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文 獻(xiàn) 資 料 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 生 姓 名 劉 少 衛(wèi) 班 級(jí) BMZ 機(jī)制 031 學(xué) 號(hào) 0361440124 指 導(dǎo) 教 師 劉 必 榮 文 獻(xiàn) 資 料 1 吳何畏 王衛(wèi)兵 鉆孔組合機(jī)床液壓傳動(dòng)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J 制造技術(shù) 與機(jī)床 2007 01 58 61 2 吳何畏 王衛(wèi)兵 鉆孔組合機(jī)床液壓傳動(dòng)和電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) J 組合機(jī)床 與自動(dòng)化加工技術(shù) 2006 08 56 59 3 李瑋 沈勇 董軍 姚順忠 PLC 在 B230 龍門刨床電氣控制中的應(yīng)用 J 西南 林學(xué)院學(xué)報(bào) 2003 02 85 88 4 田艷芳 PLC 在鉆孔組合機(jī)床控制中的應(yīng)用 J 機(jī)床與液壓 2003 04 180 181 5 王成安 關(guān)長(zhǎng)偉 PLC 的梯形圖語(yǔ)言在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤分析 J 丹東紡專學(xué)報(bào) 2003 04 17 18 6 龐偉 葛桂萍 PLC 在組合機(jī)床控制中的應(yīng)用 J 工業(yè)控制計(jì)算機(jī) 2001 11 73 74 7 趙紅美 李靜 耿亞楠 組合機(jī)床多軸箱 CAD 的應(yīng)用現(xiàn)狀 J 現(xiàn)代制造工程 2006 11 70 72 8 付書明 李明 柔性組合機(jī)床及其生產(chǎn)線的發(fā)展探討 J 成組技術(shù)與生產(chǎn)現(xiàn)代 化 2006 01 48 51 9 潘濱 韓松 如何正確理解與選定組合機(jī)床的柔性 J 組合機(jī)床與自動(dòng)化加工 技術(shù) 1999 12 3 6 10 周虹 影響數(shù)控機(jī)床零件加工精度的因素與補(bǔ)償措施 J 機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新 2005 02 120 121 124 柔性組合機(jī)床及其生產(chǎn)線的發(fā)展探討 付書明 1 李 明 2 1 機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院 鄭州 450007 2 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院 鄭 州 450015 摘 要 論述了柔性生產(chǎn)線的特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì) 介紹了數(shù)控組合機(jī)床的基 本組成及常見的形式 指出了使傳統(tǒng)的組合機(jī)床及其自動(dòng)線具有柔性的重要意義 關(guān)鍵詞 柔性 組合機(jī)床 生產(chǎn)線 中圖分類號(hào) TG65 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 今天 市場(chǎng)環(huán)境發(fā)生了巨大的變化 消費(fèi)的需求日趨主體化 個(gè)體化和多樣化 這 使得過去主要以成本高低來決定企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的局面得到了根本轉(zhuǎn)變 企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力 已由產(chǎn)品品種 新產(chǎn)品上市速度 交貨期 質(zhì)量和成本等多個(gè)指標(biāo)共同決定 甚 至是新產(chǎn)品的上市速度成為決定企業(yè)生存與發(fā)展的關(guān)鍵問題 多品種變批量生產(chǎn) 逐漸成為主流生產(chǎn)模式 進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代以來 汽車 拖拉機(jī)行業(yè)市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng) 更趨激烈 新產(chǎn)品層出不窮 產(chǎn)品市場(chǎng)壽命進(jìn)一步縮短 新的產(chǎn)品層出不窮 新產(chǎn)品 的開發(fā)周期日益縮短 因而汽車 拖拉機(jī)工業(yè)對(duì)高速化 柔性自動(dòng)化技術(shù)裝備的 需求量日益增多 因此 為適應(yīng)新產(chǎn)品更新?lián)Q代的步伐 使生產(chǎn)線在保持其高生產(chǎn) 率的條件下 進(jìn)一步提高其柔性 就越來越具有重要意義 組合機(jī)床及其生產(chǎn)線 是專用于大批量機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的高效自動(dòng)化技術(shù)設(shè)備 是汽車 拖拉機(jī) 內(nèi)燃機(jī)等工業(yè)不可替代的主要加工設(shè)備 近年來隨著數(shù)控技術(shù) 電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)等的發(fā)展 組合機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)也發(fā)生了翻天 覆地的變化 因此 研究組合機(jī)床及其生產(chǎn)線的技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 使傳統(tǒng)的組 合機(jī)床及其自動(dòng)線具有柔性 是拖拉機(jī)和汽車生產(chǎn)企業(yè)為滿足市場(chǎng)需求所必須解 決的問題 1 生產(chǎn)線的柔性化發(fā)展特點(diǎn) 1 1 數(shù)控化 數(shù)控組合機(jī)床的出現(xiàn) 不僅完全改變了過去那種由繼電器電路組成的組合機(jī) 床的控制系統(tǒng) 而且也使組合機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)乃至通用部件標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了或正在發(fā)生 著巨大的變化 組合機(jī)床及其自動(dòng)線的數(shù)控化 使得傳統(tǒng)的專用機(jī)床和通用機(jī)床的 界限 變得模糊起來 以至于在組合機(jī)床這種傳統(tǒng)意義上的專用機(jī)床領(lǐng)域內(nèi) 也出 現(xiàn)了 組合機(jī)床柔性化 的提法和實(shí)踐 傳統(tǒng)意義上的組合機(jī)床剛性自動(dòng)線和生 產(chǎn)線 也具有了一定的柔性 組合機(jī)床柔性化在國(guó)際上發(fā)展較為迅速 如美國(guó) Lanm 公司 20 世紀(jì) 90 年代前期生產(chǎn)的汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體 缸蓋加工設(shè)備 有 50 是傳統(tǒng) 的組合機(jī)床生產(chǎn)線 25 是可調(diào)可變生產(chǎn)線 25 是柔性生產(chǎn)系統(tǒng) FTL FMS 日本 在 1988 1992 年間 組合機(jī)床的數(shù)控化率已達(dá) 32 39 德國(guó)在同時(shí)間內(nèi)組合機(jī) 床及自動(dòng)線的數(shù)控化率為 18 62 1 目前 國(guó)內(nèi)也開展了數(shù)控組合機(jī)床的研究 如沈陽(yáng)數(shù)控機(jī)床廠推出了 SSK U6030 型缸體八工位數(shù)控組合機(jī)床 用以加工家 用冰箱壓縮機(jī)缸體 2 一些組合機(jī)床通用部件生產(chǎn)廠家也已經(jīng)開發(fā)出一維數(shù)控滑 臺(tái) 二維數(shù)控十字滑臺(tái)和數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái) 與其它數(shù)控機(jī)床類似 數(shù)控組合機(jī)床也是通 過數(shù)控加工程序來改變加工行程 工作循環(huán) 切削參數(shù) 加工位置和自動(dòng)換刀 而且 結(jié)合組合機(jī)床特點(diǎn) 數(shù)控組合機(jī)床還可自動(dòng)更換主軸箱 以適應(yīng)變形品種的 加工 必須指出的是 一般意義上的數(shù)控組合機(jī)床與數(shù)控機(jī)床是完全不同的 數(shù)控機(jī) 床是在通用機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 它不必考慮零部件的通用化問題 它的加工 工藝十分廣泛 主要用于零件小批量生產(chǎn)模式中 而數(shù)控組合機(jī)床是在組合機(jī)床這 類專用機(jī)床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 它是由數(shù)控化的通用部件作為零部件而組裝成 的 因而具有傳統(tǒng)組合機(jī)床通用部件設(shè)計(jì) 制造標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)點(diǎn) 它的工藝范圍相對(duì) 較窄 主要用于多品種變批量生產(chǎn)當(dāng)中 當(dāng)然 數(shù)控組合機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的一種 隨 著技術(shù)的發(fā)展 數(shù)控組合機(jī)床與一般意義上的數(shù)控機(jī)床的差別將逐漸縮小 1 2 模塊化 為適應(yīng)數(shù)控組合機(jī)床的發(fā)展 就出現(xiàn)了組成數(shù)控機(jī)床的數(shù)控加工功能模塊 組 合機(jī)床模塊化是組合機(jī)床數(shù)控化所帶來的必然結(jié)果 也是組合機(jī)床數(shù)控化的必要 基礎(chǔ) 數(shù)控加工模塊化極大地豐富了組合機(jī)床的通用件 它必將引起組合機(jī)床通用 件發(fā)生根本性變化 數(shù)控加工模塊 按其數(shù)控坐標(biāo) 軸 數(shù) 主要有單坐標(biāo) 雙坐標(biāo)和 三坐標(biāo) 按其主軸數(shù) 有單軸和多軸模塊 也有單軸和多軸復(fù)合加工模塊 數(shù)控加工 模塊的發(fā)展 主要有 2 種方式 一是與現(xiàn)有組合機(jī)床通用件相對(duì)應(yīng) 設(shè)計(jì)數(shù)控通用 件 目前國(guó)內(nèi)已有企業(yè)正在研制數(shù)控一維滑臺(tái) 數(shù)控二維 十字 滑臺(tái) 數(shù)控回轉(zhuǎn) 工作臺(tái)等 都屬于這種方式 二是根據(jù)數(shù)控加工的特點(diǎn) 研制數(shù)控組合機(jī)床所獨(dú)有 的部件 如自動(dòng)更換式多軸主軸箱 數(shù)控回轉(zhuǎn)刀庫(kù) 數(shù)控?fù)Q刀機(jī)械手 數(shù)控?fù)Q箱 機(jī)械手等 1 3 高速化 由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力 大大減小切削溫度 提高生產(chǎn)效率 故機(jī)床的高速化研究方興未艾 特別是數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn) 動(dòng)已達(dá)到了驚人的高速 如美國(guó)生產(chǎn)的加工中心 主軸轉(zhuǎn)速可達(dá) 15 000 r 60 000 r min 工作臺(tái)快進(jìn)速度高達(dá) 90 120 m min 2 順應(yīng)機(jī)床高速化的潮流 組合機(jī)床的 速度也越來越高 例如 德國(guó)大眾汽車廠在加工鋁合金缸蓋燃燒室側(cè)面時(shí) 采用 PCD 銑刀 銑削速度高達(dá) 3 075 m min 進(jìn)給速度達(dá) 3 600 mm min 而采用安裝有 CBN 刀片的新穎鏜刀加工灰鑄鐵時(shí) 切削速度達(dá) 800 m min 進(jìn)給速度達(dá) 1 500 mm min 1 1 4 精密化 由于機(jī)床實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化 因而機(jī)床的加工精度越來越高 使一些過去看來難以 達(dá)到的加工精度 今天也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 例如 意大利 Mandelli 公司生產(chǎn)的 Thunder 500 型加工中心 X Y Z 軸的定位精度均為 0 008 mm 重復(fù)定位精度為 0 003 mm B 軸定位精度 6 重復(fù)定位精度 3 在數(shù)控組合機(jī)床上 也要求提高設(shè)備的 工序能力系數(shù) 使加工誤差在 0 01mm 以內(nèi) 1 1 5 全防護(hù)化 全封閉防護(hù)是現(xiàn)在機(jī)床的一大特點(diǎn) 不論是單機(jī)還是機(jī)床生產(chǎn)線 均采用全封 閉的外包裝 電器 液壓全部采用空中走線 全封閉防護(hù) 不但使機(jī)床及其生產(chǎn)線 外型美觀 而且也提高了機(jī)床及生產(chǎn)線的安全性 可靠性和維修的便利性 2 數(shù)控組合機(jī)床通用部件 眾所周知 傳統(tǒng)的組合機(jī)床屬剛性的專用機(jī)床 它主要由一些具有獨(dú)立功能的 通用部件及少許專用部件所構(gòu)成 是典型的模塊化機(jī)床 通過給通用部件 或模塊 賦予柔性 使其成為柔性通用部件 用這些柔性通用部件就可以構(gòu)成多種形式的柔 性組合機(jī)床 因此 研制數(shù)控組合機(jī)床通用部件是制造柔性化的組合機(jī)床及其生產(chǎn) 線的基礎(chǔ) 2 1 數(shù)控動(dòng)力滑臺(tái) 一維數(shù)控滑臺(tái) 二維數(shù)控十字滑臺(tái)是數(shù)控組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件 此類滑臺(tái)可 根據(jù)用戶要求 采用交流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 數(shù)控滑臺(tái)的導(dǎo)軌面及壓板滑動(dòng) 面均粘貼了工業(yè)塑料導(dǎo)軌板 該工業(yè)塑料導(dǎo)軌板是一種以聚四氟乙烯為主的塑料 板材 厚度為 4 mm 按需要可以選擇不同的規(guī)格 可以進(jìn)行各種機(jī)械加工 其粘結(jié) 工藝也很簡(jiǎn)單 這種工業(yè)導(dǎo)軌板的摩擦系數(shù)很小 可以使數(shù)控滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)輕快 振動(dòng) 小 噪聲低 并能防止低速爬行 另外 由于這種材料具有較好的耐磨性 因此可以 延長(zhǎng)導(dǎo)軌的壽命 在組合機(jī)床中 在切削負(fù)荷較小的精加工場(chǎng)合 也可在動(dòng)力滑臺(tái) 上用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌代替滑動(dòng)導(dǎo)軌 實(shí)現(xiàn)動(dòng)力滑臺(tái)的滾動(dòng)化 滾動(dòng)導(dǎo)軌 滾珠絲杠 一維 二維數(shù)控滑臺(tái)的傳動(dòng)絲杠均采用雙螺母滾珠絲杠 以消除雙向傳動(dòng)間隙 提 高數(shù)控滑臺(tái)的傳動(dòng)精度 2 2 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 在組合機(jī)床中 回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床占有很重要的地位 根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料 德 國(guó)在 1990 1992 年期間 回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線的產(chǎn)量約各占組合機(jī)床 總數(shù)的 50 左右 1 因?yàn)檫@類機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工 位上 并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工 此外 還可以通過轉(zhuǎn)位夾具 在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上 或通過轉(zhuǎn)位 翻轉(zhuǎn)裝置 在自動(dòng)線上 實(shí)現(xiàn)工件的五面加工 或全部加工 因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率 被汽車 拖拉機(jī)和壓縮機(jī)等 工業(yè)部門廣泛采用 而數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)是回轉(zhuǎn)式多工位數(shù)控組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件 目前 國(guó)內(nèi)已開發(fā)出系列數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 它可以水平方式安裝于主機(jī)中間底座的 臺(tái)面上 以完成對(duì)工件的多面加工 也可以垂直方式安裝于主機(jī)動(dòng)力滑臺(tái)上 實(shí)現(xiàn) 自動(dòng)換刀加工 它利用主機(jī)的控制系統(tǒng)或?qū)ｉT配套的控制系統(tǒng) 完成與主機(jī)相協(xié)調(diào) 的各種加工的分度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 水平方式安裝時(shí) 工作臺(tái)上可安裝板 盤或其它形狀 較復(fù)雜的被加工零部件 從而實(shí)現(xiàn)等分的和不等分的連續(xù)的孔 槽以及曲面的加 工 且能達(dá)到很高的精度 2 3 數(shù)控切削頭 現(xiàn)國(guó)內(nèi)已經(jīng)開發(fā)出可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速的各種切削頭 如數(shù)控鉆削頭 鏜削頭 銑 削頭等等 如大功率滑座式銑頭 該銑頭既可用于組合銑床 又可用于數(shù)控組合銑 床 與傳統(tǒng)銑頭相比 該銑頭有兩個(gè)顯著特點(diǎn) 一是銑頭轉(zhuǎn)速可無(wú)級(jí)調(diào)速 這是因?yàn)?它可采用變頻器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速 二是它具有銑頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 它與數(shù)控回轉(zhuǎn) 臺(tái)組合 可完成對(duì)零件的多面加工 該銑頭的開發(fā)成功 不僅為組合銑床添加了新 成員 也為數(shù)控組合機(jī)床增添了新的通用部件 3 常見的柔性數(shù)控組合機(jī)床 3 1 數(shù)控轉(zhuǎn)塔組合機(jī)床 數(shù)控轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭可與數(shù)控滑臺(tái)和其它通用部件組成數(shù)控轉(zhuǎn)塔組合機(jī)床 數(shù)控 轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭有單軸和多軸的 有立式 臥式和傾斜式的 故可構(gòu)成多種形式的數(shù)控 轉(zhuǎn)塔機(jī)床 通過轉(zhuǎn)塔頭的轉(zhuǎn)位 即可對(duì)工件進(jìn)行多工序加工 也可在不同的工位加 工不同的零件 3 2 數(shù)控自動(dòng)更換多軸箱組合機(jī)床 多軸加工是組合機(jī)床獲得高生產(chǎn)率的主要手段 由數(shù)控可更換主軸箱所組成的 數(shù)控組合機(jī)床既保證了機(jī)床的高效又兼?zhèn)淞烁叩娜嵝?由于這種多軸箱只有在機(jī) 床處于加工中它才與動(dòng)力箱連接構(gòu)成切削頭 所以 從理論上講 可更換的多軸箱 的數(shù)量是不受限制的 從而具有更大的靈活性 這種柔性機(jī)床適合于中小批量多品 種或中大批量輪番生產(chǎn)箱體類零件采用 3 3 數(shù)控?fù)Q刀和換箱復(fù)合式組合機(jī)床 此類柔性組合機(jī)床實(shí)際是將加工中心和組合機(jī)床巧妙地結(jié)合在一起 既保持 了組合機(jī)床的高效又兼?zhèn)淞思庸ぶ行牡母呷嵝?換刀主要是為較大直徑的單軸孔 的半精鏜和精鏜 3 4 三坐標(biāo)加工模塊 帶換刀裝置的三坐標(biāo)加工模塊 其加工主軸可實(shí)現(xiàn) X Y Z 三個(gè)坐標(biāo)軸的 運(yùn)動(dòng) 刀具也可自動(dòng)更換 對(duì)加工族系零件有較大的靈活性 這種加工模塊配以固 定工作臺(tái)可組成三坐標(biāo)加工單元 配以回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或回轉(zhuǎn)夾具也可組成四軸 五 軸加工單元 可以獨(dú)立使用 又可以用于組合機(jī)床自動(dòng)線 使其成為柔性自動(dòng)線 4 4 結(jié) 語(yǔ) 柔性組合機(jī)床及組合機(jī)床柔性生產(chǎn)線是實(shí)現(xiàn)剛性的多品種變批量生產(chǎn)方式 的主要設(shè)備 它是在剛性的組合機(jī)床與組合機(jī)床生產(chǎn)線的基礎(chǔ)上為適應(yīng)市場(chǎng)消費(fèi) 個(gè)性化而產(chǎn)生的新型設(shè)備 數(shù)控技術(shù) 自動(dòng)化技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展為其生 產(chǎn)與發(fā)展提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ) 對(duì)許多企業(yè)而言 研制 采用柔性組合機(jī)床與組 合機(jī)床柔性生產(chǎn)線 不僅應(yīng)當(dāng)成為技術(shù)革新的主要內(nèi)容 而且將成為企業(yè)提高競(jìng)爭(zhēng) 力的 參考文獻(xiàn) 1 李如松 組合機(jī)床和自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展 EB OL 2005 12 05 2 李秀敏 組合機(jī)床行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展思考 J 航空制造技術(shù) 2003 4 41 43 3 AMT 信息宣傳部 WMEM 編輯部 來自 IMTS98 美國(guó)國(guó)際 制造技術(shù)展覽會(huì)的報(bào)導(dǎo) 一 J 世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng) 1999 1 5 8 4 潘 濱 韓 松 如何正確理解與選定組合機(jī)床的柔性 J 組 合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù) 1999 12 1 4 組合機(jī)床多軸箱 CAD 的應(yīng)用現(xiàn)狀 趙紅美 李靜 耿亞楠 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 保定 071001 摘要 總結(jié)國(guó)內(nèi)外組合機(jī)床多軸箱 CAD 的應(yīng)用現(xiàn)狀 并討論存在的問題 指 出多軸箱的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì) 關(guān)鍵詞 組合機(jī)床 多軸箱 CAD 中圖分類號(hào) TP391 7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1671 3133 2006 11 0063 03 0 引言 多軸箱是組合機(jī)床的重要組成部件 用于布置 按所要求的坐標(biāo)位置 機(jī)床工 作主軸及其傳動(dòng)零件和相應(yīng)附加機(jī)構(gòu) 1 多軸箱的設(shè)計(jì)是組合機(jī)床設(shè)計(jì)過程中 至關(guān)重要的一環(huán) 其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞 將直接影響組合機(jī)床的設(shè)計(jì)質(zhì)量 目前 CAD 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多軸箱的設(shè)計(jì)領(lǐng) 域 但在多軸箱的設(shè)計(jì)過程中 當(dāng) CAD 技術(shù)涉及到方案決策 評(píng)價(jià)分析 重 要參數(shù)選擇等方面的內(nèi)容時(shí) 往往需要人為地進(jìn)行較多的干預(yù) 設(shè)計(jì)師的水平在很 大程度上決定了多軸箱的設(shè)計(jì)水平 如果吸取領(lǐng)域?qū)＜以谠O(shè)計(jì)實(shí)踐中積累起來 的寶貴經(jīng)驗(yàn)并將其形成規(guī)則用來指導(dǎo)設(shè)計(jì)師 使多軸箱 CAD 系統(tǒng)向智能型方向 發(fā)展 勢(shì)必會(huì)減少人為干涉 從而提高多軸箱的設(shè)計(jì)質(zhì)量及其設(shè)計(jì)效率 1 多軸箱 CAD 的關(guān)鍵技術(shù) 多軸箱 CAD 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于將 CAD 技術(shù)靈活應(yīng)用于傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 和干涉檢驗(yàn) 傳動(dòng)方案的確定是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵 主要有傳動(dòng)比的分配 齒輪模 數(shù)的選用 傳動(dòng)鏈的分組以及傳動(dòng)模型的選擇 確定齒輪參數(shù) 其次是干涉檢 驗(yàn)過程 主要檢驗(yàn)齒輪之間 齒輪與軸或軸套之間 齒輪與箱體之間的干涉情況 提高這兩部分的智能化程度是多軸箱 CAD 系統(tǒng)的關(guān)鍵 2 多軸箱 CAD 的研究現(xiàn)狀 2 1 國(guó)外現(xiàn)狀 國(guó)外組合機(jī)床 CAD 技術(shù)的研究開展得較早 上世紀(jì) 60 年代初 一些工業(yè)發(fā) 達(dá)國(guó)家首先在多軸箱 CAD 方面開展研究 尤其是進(jìn)入 80 年代以來 隨著計(jì)算機(jī) 技術(shù)的發(fā)展 交互式繪圖和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)等發(fā)展和應(yīng)用 使組合機(jī)床 CAD 技術(shù) 使用范圍不斷擴(kuò)大 如美國(guó)的 INGERSOLL KINGSBURY BURGMAST CINCIN NATI MILACRON LAMB CROSS 等機(jī)床公司 德國(guó)赫勒 許勒 Huller Hille 公 司 英國(guó)克勞斯 Cross 公司 組合機(jī)床已經(jīng)向 CAD CAM 集成系統(tǒng)發(fā)展 其中多軸 箱模塊化設(shè)計(jì)已趨于成熟 2 2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 上世紀(jì) 70 年代初 大連組合機(jī)床研究所已開始這方面的研究工作 1978 年 組合機(jī)床 CAD 技術(shù)列為國(guó)家機(jī)械工業(yè)重點(diǎn)項(xiàng)目 從此開始了我國(guó)組合機(jī)床 CAD 技術(shù)的研究 目前 大連機(jī)床廠 常州機(jī)床總廠 武漢機(jī)床集團(tuán)公司 安陽(yáng)第二 機(jī)床廠 保定第二機(jī)床廠 濟(jì)寧機(jī)床廠和大連組合機(jī)床研究所等 在組合機(jī)床設(shè) 計(jì)中普遍應(yīng)用 CAD 技術(shù) 近年來 隨著 CAD 技 術(shù)的日益成熟 Pro E UG Solid Edge AutoCAD 等多種 CAD 技術(shù)已廣 泛應(yīng)用于組合機(jī)床設(shè)計(jì) 其中 有關(guān)多軸箱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究工作也相應(yīng)取 得了很大成就 已經(jīng)研制出較多有效的軟件系統(tǒng) 1 大連組合機(jī)床廠研制的多軸箱 CAD 系統(tǒng)通過數(shù)學(xué)模型模擬多軸箱運(yùn)轉(zhuǎn)情 況 檢驗(yàn)多軸箱的所有幾何干涉 轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向錯(cuò)誤 并能自動(dòng)生成多軸箱的裝配表 零件明細(xì)表 裝配圖和零件加工圖等 軟件設(shè)計(jì)科學(xué) 嚴(yán)謹(jǐn) 2 河南科技大學(xué)根據(jù)組合機(jī)床的設(shè)計(jì)特點(diǎn) 結(jié)合先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù) 在三維設(shè)計(jì)軟 件 UG 的平臺(tái)上進(jìn)行二次開發(fā) 建立了組合機(jī)床 CAD 系統(tǒng) 其中 多軸箱的設(shè)計(jì)包 括多軸箱體的設(shè)計(jì)和傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)兩部分 多軸箱設(shè)計(jì)模塊在多軸箱總體裝 配模型的設(shè)計(jì)平臺(tái)上 通過友好的人機(jī)交互界面接受用戶輸入的數(shù)據(jù) 多軸箱體 的設(shè)計(jì)過程是調(diào)用多軸箱體零件并根據(jù)參數(shù)更新模型 主軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng)可以分 為六種基本的傳動(dòng)模型 主軸箱設(shè)計(jì)圖形庫(kù)中包括這六種基本傳動(dòng) 模型的模板 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程是調(diào)用基本傳動(dòng)模型 并通過不斷地組合形 成需要的傳動(dòng)總體系統(tǒng) 最后 配制成用戶需要的多軸箱結(jié)構(gòu)形式 4 此軟件采 用三維形式表達(dá)多軸箱的傳動(dòng)系統(tǒng) 便于干涉檢驗(yàn)及參數(shù)的更改 3 廣西工學(xué)院利用三維 CAD 軟件 Solid Edge9 0 開發(fā)針對(duì)多軸箱的三維變 量化 CAD 系統(tǒng) 所謂變量化設(shè)計(jì)是一種基于用戶設(shè)計(jì)層次的設(shè)計(jì)方法 它將圖 形的尺寸關(guān)系和幾何關(guān)系以變量的形式表示 通過對(duì)圖形變量的賦值 以實(shí)現(xiàn)圖形 的生成或修改 從而得到所需的設(shè)計(jì)圖形 按這種方法設(shè)計(jì)多軸箱 不僅大大減少 了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì) 計(jì)算和繪圖工作量 而且設(shè)計(jì)出的多軸箱三維模型直觀 可 視性強(qiáng) 檢查各種干涉方便快捷 如發(fā)現(xiàn)問題可再次修改變量 以滿足設(shè)計(jì)要求 此外 還可利用 Solid Edge 的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬功能對(duì)裝配好的多軸箱進(jìn)行模擬旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng) 更好地觀察多軸箱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 使得設(shè)計(jì)更趨于合理 4 黃石高等?？茖W(xué)校以 AutoCAD 為平臺(tái) 開發(fā)組 合機(jī)床多軸箱傳動(dòng)總體方案設(shè)計(jì) CAI 課件 該軟件利用 AutoCAD 的內(nèi)嵌 AutoLISP 語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn) AutoCAD 二次開發(fā) 5 在 AutoCAD 中建立設(shè)計(jì)菜單 該菜單包括設(shè)計(jì)軟件說明 使用方法選擇 箱體選擇 軸徑計(jì)算 傳動(dòng)方案設(shè) 計(jì) 干涉檢查和輸出結(jié)果等項(xiàng) 其中 關(guān)鍵性的模塊是傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)和干涉檢查 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)包括分配傳動(dòng)比 選用齒輪模數(shù) 傳動(dòng)鏈分組 確定齒輪參數(shù)等 干涉檢查模塊主要檢查指定齒輪與軸或軸套是否發(fā)生干涉 用戶完成傳動(dòng)系統(tǒng)初 步方案后 由于圖中僅畫出各齒輪的分度圓 有時(shí)對(duì)齒輪或軸套是否發(fā)生干涉用肉 眼難以判斷 調(diào)用該模塊 用鼠標(biāo)先后點(diǎn)取需檢查的齒輪分度圓和軸心 便自動(dòng)顯 示檢查結(jié)論 若發(fā)生干涉 允許用戶修改參數(shù) 此 CAI 課件通過友好的人機(jī)交互 界面得到了多軸箱的設(shè)計(jì)結(jié)果 既有利于掌握設(shè)計(jì)方法 又避免繁雜的計(jì)算 使學(xué) 習(xí)效率大大提高 適用于教學(xué) 另外 燕山大學(xué) 揚(yáng)州大學(xué) 揚(yáng)州柴油機(jī)廠 華北電力 大學(xué) 渝州大學(xué)等部門也針對(duì)多軸箱開發(fā)了 CAD 設(shè)計(jì)軟件 輔助完成從組合機(jī)床 多軸箱設(shè)計(jì)到繪圖的全過程 綜觀國(guó)內(nèi)外多軸箱的設(shè)計(jì)軟件 其優(yōu)點(diǎn)可歸納為 1 多 軸箱組成部件的模塊化設(shè)計(jì)已基本實(shí)現(xiàn) 通過引入 CAD 技術(shù)如 Solid Edge UG AutoCAD 等來完成組成構(gòu)件的參數(shù)化 模塊化設(shè)計(jì) 2 各構(gòu)件干涉 校核部分也比較完善 尤其是在三維設(shè)計(jì)軟件 SolidEdge UG 等平臺(tái)上開發(fā)的多 軸箱 CAD 系統(tǒng) 設(shè)計(jì)過程比較形象直觀 干涉校核方便快捷 易更改 但也均存在 一定的缺陷 如關(guān)于傳動(dòng)路線的確定 基本上靠設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)來決策 還沒有形成 一種規(guī)則來引導(dǎo)設(shè)計(jì)者 或者是生成一種專家系統(tǒng)來指導(dǎo)設(shè)計(jì)者 整個(gè)多軸箱的設(shè) 計(jì)過程基本上是將組成部件進(jìn)行羅列 堆積 最后形成所需要的模型 智能化程度 比較低 這樣多軸箱的設(shè)計(jì)周期及設(shè)計(jì)質(zhì)量均無(wú)法保證 所以這些設(shè)計(jì)軟件比較 適用于小范圍修改多軸箱的設(shè)計(jì) 3 多軸箱 CAD 發(fā)展趨勢(shì) 針對(duì)組合機(jī)床的功能及特點(diǎn) 它是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效 高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì) 性生產(chǎn)的重要設(shè)備 隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 作為組合機(jī)床的主要應(yīng)用對(duì)象 如汽車 拖拉機(jī) 發(fā)動(dòng)機(jī) 摩托車及其發(fā)動(dòng)機(jī)等行業(yè)有了更深刻的變化 產(chǎn)品壽命周期不 斷縮短 品種日益增多 加工產(chǎn)品不同 組合機(jī)床不同 多軸箱也不同 這要求工 程技術(shù)人員要不斷地提高產(chǎn)品的開發(fā)能力 以滿足市場(chǎng)要求 因此 如何高效 高 質(zhì)量地設(shè)計(jì)出多軸箱已經(jīng)成為組合機(jī)床廠家的追求目標(biāo) 就目前研究狀況 CAD 技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多軸箱設(shè)計(jì) 為設(shè)計(jì)人員提供了方便 快捷 高效的設(shè)計(jì)工 具 但其智能化程度不高 目前 硬件 軟件 智能化等技術(shù)的發(fā)展 為開發(fā)更先 進(jìn)的多軸箱的設(shè)計(jì)軟件提供了必要的技術(shù)基礎(chǔ) 從硬件看 存取容量 存取速度 不斷增大 數(shù)據(jù)處理 科學(xué)計(jì)算的功能不斷增強(qiáng) 為開發(fā)軟件提供了更強(qiáng)硬的設(shè)備 后盾 從軟件看 CAD 專業(yè)軟件的家族不斷壯大 如 Pro E Solid Edge UG AutoCAD 等 及一些計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言諸如 VB VBA AutoLISP VC VB NET 等不斷更新 為機(jī)械 CAD 軟件開發(fā)提供 了有力的工具 可以運(yùn)用這些工具在 CAD 專業(yè)軟件的平臺(tái)上開發(fā)出符合用戶要 求的設(shè)計(jì)系統(tǒng) 既解決了使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言開發(fā)的專用系統(tǒng)難度大 成本高的難題 又彌補(bǔ)了單使用通用商品化 CAD 專業(yè)軟件效率不高的缺陷 這為多軸箱 CAD 設(shè) 計(jì)提供了豐富的開發(fā)工具 從 CAD 智能化的發(fā)展趨勢(shì)看 在人工智能技術(shù)飛速發(fā) 展的前提下 隨著知識(shí)工程技術(shù)的發(fā)展和深入研究 智能化 CAD 系統(tǒng)將應(yīng)運(yùn)而生 智能 CAD 軟件采用動(dòng)態(tài)導(dǎo)航技術(shù) 智能型知識(shí)檢索工具和知識(shí)推送工具 3 為 多軸箱 CAD 設(shè)計(jì)向更高層次發(fā)展提供了理論基礎(chǔ) 專家系統(tǒng)技術(shù)的引入可以 提高多軸箱設(shè)計(jì)軟件的智能化程度 它是人工智能技術(shù)的一個(gè)分支 其結(jié)構(gòu)一般 包括人機(jī)接口 推理機(jī) 知識(shí)庫(kù)及其管理系統(tǒng) 數(shù)據(jù)庫(kù)及其管理系統(tǒng) 知識(shí)獲 取機(jī)構(gòu) 解釋機(jī)構(gòu)六部分 它能根據(jù)當(dāng)前已知的事實(shí) 利用知識(shí)庫(kù)中的事實(shí) 按一 定的推理方法和控制策略進(jìn)行推理 求得問題的答案 專家系統(tǒng)技術(shù)可將此領(lǐng)域?qū)?家設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)歸納和利用 推進(jìn)了設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的提高 就目前國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 來說 多軸箱的設(shè)計(jì)軟件雖多 但涉及專家系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)軟件還未見到 還停留 在模塊化設(shè)計(jì)的階段 沒有形成一種智能型 CAD 設(shè)計(jì)系統(tǒng) 如果在多軸箱 CAD 系統(tǒng)中引入專家系統(tǒng)技術(shù) 使整個(gè)設(shè)計(jì)過程中利用專家的經(jīng)驗(yàn)來模仿人的行為進(jìn) 行思考和推理 這將是順應(yīng) CAD 的主要發(fā)展趨勢(shì)的多軸箱設(shè)計(jì)系統(tǒng) 4 結(jié)語(yǔ) 以知識(shí)為基礎(chǔ)的專家系統(tǒng)可幫助設(shè)計(jì)師進(jìn)行判斷 推理和決策 可以提高設(shè) 計(jì)軟件的智能化程度 引入人工智能技術(shù) 搜集并整理此領(lǐng)域的專家經(jīng)驗(yàn) 用它來 模擬專家的設(shè)計(jì)過程 協(xié)助設(shè)計(jì)人員完成評(píng)判 推理 確定最優(yōu)化方案整個(gè)過程 將專家系統(tǒng)技術(shù)與 CAD 技術(shù)相結(jié)合來開發(fā)多軸箱的 CAD 設(shè)計(jì)軟件 勢(shì)必既縮短 多軸箱的設(shè)計(jì)周期 又提高其設(shè)計(jì)質(zhì)量及智能化程度 較好地適應(yīng)市場(chǎng)的需求 參考文獻(xiàn) 1 大連組合機(jī)床研究所 組合機(jī)床設(shè)計(jì) 機(jī)械部分 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1975 2 殷國(guó)富 工程專家系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用 M 成都 成 都科技大學(xué)出版社 1993 3 王文娟 CAD 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)與機(jī)械制造企業(yè)對(duì)策 J CAD CAM 與制造業(yè)信息化 2005 5 4 李春梅 崔鳳奎 組合機(jī)床 CAD 系統(tǒng) J 機(jī)械加工 與自動(dòng)化 2004 10 5 劉國(guó)光 葉茂 組合機(jī)床多軸箱設(shè)計(jì) CAI 課件 J 黃石高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào) 2000 6 作者簡(jiǎn)介 趙紅美 碩士研究生 研究方向 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與 制造 李靜 教授 碩士生導(dǎo)師 主要從事理論力學(xué)和機(jī)械設(shè)計(jì) 教學(xué)及 CAD 研究 作者通訊地址 河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院 2004 研 071001