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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
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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)速可無級(jí)調(diào)速,這是因?yàn)樗刹捎米冾l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
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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)黃石高等專科學(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)＜以O(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。
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黃石高等專科學(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)