高了机床的先进性和使用的可靠性。从总体上看, 组合机床行业的总体水平, 经过几十年的发展有了很大的提高, 特别是自动线的技术水平比“六五”期间又大大前进了一步。从用户的角度看, 这些设备与引进的组合机床的水平差距还较大。为了对组合机床有一个感性的认识，这次为期一天的生产见习是我们理论联系实际很重要的一部分，在范真老师的带领下我们见习了扬州柴油机厂。可以说我们在这一天的实习中学到了很多在课堂没学到的知识,受益匪浅。内容是：通过实际观察和操作对专用组合钻床有一个全方位的了解和认识，从基本的组成到各个部件的功能有一个理论联系实际的升华，为即将到来的毕业设计做准备。这是是我们专业知识结构中不可缺少的组成部分，并作为一个独立的项目列入专业教学计划中的。其目的在于通过实习使学生获得基本生产的感性知识，理论联系实际，扩大知识面；同时又是锻炼和培养学生业务能力及素质的重要渠道，培养当代大学生具有吃苦耐劳的精神，也是学生接触社会、了解产业状况、了解国情的一个重要途径，逐步实现由学生到社会的转变，培养我们初步担任技术工作的能力、初步了解企业管理的基本方法和技能；体验企业工作的内容和方法。这些实际知识，对我们学习后面的课程乃至以后的工作，都是十分必要的基础。通过这次调研，我对组合机床有了一定的了解，对我的毕业设计会有很大的帮助。机床CNC系统的智能数控程序处理器Yadong Liua,_, Xingui Guoa 、 Wei Lia ， Kazuo Yamazakia,Keizo Kashiharab,Makoto Fujishimab摘要 NC程序编译是机床CNC 的最重要工作之一。 现有的 CNC 系统只有支持厂商-特性的NC程序编译, 限制其他相似的功能NC的应用以不同的NC程序编译。尤其为那些使用者用来自相同的提供者的不同的 CNC 拥有一些机床, 收据控制的不同规划在操作员训练和机床维护上增加他们的费用和时间。为了处理不同的NC程序，在这遍论文中提到的了NC智能程序处理器（NCPP）。1. 介绍在现代工作母机的 CNC 系统，解释的 NCprogram 非常重要, 哪一个是从凸轮系统被产生的掌管机制意图的正确的解决。NCPP 的主要功能将解码输入进入运动指令和可设计的逻辑控制器 (PLC) 命令, 而且分开地将他们送到运动控制处理器 (MCP) 和 CNC 的 PLC 为了要控制刀具的运动，而且帮助者以机器制造逻辑。 大多数的 CNC 系统能处理只有的特定NC程序编译, 当NC程序编译的不同总是使工作母机使用者纠缠的时候,尤其为正在从相同的提供者用不同的 CNC 除了拥有一些工作母机的人。 2. 数据控制处理器的接口NCPP 是 CNC 的一个组件,需要在不同的组件之间的合作; 因此它是相当必需澄清接口在出发之前设计。 NCPP 的目的将将输入收据控制计画翻译成机器指导, 像是运动指令, PLC 指令或简单的叁数设定和错误信息。 NIST 呼叫这些输出当做标准的机制动作。标准的机制功能与思想的二个目的一起设计:_ 所有的通常 3个 功能性- 对 5 轴的机制中心必须被功能复盖; 对于任何的功能机制中心能运行, 在那里必须是一个方法告诉它做那些功能。_ 解释 RS274-可并立的收据控制计画进入标准的机制功能呼叫一定是可能的。3. 被提到的 NCPP 的概念上模型与传统的设计相较，这一 NCPP 的主要特征用 NCSD 的分离是结构而且处理引擎。在这一 NCPP 里面，不同的收据控制计画可能根据不同的 NCSD 被解释而处理引擎保存相同。 举例来说，推想输入收据控制计画跟随 Fanuc 规格，引擎将会提及 Fanuc NCSD 做解释。下次，如果一个收据控制计画在三菱规格之后有，相同的引擎将会提及三菱 NCSD 解释它。 对于这二个情形，它能被见到每次唯一的不同 NCSD 被选择而处理引擎不改变。 如此的解决提供戏剧性的柔性和安定给 NCPP 发展,处理要维护的引擎需要的只有一组软件密码。 即使有输入收据控制计画跟随在现有的 NCSDs 中不是可得的一件收据控制规格，新的 NCSD 能被产生而且容易地没有再编译处理引擎的原始码增加。4. 被提到的 NCPP 的设计如果看进 NCPP ，基于被提到的 NCPP 的概念上模型，从一个编辑者的观点,主要部分是那解释 (处理) 以前被提到的引擎，引擎能被区分为四个步骤为了要检查而且解码一个被输入的收据控制计画。这些四个步骤是:_ 字典的分析,在一个收据控制计画里面检查以个性為主的错误。_ 语法分析, 确定收据控制计画的每个范围里面的逻辑关系是正确的。_ 与语意有关的分析,检查收据控制计画的在区段之间逻辑正确性。_ 最佳化和密码世代,解码区段，而且产生标准的机制功能。4.1. 字典的分析字典分析的主要功能性将合并个性的序列从那输入收据控制计画字的 intosequence,是一个高阶层的表现单位,同时,在这一个步骤，全部留空白，而且计画里面的意见将会划除。 在字典的分析之后, 一张符号桌子用相同的数据除了更有系统的与最初的以个性為主的计画相较将会被建造。 在分析期间, 所有的以个性為主的错误将会被检查，举例来说，是否无法接受的住址信已经被用。 在这纸中，一本字典已经被在这个的步骤设计储存所有的有效住址信。4.2. 语法和与语意有关的分析如果一个区段里面的字的序列依照文章构成法正确，语法分析将决定，它也被呼叫内部-区段检查。 它包括范围字的数据部分和叁数格式检查的检查。与语意有关的分析检查主要的在区段之间的错误, 意谓确定是否在一些范围的收据控制计画之中的合乎逻辑的关系是正确的, 举例来说，相同的小组 G/M 字不能够在一个区段中出现超过一次;区段/字序列应该受制于 G/M 字实行次序桌子，在任何的锐利运动开始之前，纱锭应该被打开, 等等为了要为语法和 semanticanalysis 设计 NCSD ，收据控制区段的情形的三个类型应该被分析:情形 1: 在收据控制的每个字中吸取数据表达计画。 举例来说, X1+2_3-4/5, Zsin30,#12.0 F#1 应该确地当做 X6.2 、 Z0.5, F2.0 被解码.情形 2: 在每个区段里面检查语法字的关系。 举例来说, 在区段里面 G17 G02 X10 Y20 我 -10F15 S100 M03, Z轴价值自从不后应该出现在_ 期限用引证符号当首领之时而且结束是终点的符号。_ 解释表达将应用一条或更多条语法规则。收据控制语言能当做简单计算机规画语言的一个类型被考虑; 因此使用 EBNF 表现收据控制计画语法相当合理。 基于那, NCSD 的结构可能是有系统地定义。4.3.1. 语法表现使用 EBNF基于这些 EBNF 表现, 在第 4.2 节被提到的情形 1 可能是容易地解决。 无花果树表示一个该如何解释字 X1+2_3-4/5 的例子 使用这些 EBNF 表现, 如这一个身材所示, 二堆叠 (第一在最后在外收据控制语言的基本 EBNF 表现机制) 被用: 价值堆叠和操作员堆叠。 操作员堆叠受制于一条规则: 当实行用最高的优先总是首先发生的时候，每个项目的优先总是在一个减退次序中。 下列各项是解释的被命令的操作目录:(1) 首先应用定义的 EBNF 规则,读符号 而且推动它进入操作员堆叠。(2) 应用 EBNF 规则 2,1,7,9 依次，读价值 1 和符号 +, 然后推动他们进入价值堆叠和操作员堆叠, 分别地。(3) 继续应用规则 1,7,9 两次,读 2/3 和 */_ 分开地, 而且推动他们进入对应的堆叠。(4)自从操作员在操作员的顶端上的 * 以后堆叠超过它的早先一 + 有比较高的优先和比现在的 _ 高, 现在的价值 3 用来用从价值堆叠被出现的 2 运行乘法。 结果进入价值堆叠之内被推向后面, 当现在的操作员 _的时候是推入了操作员堆叠。(5) 继续相当相似的操作如上述的直到堆叠是空的操作员和最后价值提到 6.2 从价值堆叠被出现。(6) 最后价值 6.2 是最后的结果。 因此, X1+2_3-4/5 当做 X6.2 被解释.因为情形 2 和 3 ，图 9 给予一般收据控制区段的 EBNF 表现当以小组样子的图 10 表演部份语法 EBNF 每 G/M/F/S/T 字的表现的时候。让了我们使用一个收据控制阻塞以前被在区段显示的例子4.2 解释如何这些 EBNF 规则是在应用。 对于每个范围的下列例子:N0010 G91 G40N0020 S100 M03N0030 G01 G53 X20 F15EBNF 规定 B 。1 在图 9 将会第一被应用, 然后详细的字 EBNF 在图 10 规定将会被应用。 现在为第一个区段, 假定假设值型的是 G01,B 的规则 1, 2 和 6。1 将会拿有效的, 然后在 B.1 的规则 6,规则 B 中。3 更进一步被应用而且一个正确的检查结果将会被退还。 相似的程序将会是完蛋了那第二个区段。 然后为第三个区段, 当做规则 B。3 被应用, 规则 B 中的 4。2 意志也被应用, 哪一个是.(G53_ Exprg 53+ABS_Mode+ G40_ Expr+g 00|g 01) 在这一条规则中, ABS_Mode(g 90) 被需要 g 53 是何时EBNF G/M 字的表现。 然而,以 g 01 给，第三个区段不使这一条规则满意因为 INC_Mode(g 91) 是有效的(这被屈服第一个区段); 因此一个语法错误被发现。4.3.2. 语法字典落实使用工具指令语言收据控制计画的上述以 EBNF 为基础语法使用工具指令语言 (TCL), 以解释的实行样子工作而非编译方法的手写体语言的一个类型被规划。 同样地所有的收据控制计画语法被表现使用 TCL 当做 TCL 程序, 它将会被装载在被提到的的 NCPP 中工作当做 NCSD 的语法字典。4.4. 处理引擎设计4.4.1. 处理引擎的概念上模型。 一个事件产生器和植入的 TCL 翻译员被牵涉根据 NCSD 的被装载的语法字典处理每输入收据控制区段。事件产生器藉由依照优先在收据控制区段里面吸取字引起 TCL 翻译员。对于每个字的语法，在语法字典中被定义的一个对应的 TCL 程序将会被 TCL 翻译员呼叫。 语法和与语意有关的分析将会在这一个程序期间被做; 标准的机制功能将会也被产生。 每当一件新的收据控制规格有，这一个身材的字典产生器用来产生来自收据控制计画语法的语法字典 EBNF 表现。4.4.2. 处理流程无花果树使用一个收据控制区段例子表示被提到的 NCPP 的完全的处理流程:(1) 环境的设定初值, 包括设定 NCPP(像是工具数据、工具抵销, 协调起源及其他) 的叁数初值, 载入 NCSD 而且开始植入的 TCL 翻译员(2) 假如一个区段 N10 G94 G01 G90 X2 Y4 F5 M03准备好处理。(3) 根据优先规则为字用最高的这一个区段里面的优先处理引擎搜寻的 NCPP 提到的。 在这情况首先是字 G01 ，而且秒是 M03 。 如身材所示, 优先规定当他们明确地在相同的区段中出现的時候，桌子给字的优先的定义。 基本上, 小组 1 G 字有被跟随小组 0 而且其他的小组的最高的优先。 举例来说, 如果 G01(小组 1) 和G92(小组 0) 两者的屈服一个区段, G01 应该首先被小心。 在相同的感觉， G 字在 F 之前, M 和 T 字。 除此之外, 型的数据有那相同的效果,意谓 G 来自较高的优先小组的型的字奏效 , 当没有 G 字明确地在区段中出现之时。5. 原型系统的执行到现在为止，一个被提到的 NCPP 的原型系统已经被使用 C 和 TCL 实现。 这一个原型被发展基于现有的 RS274 NGC 在 2000 年被来自 NIST 的汤姆斯 Kramer 写的翻译员. 现在的版本了解在这纸中被计划的几乎所有功能性而 NCSD 的字典产生器仍然在发展之下。 藉由以标准的 RS274 和 Fanuc 规格收据控制计画作为输入, 那被发展的原型系统的结果表示成功的设计被获得了。 在被一个收据控制计画例子用被计划 NCPP 的语法错误处理之后，二语法错误两者都与错误信息一起发现出,当做在斜体字和大胆的字型中的无花果树中被显示的那些。 给定收据控制计画的对应标准机制功能也被产生。 6. 结论聪明的 NCPP 为工作母机的 CNC 系统被计划。 它已经分开 NCSD 而且处理引擎。 NCSD 根据不同的收据控制计画格式改变而引擎被修理。 基于这新者结构, 调整 CNC 系统适应各种不同的收据控制计画格式很容易被唯一的在 NCPP 更新对应的 NCSD。 在这纸中， NCSD 已经当做 TCL 程序被藉由使用 EBNF 而且实现设计。 感谢作家想要表达来自 Mori 的他们对有雅量的支持诚恳的赏识 Seiki 使这研究可能的公司。 我们也将我们的谢谢归功于来自工作为这一个研究计画放置了一个棒的基础的 NIST 的汤姆斯 Kramer 博士的工作。参考文献1 Vickors GW, Ly MH, Oetter RG. Numerically controlled machinetools. Chichester, UK: Ellis Horwood; 1990.2 Peter S. CNC programming handbook. Industrial Press; 2000.3 Karen AL. Fundamentals of compilersan introduction to computerlanguage translation. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1992.4 Thomas RK. The NIST RS274/NGC Interpreterversion 3, ISD ofNIST; 2000.5 Frederick MP. Canonical machining functions, ISD of NIST; 19976 Ronald M. Writing compilers and interpretersan applied approach;1991.7 ISO/IEC 14977:1996(E) The standard of extended BNF,1997.8 John KO. TCL and the TK Toolkit. Reading, MA: Addison-Wesley;1994.横断面表面设计中CNC 机床插补的应用Sotiris L. Omiroua,_, Andreas C. Nearchou摘要在这里提到的是通过典型设计技术而确立的磨特殊表面的加工方法。这个提到的表面贝塞尔曲线 (轨道曲线) 滑一个贝塞尔曲线曲线 (描绘曲线) 被形成.曲线是在垂直的飞机中位于。 方法雇用被装备适当的球-结束的裁剪者的一个三轴的 CNC 铣床而且是基于追踪场所的观念。 1. 介绍在汽车、航空宇宙和器械业中，多种功能或甚至美学自由形态的表面被达成产品的被需要的表现工程师和设计者预订。 如此复杂几何学的机制在计算机中是一个基本的问题-援助自从可得的收据控制机器之后制造被强迫, 藉着他们的软件,对线性和圆形的运动 . 在这纸中，我们处理与这设计技术一起获得的一系列表面。 更特别，我们使用贝塞尔曲线曲线定义描绘和轨道的形状。 贝塞尔曲线曲线当做自由形态的曲线是一有力的设计工具。 他们需要只有一些点定义很多的形状, 因此在 CAD 系统的他们的宽使用。 产生考虑过的表面的原则在图 1 被显示。 曲线位于垂直的飞机。 在一个平的等高线的轨道曲线上的描绘曲线谎言的上端。 被上述技术获得的图 2 表演一个样品表面。 这纸,跟随研究工程师的现在意图利用现代 CNC 系统的硬件能力, 为机制计画一个即时的表面内插器指定的表面在 图 1. 表面藉由向前滑描绘曲线被产生那轨道弯。图 2. 被代表性设计获得的样品表面垂直的三轴 CNC 铣床。 每当由于费用的考量能实行又三轴的磨程序时常是优先的，然而我们记住。 对于考虑过的表面，难接近议题在描绘曲线的形式之上直接依赖。 因此藉由控制 theaccuracy 的形式是这制造业的 method.Finally 的主要利益, 准确性藉由应用沿着贝塞尔曲线的抵销驾驶工具的追踪场所的观念被获得。 观念在运动世代中通常可适用。 在这纸中，它的申请被在运动世代的上下文沿着贝塞尔曲线的抵销举例。 被习惯的模型抵销的方案,除了准确性以外的一个另外的利益, 相较的是事实我们避免使用精确的分析表达的复杂或一分段地-为抵销的分析近似值。 2. 代表性的设计用贝塞尔曲线弯普遍见到的多数和有用的表面是代表性设计的表面。 举例来说，一个革命的表面在这技术之下被生产。 表面被产生被回转的关于一个轴的一个给定的曲线。 当轴是革命的轴的时候，给定的曲线是一个描绘曲线。 这纸处理对革命的表面的延长的一个更多的复杂类型的表面。 我们仍然需要一描绘有关革命的轴替换的曲线轮廓，但是旋转被一个轨道曲线控制。 现在, 被轨道曲线指导的关于革命的轴的描绘曲线摇摆。 曲线、描绘和轨道, 是贝塞尔曲线在垂直的飞机中位于的曲线。 一个程度 n 的贝塞尔曲线曲线是被按 t 1T 点定义贝塞尔曲线控制多角形被定义的一个多名的窜改曲线。 窜改基础被用于贝塞尔曲线窜改的功能是伯恩斯坦程度 n 定义的多项式当做哪里二项的系数有被 叁数 t 在范围 0,1 中，而且有从 0 为每 i 被定义到 n 的 n t 1 多项式。 贝塞尔曲线 曲线因此被定义在间隔 0,1 之上当做 在 bi 是控制点定义贝塞尔曲线多角形的地方。 一个回归的运算法则根据 de-Casteljau 3,5,12 定义,为给定的控制多角形计算为 t 的任何价值在贝塞尔曲线曲线上, 而且能用来只是评估并且拉贝塞尔曲线曲线的点, 不使用伯恩斯坦多项式。 运算法则藉由在每个步骤一个程度的多角形中创造前进一较少的超过那一在早先的步骤产生直到剩下只有一点, 哪一个在曲线上是重点。 给每个步骤的多角形顶点被来自早先的步骤的多角形的二个连续顶点的线窜改定义藉由 t(叁数) 的价值: 基于 de-Casteljau 的运算法则的一个交谈式图画工具, 有能力的设计而且操纵贝塞尔曲线曲线支援在这纸中被计划的方法。 因为设计程序是时常反复的，设计者首先让计算机拉被一个给定多角形定义的贝塞尔曲线曲线。 下一个, 检查是否形状是可接受的 (或者最佳的) 基于各种不同的标准,如果必需的, 调整多角形顶点的位置和数字。 编辑,增加, 移动而且划除这个图画工具的操作,在无花果树呈现。 3(一)-(d)，分别地，用来为描绘达成被需要的形式弯。一经描绘的表格和轨道曲线决定性地被接受，他们的控制观点的坐标被前进到被 CNC 表面输入的内插器, 构成几何学数据的一部份必需的。3. 抵销追踪为贝塞尔曲线曲线考虑过表面的一个正确机制沿着轨道和描绘曲线需要正确的抵销裁剪者路径。 自从他们两个都之后根据贝塞尔曲线被实现弯我们的兴趣沿着贝塞尔曲线的抵销把重心集中在运动世代。 正确运动的世代沿着贝塞尔曲线的抵销被当做一 追踪场所的问题。 窜改运算法则的形成示范机制的这个实际情形的多种变化和追踪场所观念的效力。 运算法则指导工具-中央的经过二个的重复申请分析地实现工程行动, 沿着整个的路径维持精确的连络。 在每个重复中, 候选人步骤的组是 根据矢量表达表现 假定一单位长度对步骤大小等于。 每点的可能步骤的数字是 8(图 4) 。 最后一个不平等为两者的 dX ， dY,不构成一个步骤排除零价值的组合。 最佳的步骤是一, 沿着当地的接触 Ti 取进步 TidP(图 5) 最大值当,的时候同时，它使对抵销的一个接近的标准满意。 接近标准的落实需要，在 Pi 的邻近地区中，提供对接近的衡量给抵销的接近功能的使用。一个适当的接近功能起源于固定人 抵销的距离特性 在 d 是刀具的半径的地方。为躺在抵销 p 0 上的 P 注意那, 当 p的时候增加完全地当做来自抵销的 P 的距离增加。 自从步骤的选择之后被限制于那些根据情绪商数规定。 (4), 固定的距离特性不能够是以硬的样子应用。 然而， p 被当作接近尺寸使用, 从哪一个一差别的 能被发展,给每位候选人步骤对位置错误的效果。 为了要使接近需求满意， dP 一定向抵销场所指出。 以代数的角度, 它一定驾驶 p 的价值向 0. 明确地，它应该给 Dpo0 如果 p 40 和 Dp40 如果 po 0 或 pDpo 0.因此，如果 Ti 是当地的接触矢量，步骤选择当做一个强迫的最佳化问题被制定:取 Ti dP 最大值 哪里告示 o 4 代表 X 当 po 0 和为 o 0 当 pX 0. 一个比较明白的形成能藉由介绍情绪商数被获得。 (4) 而且 (5 b) 和当地接触的矢量的表达。对于参数的表现 x uetT, y vetT,Tiu 0,v 0 要解决的问题是取 u 0 dX t v 0 dY 最大值服从的到这是一个完整的事物规画问题在哪一个变数 dX, dY 采取来自组的价值 _1,0,1 用附加的限制哪一至少一一定是非零。 一经最佳的步骤 dP 被决定从 (6), 常态情况藉由丢常态被运行从对贝塞尔曲线曲线的新点深坑 1 Pi t dP, 位于下点 pi+1. 这点藉由解决常态情况被计算 因为牛顿的方法的 p, 使用 pi 开始重复。 对于参数的表现, 常态情况 被解决让 t ti+1 决定新的点pi+1u(ti+1),v(ti+1). 新的 t 当做情绪商数的根被获得。 (7 b), 使用牛顿的反复公式,在这情况采取形式 常态为条件 (情绪商数。 (7 b) 和未知者 dX 的系数有关联, 分别的步骤选择问题的 dY(情绪商数。 (6 b) 而且可能当做一个限制被解释在这些系数的告示上。 情绪商数。 (7 b) 暗示那系数 u 0,(Xi_ui), v 0,(Yi_vi) 在问题 (6 b) 不能够全部是有相同的告示。 此外，如果 dX(第一个二) 的系数是有相同的告示， dY 的系数一定有相反的告示和反之亦然。 它已经在裁判员被显示。 13 哪一在持有这结构的双变量的完整事物规画问题，最佳的解决能被作成表和可能如此是根据系数的一次简单检验获得。 被提议即时的贝塞尔曲线的抵销内插器的一个流程图在图 6 被显示。在 INTIALIZATION 和更新步骤， de-Casteljau 的运算法则两者都提供计算的快的解决，在贝塞尔曲线上的点 bi 弯 (情绪商数。 (3) 而且同时的第一个和秒引出之物。 第一个和秒引出之物能根据中间的点 bi+1 、 bi+2 和点 bi 被表达, 所有的产生被 de-Casteljau 运算法则: 在 n 是曲线的程度的地方。Feedrate 控制Feedrate f 能藉由管理与每个步骤一起联合的时间延迟被控制。 因为连续的裁剪者连络点完全地被计算, 必需的时间延迟为步骤是的 ith 4. 工具路径计划一条方便的工具中心路径,符合至机制程序的一途径, 沿着轨道曲线的整个长度沿着被弥补的提议跟随的描绘的抵销有规定的长度的一系列小弧，直到描绘曲线的结束被达成 (图 7) 。为运动世代基于即时的方法沿着贝塞尔曲线的抵销 (第 3 节), 窜改计画为这一个运动产生必需的步骤,当做数据使用输入下列各项:_ 贝塞尔曲线的控制的坐标在 XZ-飞机指出 definingthe 描绘曲线,_ 贝塞尔曲线的控制的坐标在 XY-飞机指出 definingthe 轨道曲线,_ 工具-半径,_ 步骤大小,_ 在扇贝 (t) 之间的距离,_ 同盟者。扇贝 (t) 之間的被规划的距离用来决定何时该沿着轨道曲线沿着对运动世代的描绘曲线从运动世代转变。 它一定被注意控制轨道曲线指出只有在最上面的飞机定义那一个曲线。在这一个水平，工具沿着轨道曲线以弥补的距离运行第一个抵销运动被规划的工具-半径。然而，当做工具沿着描绘曲线前进, 工具的任何运动沿着 X轴，不可避免引诱在轨道的形式方面的改变在现在的平区段中弯。 它是显然的在下列的区段的这些轨道除了被弥补开始轨道曲线的曲线在不同的 Z 级的 (图 8).5. 测验结果为机制表面的一个代表性的例子代表性的设计在无花果树被举例。 无花果树。 6而且 7场表演挑选的表格为描绘和一个轨道曲线, 分别地。 两者的曲线被定义当做 图6 描绘曲线定义与八控制点 图 7. 轨道曲线定义与 16 控制点。 图 8. 为一个代表性设计的表面产生了工具路径贝塞尔曲线弯。 被用于部份计画的指令区段在下面被显示:G62 P01 0; 0; 16; 11:5; 11; 21; 33; 33P02 0;_39:5;_22:5;_21;_45,_41;_31;_47P03 0;_3;_98;_110;_159;_196,_247;_298;_298;_247;_196,_159;_110;_98;_3; 0P04 0; 102; 102;_86;_86; 134; 52,122;_122;_52;_134; 86; 86;_102,_102; 0P05 4 P06 5 P07 100.规画叁数在毫米中和 BLU 是将相等的设定为 0.5 毫米。6. 总结评论给机制被代表性设计的技术获得的一特别组的表面一个制造业的方法被呈现。 这些表面 (描绘和轨道) 的母点曲线根据贝塞尔曲线曲线被实现，一个有力的设计工具广泛地在 computeraided 设计 (CAD) 制度用。 模拟结果已经在产生自动的错误控制的贝塞尔曲线的抵销和它的能力方面显示追踪场所观念的效力。参考文献1 Koren Y. Computer control of manufacturing systems. New York:McGraw-Hill; 1983.2 Bezier P. Numerical control: mathematics and applications. NewYork: Wiley; 1972.3 Casteljau P de F. Shape mathematics and CAD. London: KoganPage; 1986.4 Choi BK. Surface modelling for CAD/CAM. Amsterdam: ElsevierScience; 1991.5 Farin G. Curves and surfaces for computer aided geometric design,4th ed. Boston: Academic Press; 1997.6 Papaioannou S, Omirou S. Motion generation as a locus tracingproblem. Proceedings of the Patras/Greece third internationalsymposium on advanced electromechanical motion systems, vol. II.1999. p. 10139.7 Omirou S. A CNC interpolation algorithm for boundary machining.Robot Comput Integr Manuf 2004;20(3):25564.An intelligent NC program processor for CNC system of machine toolYadong Liua,_, Xingui Guoa, Wei Lia, Kazuo Yamazakia,Keizo Kashiharab, Makoto FujishimabAbstract NC program interpreting is one of the most important tasks of CNC in machine tool system. The existing CNC systems only supportvendor-specific NC program input, which restrict the applying of other similar functional NC programs with different program format.Especially for those users owning several machine tools with different CNC from the same provider, the diversity of NC programsdramatically increases their cost and time on operator training and machine tool maintenance. In order to deal with the variety of NCprogram, an intelligent NC program processor (NCPP) is proposed in this paper. 1. IntroductionIn the CNC system of modern machine tool, NCprogram interpreting is very important, which is in charge of the accurate resolving of machining intention generated from CAM system. The major function of NCPP is to decode the input into motion command and programmable logiccontroller (PLC) command, and send them to the motion control processor (MCP) and PLC of CNC separately in order to control the movement of the cutting tool and auxiliary machine logic. Most CNC systems can handleonly one specific NC program format, while the diversity of NC programs always entangles the machine tool users,especially for those owning several machine tools with different CNC but from the same provider. 2. Interface of NC program processorNCPP is one module of the CNC, which requires cooperation between different modules; therefore its quite necessary to clarify the interface before starting design. The purpose of NCPP is to translate the input NC program into machine instruction, such asmotion command, PLC command or simple parameter settings and error messages. NIST calls these outputs as Canonical Machining Functions.The canonical machining functions were devised with two objectives in mind:_ All the functionality of common 3- to 5-axis machining centers had to be covered by the functions; for any function a machining center can perform, there has to be a way to tell it to do that function._ It must be possible to interpret RS274-compatible NC program into canonical machining function calls.3. Conceptual model of proposed NCPPCompared to the traditional design, the major feature of this NCPP is the structure with separation of NCSD and processing engine.Within this NCPP, different NC program could be interpreted in terms of different NCSD, while the processing engine keeps the same. For example, suppose the inputNC program follows Fanuc specification, the engine will refer to the Fanuc NCSD to do interpretation. Next time, if a NC program following Mitsubishi specification is given, the same engine will refer to the Mitsubishi NCSD to interpret it. For the two cases, it can be seen that each time only different NCSD is chosen, while the processing engine does not change. Such a solution provides dramatic flexibility and stability for the NCPP development, only one set of software code of the processing engine needs to be maintained. Even if there is an input NC program following a NC specification which is not available in the existing NCSDs, a new NCSD can be generated and added easily without recompiling the source code of the processing engine.4. Design of proposed NCPPBased on the conceptual model of the proposed NCPP If looking inside the NCPP, the key portion is the interpreting (processing) engine mentioned before, from a compilers point of view, the engine can be divided into four steps in order to check and decode an input NC program.These four steps are:_ Lexical analysis, which checks the character-based error within a NC program._ Syntax analysis, which makes sure the logic relation within each block of NC program is correct._ Semantic analysis, which checks the inter-block logic correctness of a NC program._ Optimization and code generation, which decode block and generate the canonical machining functions.4.1. Lexical analysisThe major functionality of lexical analysis is to merge a sequence of characters from the input NC program intosequence of words, which is a high-level representation unit,Meanwhile, in this step, all blank and comments within the program will be deleted. After lexical analysis, a symbol table with the same information but more systematic compared to the original character-based program will be built. During analysis, allcharacter-based error will be checked, for example whether the unacceptable address letters has been used or not. In this paper, one dictionary has been designed in this step to store all the valid address letters.4.2. Syntax and semantic analysisSyntax analysis is to determine if a sequence of words within a block is syntactically correct, it is also called intra-block check. It includes the range checking of the data portion of a word and the parameters format checking.Semantic analysis checks the major inter-block error,which means to make sure whether the logical relationship among several blocks of NC program is correct or not, for example, the same group G/M word cannot appear more than once in a block; block/word sequence should be subject to the G/M word execution order table, spindle should be turned on before any cutting motion starts, etc.In order to design NCSD for syntax and semanticanalysis, three kinds of cases of NC blocks should be analyzed:Case 1: Extract data expression in each word of NCprogram. For example, X 1+2_34/5, Zsin30,#1 2.0 F #1 should be correctly decoded as X6.2, Z0.5, F2.0.Case 2: Check syntax relation of words within each block. For example, within block G17 G02 X10 Y20 I-10F15 S100 M03, Z-axis value should not appear since in_ Terms with quote symbol as header and ender are terminal symbol._ Interpreting an expression is to apply one or more of the syntax rules.NC language can be considered as one type of simple computer programming language; therefore its quite reasonable to use EBNF to represent the NC program syntax. Based on that, the structure of NCSD can be systematically defined.4.3.1. Syntax representation using EBNFBased on these EBNF representations, case 1 mentioned in Section 4.2 can be easily solved. The fig shows an example of how to interpret word X1+2_34/5 using these EBNF representations, as shown in this figure, two stacks (first in last outFundamental EBNF representation of NC languagemechanism) are used: value stack and operator stack. The operator stack is subject to a rule: the priority of each item is always in a decreasing order while the execution with highest priority always happens first. Following is the ordered operation list of interpreting:(1) Apply first EBNF rule defined, read the symbol and push it into the operator stack.(2) Apply EBNF rule 2,1,7,9 in turn, read value 1 and symbol +, and then push them into value stack and operator stack, respectively.(3) Continue to apply rule 1,7,9 twice, read 2/3 and */_ separately, and push them into corresponding stacks.(4) Since operator * on the top of the operator stack has higher priority than its previous one + and higher than the current one _, current value 3 is used to execute multiplication with 2 popped up from the value stack. The result is pushed back into the value stack, while current operator _ is pushed into the operator stack.(5) Continue the quite similar operation as above mentioned until the operator stack is empty and the last value 6.2 is popped up from the value stack.(6) The last value 6.2 is the final result. Therefore, X 1+2_34/5 is interpreted as X6.2.For case 2 and 3, Fig. 9 gives the EBNF representation of a general NC block while Fig. 10 shows partial syntax EBNF representation of each G/M/F/S/T word in a group manner.Let us use a NC blocks example shown before in Section4.2 to explain how these EBNF rules are being applied. For each block of the following example:N0010 G91 G40N0020 S100 M03N0030 G01 G53 X20 F15EBNF rules B.1 in Fig. 9 will be firstly applied, and then the detailed word EBNF rules in Fig. 10 will be applied. Now for the first block, assuming the default modal is G01, the rule 1, 2 and 6 of B.1 will take effective, then in rule 6 of B.1, rule B.3 is applied further and a correct check result will be returned. The similar procedure will be done for thesecond block. Then for the third block, as rule B.3 is applied, rule 4 of B.2 will be applied too, which is (G53_Expr g53+ABS_Mode+G40_Expr+g00|g01). In this rule, ABS_Mode (g90) is required when g53 isEBNF representation of G/M word. given with g01, however, the third block does not satisfy this rule because INC_Mode (g91) is effective(this is given in the first block); therefore a syntax error is found.4.3.2. Syntax dictionary implementation using tool command languageThe above-mentioned EBNF-based syntax of NC program is programmed using tool command language (TCL), one kind of script language which works in an interpretive execution manner instead of compiling way. As all the NC program syntax is represented using TCL as TCL procedures, it will be loaded to work as the syntax dictionary of NCSD in the proposed NCPP.4.4. Processing engine design4.4.1. Conceptual model of processing engine. An event generator and an embedded TCL interpreter are involved to handle each input NC block in terms of the loaded syntax dictionary of NCSD.The event generator triggers the TCL interpreter by extracting words within a NC block according to priority.For each words syntax, a corresponding TCL procedure defined in syntax dictionary will be called by the TCL interpreter. The Syntax and semantic analysis will be done during this process; canonical machining functions will be generated too. The dictionary generator in this figure is used to generate the syntax dictionary from NC program syntax EBNF representation whenever a new NC specification is given.4.4.2. Processing flowThe fig shows the complete processing flow of proposed NCPP using one NC block example:(1) Initialization of the environment, which involves initializing parameters of NCPP (such as tool information, tool offset, coordination origin etc), loading the NCSD and starting the embedded TCL interpreter(2) Suppose one block N10 G94 G01 G90 X2 Y4 F5 M03 is ready to process.(3) NCPP processing engine search for the WORD with highest priority within this block in terms of the priority rules table. In this case first is word G01 and second is M03. As shown in the figure, priority rulestable gives the definition of priority of words as they explicitly appear in the same block. Basically, group 1 of G word has the highest priority, followed by group 0 and other groups. For example, if G01 (group 1) andG92 (group 0) both given in a block, G01 should be taken care first. In the same sense, G words precede F, M and T words. In addition, modal information has the same effect, which means that the G modal word from higher priority group takes effect, as there is no G word explicitly appearing in the block.5. Prototype system implementationSo far, a prototype system of proposed NCPP has been implemented using C and TCL. This prototype was developed based on an existing RS274NGC interpreter written by Thomas Kramer from NIST in 2000. The current version realized almost all the functionality proposed in this paper, while the dictionary generator of NCSD is still under developing. By using the standard RS274 and Fanuc specification NC program as input, theresult of the developed prototype system shows that a successful design was obtained. After being processed by A NC program example with syntax errors proposed NCPP, two syntax errors are both detected out with error messages, as those shown in the fig in italic and bold fonts. The corresponding canonical machining functions of the given NC program are generated too.6. ConclusionAn intelligent NCPP is proposed for the CNC system of machine tool. It has separated NCSD and processing engine. NCSD varies in terms of different NC program format, while the engine is fixed. Based on this newstructure, it is easy to adjust the CNC system to adapt to various NC program format by only updating the corresponding NCSD in NCPP. In this paper, the NCSD has been designed by using EBNF and implemented as TCL procedures. AcknowledgementsThe authors wish to express their sincere appreciation for the generous support from Mori Seiki Corporation which makes this research possible. We also owe our thanks to the work of Dr. Thomas Kramer from NIST, whose work laid a great foundation for this research project.Further reading1 Vickors GW, Ly MH, Oetter RG. Numerically controlled machinetools. Chichester, UK: Ellis Horwood; 1990.2 Peter S. CNC programming handbook. Industrial Press; 2000.3 Karen AL. Fundamentals of compilersan introduction to computerlanguage translation. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall; 1992.4 Thomas RK. The NIST RS274/NGC Interpreterversion 3, ISD ofNIST; 2000.5 Frederick MP. Canonical machining functions, ISD of NIST; 19976 Ronald M. Writing compilers and interpretersan applied approach;1991.7 ISO/IEC 14977:1996(E) The standard of extended BNF,1997.8 John KO. TCL and the TK Toolkit. Reading, MA: Addison-Wesley;1994.A CNC machine tool interpolator for surfaces of cross-sectional designSotiris L. Omiroua,_, Andreas C. NearchouAbstractA machining strategy for milling a particular set of surfaces, obtained by the technique of cross-sectional design is proposed. Thesurfaces considered are formed by sliding a Bezier curve (profile curve) along another Bezier curve (trajectory curve). The curves arelocated in perpendicular planes. The method employs a three-axis CNC milling machine equipped with suitable ball-end cutter and isbased on the locus-tracing concept. 1. IntroductionIn the automobile, aerospace and appliances industry, a variety of functional or even aesthetic free-form surfaces are engaged by engineers and designers to achieve the desired performance of a product. The machining of such complex geometries is a basic problem in computer-aidedmanufacturing since the available NC machines are constrained, by their software, to linear and circular motions. In this paper we deal with a set of surfaces obtained with this design technique. More particularly we use Bezier curves to define the shapes of both the profile and the trajectory. Bezier curves as free-form curves are a powerful designing tool. They need only a few points to define a large number of shapes, hence their wide use in CAD systems. The principle for generating the considered surfaces is shown in Fig. 1. The curves are located in perpendicular planes. The upper end of the profile curve lies on the trajectory curve which is a plane contour. Fig. 2 shows a sample surface obtained by the above-mentioned technique. This paper, following the present intention of research engineers to take advantage of the hardware capabilities of modern CNC systems, proposes a real-time surface interpolator for machining the specified surfaces onFig. 1. Surface is generated by sliding the profile curve along thetrajectory curve.Fig. 2. Sample surface obtained by cross-sectional designvertical three-axis CNC milling machine. However we keep in mind that whenever feasible, three-axis milling procedures are often preferred due to considerations of cost. For the considered surfaces, inaccessibility issues are directly dependent upon the form of the profile curve. So by controlling the form of theaccuracy are the main advantages of this manufacturing method.Finally, accuracy is obtained by applying the locus-tracing concept for driving the tool along the Beziers offset. The concept is generally applicable in motion generation. In this paper, its application is illustrated in the context of motion generation along Beziers offset. Compared to the customary offset-modeling schemes, an additional advantage besides accuracy, is the fact that we avoid the complexity of using an exact analytic expression or a piecewise-analytic approximation for the offset. 2. Cross-sectional design with Bezier curvesMany commonly seen and useful surfaces are surfaces of cross-sectional design. For example a surface of revolution is produced under this technique. The surface is generated by revolving a given curve about an axis. The given curve is a profile curve while the axis is the axis of revolution. This paper deals with a more complex type of surface which is an extension to the surfaces of revolution. We still need aprofile curve that rotates about the axis of revolution, but the rotation is controlled by a trajectory curve. Now, the profile curve swings about the axis of revolution, guided by the trajectory curve. Both curves, profile and trajectory, are Bezier curves located in perpendicular planes. A Bezier curve of degree n is a polynomial interpolation curve defined by en t 1T points defining the Bezier control polygon. The interpolation basis functions used in Bezier interpolation are the Bernstein polynomials defined for degree n aswhere the binomial coefficients are given byThe parameter t is in the range 0,1 and there are n t 1 polynomials defined for each i from 0 to n. The Beziercurve is therefore defined over the interval 0,1 aswhere bi are the control points defining the Bezier polygon. A recursive algorithm defined by de-Casteljau 3,5,12, calculates for a given control polygon the point that lies on the Bezier curve for any value of t, and can be used to evaluate and draw the Bezier curve simply, without using the Bernstein polynomials. The algorithm advances by creating in each step a polygon of degree one less than the one created in the previous step until there is only one point left, which is the point on the curve. The polygon vertices for each step are defined by linear interpolation of two consecutive vertices of the polygon from the previous stepwith a value of t (the parameter):An interactive drawing tool based on the de-Casteljau algorithm, capable to design and manipulate Bezier curves supports the method proposed in this paper. Since the design process is very often iterative, the designer first lets the computer draw the Bezier curve defined by a given polygon. Next, checks whether the shape is acceptable (or optimal) based on various criteria, and, if necessary, adjusts the location and the number of the polygon vertices. The edit, add, move and delete operations of this drawing tool, presented in Figs. 3(a)(d), respectively, were used to achieve the desired form for a profile curve. Once the forms of the profile and the trajectory curve are definitively accepted, the coordinates of their control points are advanced to the input of the CNC surface interpolator, constituting part of the geometric information required.3. Offset tracing for a Bezier curveAn accurate machining of the considered surfaces requires accurate offset cutter paths along the trajectory and the profile curves. Since both of them are implemented in terms of Bezier curves our interest is focused on the motion generation along Beziers offset. The generation of an accurate motion along Beziers offset is treated as alocus-tracing problem. The formulation of the interpolation algorithm demonstrates the versatility and effectiveness of the locus-tracing concept in this practical case of machining. The algorithm guides the tool-center through repeated application of two analytically implementedconstruction operations, maintaining exact contact (within 1BLU1) along the entire path. In each iteration, the set of candidate steps is represented by the vector expressionassuming a unit of length equal to the step size. The number of possible steps in each point is 8 (Fig. 4). The last inequality excludes the combination of zero values for both dX, dY, which does not constitute a step. The optimal step is one, which maximizes the advance TidP (Fig. 5) along the local tangent Ti while, at the same time, it satisfies a criterion of proximity to the offset. Implementation of the proximity criterion requires the use of a proximity function which, in the neighborhood of Pi, provides a measure of closeness to the offset.A suitable proximity function is derived from the fixed distance property of the offset where d is the radius of the cutting tool.Notice that for P lying on the offset p 0, while pincreases absolutely as the distance of P from the offsetincreases. Since the choice of step is limited to thoseprescribed by Eq. (4), the fixed distance property cannot beapplied in a rigid manner. Rather, p is used as a proximity measure, from which a differentialcan be developed, giving the effect of each candidate step on the position error. To satisfy the proximity requirement, dP must point towards the offset locus. In algebraic terms, it must drive the value of p towards 0. Specifically, it should give Dpo0 if p40 and Dp40 if po0 or pDpo0.Thus, if Ti is the local tangent vector, step selection is formulated as a constrained optimization problem:maximize Ti dPwhere the sign o4 stands for X when po0 and for o0 when pX0. A more explicit formulation can be obtained by introducing Eqs. (4) and (5b)and an expression of the local tangent vector.For a parametric representation x uetT, y vetT,Ti u0,v0 the problem to be solved ismaximize u0 dX t v0 dYsubject to This is an integer programming problem in which the variables dX, dY take values from the set _1,0,1 with the added restriction that at least one must be non-zero. Once an optimal step dP is determined from (6), the normality condition is enforced by throwing a normal fromthe new point Pit1 Pi t dP to the Bezier curve, to locate the next point pi+1. This point is computed by solving the normality conditionfor p by Newtons method, using pi to start the iterations. For a parametric representation, the normality conditionis solved for t ti+1 to determine the new pointpi+1 u(ti+1), v(ti+1). The new t is obtained as the root of Eq.
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