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数控车床
主轴
结构设计
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附件1外文资料翻译译文基于AGENT协同数控概念设计许志刚香港理工大学，设计学院，设计技术研究中心，香港，九龙，江口SDZHGXUPOLYUEDUHK黄斜睁，刘尉明计算机辅助设计中心机械工程学院，山东大学山东省济南市，中国山口河KZHUANGYAHOOCOM,TAOLWMSDU,EDUCN摘要创新是一个产品设计和发展的核心问题，比如如何用机床实施它们（创新）。本文提出了一种以“代理”（模块）为基础的数控配置模型概念。模型化是数控分层设计的基础。基于合作代理的设计，将它的每个模块作为一个自主的实体参与设计活动。产品设计过程被描述为代理的有组织的合作过程。合作多代理数控（CMNC）配置在提供大量设计方案和一个初步评价机构时，能大大曾加设计效果和创造力，这个雏形系统正在进一步发展，并且已经在创造力上显示出巨大的潜力。1导言创造力在产品的设计和开发方面是最有竞争力的一个方面，这种情况同样适用于机床的设计与制造过程。迄今为止，在制造技术方面已经取得了巨大的进步，并且已经在世界范围内大量实施柔性制造系统了。无论如何，产品的快速制造和数字话等个性方面的发展趋势正在日益增加，这些都吸引了更多的关注1，数控系统的快速和创造性的设计有了更大的意义。在深入调查后，我们可以得到这样的结论，概念设计虽然只占总成本预算的10，但是却对总成本产生的影响至70（或更多）。模块化是一种数控系统概念设计与开发的有效方式，用简单的方法来表达系统的结构，在开发新的结构时有足够的灵活性。将专家系统引入机械设计系统，可以增加系统的设计效率。传统的专家系统，大多是连续单一用途的系统，它们必然导致低效率。代理和多媒体技术使一些设计师在做设计工作时使用计算机协同工作变成一种可能2。本文提出了一种面向代理的创新设计数控系统配置的新方法。本文余下的部分是按以下内容组织而成第二节，简单介绍数控技术模块化；第三节，描述代理结构和功能；第四节，提出基于代理数控系统的设计模型；在第五第六部分举例说明可行性。2数控化模块21模块定义为表示数控概念结构以下介绍三种典型模块。它们是平移模块，旋转模块和基础模块（图1A所示）。它们的定义如下定义1基础模块，支持转换和旋转模块中无法移动或旋转的模块，被命名为B，H_B向模块，V_B指垂直模块。定义2平移模块，由基础模块或旋转模块支持，可以沿着X、Y、Z其中一个坐标方向上移动的模块，分别被记作H_X,H_Y,H_V。定义3旋转模块，在相应方向上的旋转，记作R_X,R_Y,R_Z,其中R_H,R_V分别指模块绕横向轴和垂直轴的转动。注一个旋转模块不能与另一个旋转模块相连接。基础模块平移模块方向旋转模块五轴数控设计排列A向旋转B向旋转“C”形环形列表图1A模块的定义和五轴数控概念结构22模块约束根据以上定义，可以推导出下列模型约束为根据机床的设计规格可以得到以下的设计约束1）如果工件质量较大，则工件不能垂直的移动；2）如果工件精度较高，则工件必须被固定或只有一个方向的运动；3）如果工件质量较大且精度较高，则工件夹具必须与与基底毗邻。23显示模块数控概念结构模型可以将不同的模块按一个明确的方式排列来精确表达。图1B是一个有X,Y,Z直线坐标运动方向和A、B两个方向上旋转运动的五轴数控结构模型。图1C是一个“C”形状模块，这是一个从刀具到工件元件的封闭环。3代理的功能与结构每个代理包含五个模块（图2）。模块功能及性能如下熟人模块分别代表其他代理和本地同水平代理。合作模块负责管理代理的社会活动，具体需要是由情况评定模块检测。控制模块是系统领域的接口程序。情况评估模块决定哪些活动应本地进行和哪些应该分配给其他代理，那些接收任务的代理应该给予尊重，如它的请求应该给予实现，它的行动应该认为是接收到新信息后采取的行动，等等。它还用来接受问题的指示，并接受其他模块反馈，其余部分则用作支持功能。该模块自身是一个数据储存器，存放由系统领域产生或通过接口接受到其他系统传来的数据。通信管理者发送或接受社团其它代理的信息。图2代理架构图定义4代理具有六个部分援助，通讯，熟人，合作，评估，控制LLLLLLLLLLLLIL4基于代理的设计过程的管理工程设计，它被看作是由一个由各种自主实体组成，通过合作完成特殊任务的分布式系统3。系统中两种基本要素实体和活动。该实体包括CAD系统（主要处理图形问题），用户和各种代理（信息处理）。活动是一个实体进行设计的活动。在设计过程也有两类信息前台和后台4，表一表征信息活动及相应参与者的清单。定义5面向合作设计系统的代理由五部分组成（A、TR、ER、DR），其中A是代理集合，TR是设计事物，E是一系列的事件，OR是一个组织（包括CAD系统，及各类等）。事件是用户、CAD系统和代理所触发的系统的正式变换过程。其中代理参与了设计过程以及代理和外部世界的社团之间的通信。在此概念模式中，产品设计流程是一个由一组代理原动件构成的一个活动集和一些与用户交互的代理的活动的集合。5设计过程举例定义6事件可以由六部分来描述（ETD、ESTATE、EPRE、EAG、EAC、EPOST），其中EID是事件名称，ESTATE是当前的系统状态，EPRE是触发事件的前提条件。EAG是活动代理的集合，EAC是代理进行的活动，EPOST是事件导致的状态。图3给出了事件描述。表1信息活动参与者设计要求用户输入，文件输入计算机辅助设计系统，用户设计意图推断，输入用户，代理，CAD系统设计方法研究，询问用户，代理，CAD系统设计标准输入，显示用户，代理，CAD系统标准件数据基本要求用户，代理，CAD系统设计历史记录，对比，修改代理，CAD系统工程分析记录计算，状态改变代理，CAD系统设计修改记录记录，对比，修改，决定代理，CAD系统设计过程控制开始，结束，中断用户，CAD系统消息接收，发送，接受，拒绝代理，用户，CAD系统参与者状态启动，制动同上EPRE条件EPOST条件EAC图3时间描述参加者状态CAD系统用户代理如果想要设计一个数控铣床，该铣床可以用来处理涡轮叶片。刀具能够同时在5个轴方向上运动，即X、Y、Z、A、B，即刀具有5个自由度。以上是设计的先决条件。如果零件比较轻，从设计约束第22章中来看，该零件的运动没有任何限制。即EPRO有两种观点1刀具有X、Y、Z、A、B五个自由度；2该零件性质比较轻。定义7事件序列的处理，如该处理能够满足模块的约束和设计约束，则此次处理是一个可接受方法。TEID1INTERACTABLE0UNINTERACTABLE数控铣床有一个“C”字状的结构，将工件作为起始点，刀具作为终点5，或者相反。因此，设计过程中带有工件，首先应处理持有工件的模块。事件1EID1EPRE刀具有X,Y,Z,A,B五个方向的自由度且零件较轻代理状态EAGH_BH_VH_XH_YH_ZR_VR_XR_Y11111111用户0等待计算机辅助设计系统0等待在这时，所有模块都可以被触发，如果R_Y方向被触发了即可实现Y轴上的移动。于是条件将会改变。EPOST刀具失去一个自由度。第二个事件EID2EPREX、Z、A、B四个方向运动且零件较轻由于模块约束，R_Y不能与H_B、H_V、R_V、R_Z相连接，EAG变成这样H_BH_VH_XH_YH_ZR_VR_X0011100用户0等待计算机辅助系统0等待在这时，如果H_Z触发，则EPOST刀具失去一个自由度六个事件结束后，刀具的自由度变为0，一次设计处理过程便结束了。这样的处理结果认为是可以接受的。各种可能的解决方法都要被记录下来作对比。在每次处理中，用户要和计算机辅助系统进行交流，和其他设计人员进行并存元集的对比和讨论。图1B是一次被命名为五轴数控结构的处理，尽管这也许不是最佳的解决方案。6举例图4给出了基于代理的的数状结构多方案的范例。在图4中，“BASEH”是输入端和开端。从这点课件，整个系统将在模块化约束的限制工作。在设计过程中，层次低的模块从它上层模块中分离出来，但它又是不同于上层模块的。更多的往往不是这样，其结果可能超过最保守的、传统监督下的工作值，甚至有些可能看起来是可笑的，但这意味着创造力。通过采用设计约束，解决方案有很大集中性。随着越来越多的约束被采用，其结果可能是越来越实际。例如，图4中加粗的曲线，按RYTYTXHBASETZRX设计的,是图1C中一个可行的数控概念结构。图4多解的数控结构设计7结论和致谢本文所描述的基于代理的数控结构概念设计模型目前正快速发展。将来的工作将重点放在方案的认证机制上，现在它主要取决于设计师比较各种概念结构。只有在电脑告诉你哪个是可行的，哪个是最好的，这样才能真正产生创造力。这个项目得到了山东省委优秀青年科学家奖。8参考文献1胡伟刚机床模块化的实践与发展和智能支持系统M武汉华中工学院，1994年6
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