资源目录
压缩包内文档预览：
编号：37745496
类型：共享资源
大小：1.06MB
格式：RAR
上传时间：2020-01-07
上传人：遗****
认证信息
个人认证
刘**（实名认证）
湖北
IP属地：湖北
30
积分
- 关 键 词：
-
左臂
壳体
钻孔
专用
机床
设计
江苏
- 资源描述：
-
左臂壳体钻孔专用机床设计（江苏）,左臂,壳体,钻孔,专用,机床,设计,江苏
- 内容简介：
-
组合机床的机器整合和控制设计D. M. Tilbury 和 S. Kota组合机械系统机械工程部和应用技巧工程研究中心密西根大学Ann Arbor, MI 48109-2125ftilbury,kotag摘要：在文中，我们针对组合机床及其相关控制系统给出了一个系统设计程序。 设计的出发点是一系列在给定的部位或者是部件上的操作，这些操作被分 解为一系列机器必须执行的功能，每个功能对应着一个机器控制组件， 一旦一个机器构成了一系列的组件，整个机床就被连接起来了。控制设计 由操作序列控制组件、操作者接口控制组件和转变模态的逻辑来完成。关于组合机床的机器整合和控制设计以下是详细的描述。I.介绍在今天的竞争市场中，制造系统必须要快速适应不同客户的需求并尽可能地减少产品的生命周期。传统的生产流水线只为高价值的产品设计，在一个固定的自动化模式下操作，因此不能很快适应产品设计方面的改变。而在另一方面，传统的以加工中心为基础的弹性制造系统提供了广义的弹性但是通常非常慢和昂贵而且不会因为特殊产品和系列产品优化。密西根大学打算发展理论以便为组合机床系统促成技术34。新的系统能组合生产任意的新的部件，而非为某个部件而建立的专有制造系统。在文中, 我们描述一部整合机器和控制设计系统如何实现组合的。为了要完全地提供工件加工过程中所需要的功能和能力，RMTs 被设计成一个给定的部件。给定一系列要运行的操作，RMTs 就可以藉由装配适当的机器组件来组合起来。每个运动部件在库中都有一个控制部件与它相联系。当机械组件被装配起来后，控制组件将会被连接起来，机器也就准备好运行了。广泛而耗时的专有控制系统将不再需要。在第II部分我们将会描述如何来通过一系列基础机械组件来设计该机床，这项研究部分被NSF-ERC 所支持并授予编号EEC95-92125。用一种定义明确的方式衔接。第III部分描述了该控制是如何同样通过一个控制组件库被装配。在第IV部分我们将对该模组工程在设计和控制方面进行多层次的组合。文章第v部分将以对将来工作的展望来结尾。II.机械设计在制造系统配置的持续的工作在密西根大学论及开始的问题从零件(或部件) 描述和提取机器操作必须制造零件（部件）。操作根据公差被聚集，次序实行，而且需要系统周期，根据每个“群”都能够在机床上独立制造的意图，在这里我们对图1上所示的V6和V8的圆筒头进行一系列的钻孔操作。被输入到组合机床内的设计程序是程序设计者为进行这一操作而生成的位置数据。图2显示了包含定位和钻孔信息在内的样品数据。RMT设计程序包含了三个主要的设计阶段：任务阐明、组件选择和评估。在一段简短的文字回顾后，这三个阶段将会在本部分概略说明。A 相关研究虽然组合在机械制造系统中只是一个相对新的概念，然而出版了的文章中却很少有关于组合机床设计的。但是，模组机床已经上市多年，也有一些关于机械手、模组机械的文章，多少和组合机床的设计有一些关系。例如，Shinno 和 Ito17181920 计划建立一个结构组合机床的理论，他们将机床分解成简单的几何形式，例如盒子、汽缸盖等等。Yan 和Chen211 把这一个工作延长到机械中心的结构设计。Ouyang 等人 12 运用Ito的方法为模组机床的综合而且发展列举机床组件的一个方法。Paradis 和 Khosla15 决定了模组的装配时如何最佳地配置任务。Fig.1.二个样品零件，需要进行的操作是给汽缸盖上钻定位孔，在V8汽缸盖上，在一条线上二个这样的定位孔，在V6汽缸盖上有8个孔。 Fig.2.图1中被显示的样品零件钻孔时的数据，CL文件是一个从CAD系列 （譬如IDEAS）中产生的，它包含主轴转速、进给量和冷冻剂数据Chen2讲述了为指定工作发现最佳化装配结构的方法，他的程序以影响装配的矩阵为基础。而且运用了一个遗传基因的运算法则来以最佳化的方法解决问题。在系统前面，罗杰和 Bottaci16 讨论了组合制造系统的重要性，欧恩等人 13发明了模组制造系统综合为教育的目标规划。在文中,运动表现的传统方法拓扑结构 (也就是螺丝钉理论, 曲线图理论, 等等。) 是用来获取 RMTs 的特性的。 这些数学的功能作为拓扑综合,功能-分解, 而且映射程序; 细节功能在 9 中被发现。B.任务阐明RMT 的设计从任务阐明开始, 哪些需要分析切削刀地点数据确定是必要完成的套作用需要的运动学行动。分为三个步骤。首先, 图表用来抽象地表示一个运动。这些图表然后被分解成功能, 并且功能最后被映射机器存在在库里的模块。机床结构的图表表示法考虑到供选择配置的系统的列举并且提供证明方法非同形图表。图表表示法并且被使用为簿记分配机器模块到图表元素。图表包括一套端点被连接一起由边缘。在使用一张图表作为一个抽象表示法机械工具结构, 我们定义二种不同类型端点: 类型0和类型1。端点代表一个物理对象与二个口岸; 各个口岸代表在哪里它可能附有的对象 。类型0的 端点输入和输出口成一条直线, 反之类型1的端点输入和输出口互相垂直。机器制造的任务就是通过刀具是平行还是垂直工件来说明是类型0还是类型1的。图4 显示一张图表为类型0的任务。四个类型1的端点与几个类型0的端点构成一个C形式的机械结构。由于类型0 端点不会改变定位方向, 他们可能被各种各样的组合当成间隔号。根端点代表机床的基础或层。选择根端点不是唯一的; 不同的选择将收效在分明机床的设计上。结构作用是分配端点到图表; 运动学作用 (需要) 的地方被分配到边缘。例如, 图4 显示一个例子怎样平移行动 X; Y 和Z 方向可能被分配到图表边缘, 代表相对行动在物理对象之间由边缘的二个端点代表。机床的基本的功能就是刀具和工件之间的相对运动。这些运动学作用将由同类矩阵 11 来表示; 机床所需要的功能将被输入在矩阵T 。机器制造行动必要执行一项指定的任务是从操作序列获得。在图2显示的程序文件包含了刀具位置和运动在笛卡儿坐标系下的同一系统。 Fig.3.高等操作序列，表示原因的产生和同作，序列的这一概要表现操作源于图2显示的CL数据，它将会用来设计序列控制。 Fig.4.一个表示机床结构的图，平移运动被分配到图表边缘，端点有结构的功能性。 Fig.5.功能分解模板例如, 第一个运动可以写成：这里P1 代表机床的位置和刀具的安置, 而F1代表进给运动。从在任何二个毗邻位置之间的改变,运动可以描述成： 其它运动描述相似。对应于各类型机器操作, 一个模板被检索如同一个起点在辨认各种各样运动学作用必要执行用机器制造任务。例如, 模板为碾碎和钻井操作表示, 运动学作用是必要的为成主轴革命, 工件进给和工件安置。由使用这块模板, 与确切进给和安置的信息提供在处理计划, 我们能获得是必要的确切的运动学作用譬如工件自转, 依照表5的描述翻译x; Y, 和Z 为进给和翻译Z 为工件安置。每个运动学作用被辨认在作用分解阶段被映射对图表的边缘描述上面。被分配作用到不同的边缘能引起多种解答。由于纯粹地平移行动是可交换的, 他们的次序在图表能被互换。在作用映射, 重要信息是螺丝拓扑结构行动(包括纯净的旋转的行动) 和机床的拓扑结构。Fig.6.图4的结构曲线图能够被多种不同的模块选择。Fig.7.机床模块表示法。CAD 模型一张幻灯片为一种模件机械工件被显示在左边,它的矩阵被显示在右边。C. 组件选择商业可利用的模块从被挑选模块库为每个作用(结构如同运动学) 被映射对图表在任务阐明阶段。数据被存放为各个模块库包括同源矩阵代表它的运动学或结构作用, 转弯传染媒介由运动信息补充,一的范围服从矩阵代表模块突端, 模块连通性信息, 和功率需要量(为活跃模块譬如主轴和幻灯片) 。第一步在模块选择将比较同类模块的变革矩阵与任务要求矩阵这样当适当模块被选择符合任务要求, 所有模块矩阵产品应该是相等的与需要任务矩阵: T = T1T2Tn 。再, 那里也许是模块许多可能的选择为一指定的结构配置。图6 显示怎么不同的幻灯片, 主轴, 并且结构元素可能是装配的达成协议对图表图4 。一个幻灯片模块, 以它的CAD 模型和变革矩阵, 被显示在表7 。它是可胜任一线性行动的方向, 由 1个表明它的变革矩阵。它的数据库词条, 被显示在表里 I, 存放不仅它的变革矩阵而且制造商名字, 模型号, 最初的位置, 力量水平, 和行动数据。转弯传染媒介被增添信息关于极小, 最初, 和最大位移模块。D.评估一套运动学可行的模块一次是选择, 有效的机器设计必须被评估。标准为组合机床的评估工具由上述系统的做法综合包括工作信封, 自由度的数量, 模块被使用的数量, 和动态曲度。运动学自由程度的数量机器的工具必须被保留对极小值必需见面要求, 减少驱动力量和使误差链减到最小。各个活跃例子展示设计由这方法学引起确切地有自由程度的数量必要执行必需的机器操作在指定的部份 10 。引起使用这的机械工具设计图1 的例子零件的方法学被显示在表8 。有效的设计必须被评估谈到期望的准确性。整个机器的曲度工具, 最重要的因素的当中一个在表现, 是根据模块估计服从矩阵和连接的方法。 Fig.8.为二个不同零件设计的组合机床。III. 控制设计用模块构成机床,便形成控制。在这一工作中, 我们集中于逻辑控制为机器模块的程序化和协调; 分离系统形式主义被显示在 6 上。用一个控制模块联系了各个活跃机器模块; 我们提到这些作为机器控制模块。在机器设计, 那里是连接的被动元素活跃元素一起。在控制设计, 那里必需并且连接机器的模块控制模块。控制的整体建筑学系统为RMT 被显示在表9 。结构是相似为或者二个机器被显示在上图8; 为V-8 机器, 没有Y轴方向的控制模块。依照显示, 机器控制模块是在最低水平; 这交互式直接地以机械系统。用户接口控制模块是在最高的水平, 互动与用户通过电钮和显示。操作序列控制模块被定义根据了高级操作序列为部份依照图3显示。三个模块处理方式开关逻辑。在这个部分, 我们简要描述每个这些型控制模块并且他们的互作用和协调。A.机器控制模块各个机器控制模块有一个明确定义的接口规格: 它接受分离事件命令从一个指定的集合, 和回归分离事件反应从被给集合。在控制模块之内将是所有连续易变控制, 譬如伺服操纵为轴。这连续控制被设计使用标准PID 算法并且轴参量譬如惯性, 力量, 主角螺丝投, 来自机器模块定义。在加法, 各个机器控制模块将包含控制为任一个机器服务联系了机器模块, 譬如润滑或蓄冷剂。因而, 各个机器控制模块是一位独立性的控制器为它伴随的机器模块, 和可能被设计和独立地测试机器的剩余。机器控制模块的设计必须完成只一次为各个机器模块在图书馆里。每当机器模块被使用在机器设计, 控制模块可能被使用在伴生的控制设计。控制模块也许独立地被使用, 与它自己的处理能力、I/O 和网络连接控制系统的剩余, 或它也许被使用作为片断整体机器控制器被实施集中化时尚。一个机器控制模块的例子为幻灯片是显示在上图10 。有四命令模块可能接受: 行动向位置x, 中止, 凹凸部在正面 x, 和凹凸部在消极x 方向。当它完成了必要的操作, 它返done 的命令。定时器是包括的(但没显示); 如果规定的时间过去了而一个完成命令都没有返回, error 命令将返回。Fig.10. 滑控制器。幻灯片控制器包括(在之内箱子) 伺服控制器为幻灯片。当幻灯片到达了命令的位置时, done 命令返回。B.操作序列 操作序列模块被定义从高阶序列从切削刀地点数据被提取显示在上图3 。这控制主要结构模块是状态序列代表序列操作必须进行在零件; 等待状态是包括的在各步的完成。图 11表示操作序列模块为机器图8(b) 和操作序列图3 。简单错误处理仅仅通过错误用户界面被合并在设计但不是显示在上图为朴素。如果reset 命令被接受, 主轴被关闭并且幻灯片被重新设置对它的位置。操作序列为V6 机器相似, 但有更多操作因为那里是需要程序化的二个线性轴。依照被显示整体结构图9, 那里是二个口岸对操作序列控制模块: 你连接到自动方式控制模块, 和另连接到冲突验查员。接口对操作序列控制模块被显示在表12 。C.模块控制结构用户接口控制模块与用户相处融洽通过一套电钮转动控制系统断断续续, 开关在控制方式之间, 和单向通过操作序列。它的主函数是通过用户命令通过对控制器的剩余, 并且显示机器的现状用户。机床控制器有几个不同的方式。在自动方式, 操作序列连续地执行得; 其它方式也许执行操作序列只一次。在步方式下, 电钮命令必须是过去经常创始操作序列的每步, 和在人工式, 更加美好的控制是可利用的通过凹凸部命令那移动活跃元素每少量在一个时间。而不是重覆操作序列为每控制方式, 序列的一个表示法被使用。方式开关逻辑确定适当的时候送proceed 命令给操作序列。冲突验查员控制模块的主函数是通过命令从操作序列和人工式模块对适当的机器控制 模块 。它得以进入对机器的数据库的模块定义, 和可能使用那些检查非法导致机械干涉的命令。由于明确定义的接口对低级机器控制模块, 冲突验查员的设计能做使用高级控制命令。细节物理I/O 被处理在机器控制模块。如上所述, 各个控制模块代表由接受某一语言的一台有限状态机 (是允许的) 的事件顺序。我们显示了那以一些明确定义的条件在这些语言并且模块连接, 整体控制结构能被保证是无曲度 8 ; 列举联合的逻辑控制器的可能的序列, 会是不切实际的, 不要求被证明。Fig.11. 操作序列模块, 显示整体序列操作和事件。接口对模块被显示在表12 。重新设置命令可能在任何时候被接受; 只一些事件踪影被简单显示。错误事件踪影也被从图中省去。 Fig.12. 操作序列控制模块的结构图, 显示接口和共有的事件。由模块接受 的事件用斜体字表现;与上层模块共有的事件是其余的。IV.组合机床在库中的机床模块可能会在许多不同的机床设计被使用。控制模块联系的各个机器模块将被合并到整个机床的控制设计过程中各个模块在他们被联系之前都能够被独立地测试，因此通过变短设计循环周期和舷梯时间，机床模块库中的控制模块可能极大减少一个新用机床制造系统的前置时间。因为零件的改变(譬如显示在上图1中的V6和 V-8 气缸盖), 机床结构将需要重新构造, 或增加一根轴或改变主轴。当这类型重组发生,需要被对操作序列控制模块和冲突验查员做变动(如果新机械干涉产生的话) 。由于他们拥有一个明确定义的接口, 每个单独控制模块都能够被独立地更换成其他模块。只要被重新设计的控制模块也有同样的离散接口, 最终的系统被保证是囊中之物。例如, 摩擦报偿控制算法也许会添加在滑台控制模块上。这会增加那个模块的表现力, 但在低级模块之中肯定会有些许的变动。V. 结论和展望历史上, 机床设计是经验所得 。在此次研究中, 我们描述了一个数学依据为组合的综合评估机床以及和他们伴生的控制器。这种研究工作列举两个机床配置的产生和模件控制设计。系统的设计过程从用机器制造的要求开始。机床综合的被提出的理论是允许机器模块库是预先完成并且存放在数据库, 独立性与控制器并且准备被使用在任一个机器设计。该理论要保证所有运动学上可实行的不同的配置系统分别被列举，以便减少错过一个好设计的机会。我们已经开发了一个基于Java 项目的自动化机床设计过程;当前任务是合并控制设计程序在已有的框架之内。我们还扩展当前可用机床和控制模块库以及形式上抽象从连续多变的控制到离散领域。鸣谢作者衷心地感谢各方支持和参加了这个项目的ERC工业成员无私的反馈 。MEAM 毕业生Eric Endsley, Morrison Lucas和Yong-Moon对工作的贡献已被描述在文中。References1 F.-C. Chen and H.-S. Yan. Configuration synthesis of machining centres with tool change mechanisms. International Journal ofMachine Tools and Manufacture, 39(2):273-295, February 1999.2 I.-M. Chen. Theory and Application of Modular ReconfigurableRobot Systems. PhD thesis, California Institute of Technology,1994.3 Y. Koren. Reconfigurable machining systems: Vision with examples.ERC/RMS #19, University of Michigan, January 1999.4 Y. Koren and A. G. Ulsoy. Engineering research center for reconfigurable machining systems. .5 S. Kota. A methodology for automated design of reconfigurablemachine tools. In ERC/RMS: Annual Report, pages35-40.Universityof Michigan, 1999.6 R. Kumar and V. K. Garg. Modeling and Control of LogicalDiscrete Event Systems. Kluwer Academic Publishers, 1995.7 C. Ling, S.-Y. Sung, T. M. L. Olsen, and D. Yip-Hoi. Systemlevel process planning for RMS. ERC/RMS #24, University ofMichigan, 1999.8 M. R. Lucas, E. W. Endsley, and D. M. Tilbury. Coordinatedlogic control for reconfigurable machine tools. In Proceedings ofthe American Control Conference, pages 21072113, 1999.9 Y.-M. Moon and S. Kota. Generalized kinematic modelingmethod for reconfigurable machine tools. In Proceedings ofthe ASME Design Engineering Technical Conferences, Atlanta,September 1998.10 Y.-M.Moon and S. Kota. Design of recongurable machine tools.ASME Journal of Manufacturing Systems, 1999. Submitted.11 R. M. Murray, Z. Li, and S. S. Sastry. A Mathematical Introduction to Robotic Manipulation. CRC Press, 1994.12 M.-A. Ouyang, C. Yi, C. Li, and J. Zhou. Intelligent layout formodular design of machine tools. SPIE, 2620:547-552, 1995.13 S. Owen, M. C. Bonney, and A Denford. A modular reconfigurable approach to the creation of flexible manufacturing cellsfor educational purposes. Institute of Electrical Engineers, Colloquium Digest, 1(174):1-13, October 1995.14 G. Pahl and W. Beitz. Engineering Design. Springer-Verlag,New York, 1984.15 C. J. J. Paredis and P. K. Khosla. Synthesis methodology for task based reconfiguration of modular manipulator systems. In Proceedings of the International Symposium on Robotics Research pages 2-5, 1993.16 G. G. Rogers and L. Bottaci. Modular prod
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号