齒輪加工加工中心的可重構特性研究
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：海天精工 備注：為保證文章的完整度，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試，手機瀏覽可能無法正常使用！引言齒輪產品作為基礎傳動部件，廣泛地應用于各種機械產品及零部件之中。經濟全球化以來，產品更新?lián)Q代加快，傳統(tǒng)的齒輪加工加工中心功能單_，無法滿足客戶需求的多樣化和定制化。研發(fā)能快速響應市場需求而實現(xiàn)功能重構的齒輪加工加工中心有助于加工中心制造企業(yè)在激烈的市場競爭中脫穎而出。基于模塊化設計基礎上發(fā)展起來的可重構概念，為加工中心產品快速開發(fā)提供 了新的思路。國內外一些學者對可重構加工中心進行了大量研究并取得了一系列成果。K:I|Z. K 111提出一些可重構加工中心的設計準則及其在不同加工中心配置中的應用；Y. koren [a通過對可重構及可重構制造系統(tǒng)的研究，提出了 一個可重構加工中心概念設計原型；Ahele. K 131等研究可重構加工中心模塊的接口參數(shù)對加工中心性能的影響；許虹111從可重構加工中心設計原理及方法學、模塊化設計、全生命周期配置設計等方面進行了理論研究；黃筱調S從細化模塊結 構、提高加工中心資源利用率和重構效率出發(fā)設計出滾、銑可重構主軸加工頭；李一全0通過對車銑微加工系統(tǒng)的深入研究，設計出兩種應用于主軸模塊和工作臺模塊的新型接口；張浩0針對可重構加工中心模塊配置設計方案優(yōu)選問題，提出了基于集對分析的多目標綜合評價方法。但大多數(shù)研究內容偏于理論,或局限于重構設計的某一部分,沒有結合實例對可重構加工中心特性和設計進行系統(tǒng)的研究。本論文以齒輪加工加工中心為研究對象，從齒輪加工可重構加工中心設計制造的整個過程^寸可重構加工中心的模塊劃分、模塊設計及配置設計和評價方法三方面進行了研究。通過模塊設計和配置設計使可重構加工中心能在多種目標功能之間實現(xiàn)轉換。1模塊劃分合理的模塊劃分是可重構的實施關鍵，影響著重構產品的性能、重構過程的復雜性以及模塊的重用度。FPBS M是_種基于功能^原理^行為^結構映射的模型分解理論，是加工中心模塊化分的關鍵理論方法。功能、原理、行為、結構代表加工中心不同方面的信息，功能是對產品滿足客戶需求的特定工作能力的描述,是加工中心設計的目的;原理描述實現(xiàn)加工中心產品功能的工作機理,是功能實現(xiàn)的機理;行為描述實現(xiàn)加工中心產品功能需要執(zhí)行的動作，是原理在運動域的體現(xiàn);結構描述加工中心產品的物理組成要素及其連接關系，是實現(xiàn)功能的最終實物載體。圖1是滾齒加工中心基于FPBS的模型分解過程。圖1滾齒加工中心的FPBS模型分解過程由功能、原理、行為、結構的關系可看出，劃分求解過程是一個功能^原理求解；原理^行為分析；原理、行為—結構映射;結構_>功能分解的過程。通過模型分解完成了從功能域向原理域的過渡,原理域向行為域的分解以及行為域向結構域映射，最終實現(xiàn)功能域向的結構模塊的映射。齒輪作為主要的機械傳動件在機械工程中應用非常廣泛。使用環(huán)境的不同使得齒輪的形狀、精度和表面質量各有差異。在精度要求、加工效率和經濟效益等的驅使下不同齒輪選擇不同的加工工藝。基于FPBS模型分解原理,對滾齒、銑齒和磨齒加工工藝分解到行為域，結果如表1所示，表中表示各功能模型行為域的需求;1表示需要相應行為自由度;0表示不需要。 表1功能模型分解 功能 尤軸 F軸 Z軸 4軸 C軸 主軸 滾齒 1 0 1 1 1 1 銑齒 1 0 1 1 1 1 磨齒 1 1 1 1 1 1 表中為各加工中心功能域分解到行為域的行為需求,行為需求映射到結構域即為物理模塊。在不同功能的加工中心中，相同行為需求映射到結構域不一定對應相同模塊，行為域映射到結構域的差異即為功能重構時實現(xiàn)模塊替換的原因所在。圖2為可重構加工中心理論設計過程，由功能域向行為域分解，求解出自由度需求；再由行為域向結構域映射，設計出結構模塊;再通過模塊組合形成物理加工中心。通過分析各目標加工中心的模塊需求，進行模塊替換和增減實現(xiàn)加工中心的重構過程。2配置設計及模塊設計在產品概念設計中功能屬于抽象層,是設計者主觀意圖的載體;結構屬于物理層，是功能實現(xiàn)的物理載體。可重構加工中心的設計目的為實現(xiàn)功能的可轉換，途徑是通過對結構模塊的變更。加工中心重構過程的實質是以模塊為基礎，對加工中心通過多個存在模塊結構的增減和替換,重新配置成滿足相應需求功能的加工中心的過程。模塊設計和配置設計成為可重構加工中心設計的重要環(huán)節(jié)。2.1配置設計配置不是簡單的模塊重組，它還是一個結構再設計過程。對各功能模型進行合理的配置設計將提高機床的重構效率和重用度,在保障功能的基礎上******限度的提高資源的利用率。如何配置加工中心結構使加工中心實現(xiàn)高加工效率、高級精度和高生態(tài)效率又能減少重構資源投入、提高模塊重用度，是進行功能重構快速響應市場的需求變化的關鍵所在。加工中心結構配置需綜合考慮重構成本、可裝配性、可拆卸性、重構效率等。行為需求與結構之間的映射并不是唯一,相同的行為需求通過不同的設計方案可以配置出不同的結構。合理的配置設計既要考慮各種工藝特點又要考慮重構效率。結合加工中心結構設計經驗，為減少重構時間、提高模塊重用度，將目標加工中心統(tǒng)一設置為某_種結構,例如將四自由度設計為RLLR配置結構，如圖3;五自由度加工中心設計為RLLLR配置結構j卩圖4。通過標準化設計,通過模塊添加來實現(xiàn)重構。 2.2模塊設計通過FPBS的產品模型分解和結構配置設計得到的模塊結構保證了功能之間的獨立性,但沒有解決重構過程中模塊替換、組合、裝配的干涉等問題。模塊設計是保障加工中心重構得以實施的基礎。模塊設計的目的是確保模塊替換和增減的順利實施以及替換后的加工中心能順利的實現(xiàn)相應的功能。模塊設計包括模塊結構設計和接口設計。模塊結構設計是為了滿足實現(xiàn)功能轉換的要求，不同加工工藝的受力不同，在進行模塊設計時應綜合考慮各種工況，以性能最高的要求為準則進行模塊設計，以一定的性能冗余,確保轉換后的加工中心能夠實現(xiàn)相應的功能。接口設計包含接口標準化和冗余接口設計:為了確保模塊替換后各模塊得以重新配合，對特定接口進行標準化；出于加工中心結構的限制和設計要求，采用原來的接口不能很好的滿足設計要求時就需要設計冗余接口。圖5為通過接口標準化和冗余接口設置實現(xiàn)重構的過程，通過立柱與y軸托板的導軌型號、導軌間距和絲杠螺母座的標準化實現(xiàn)模塊增減時順利配合；出于加工中心結構緊湊要求，通過冗余接口設計使得重構前后主軸托板由中心驅動變?yōu)槠尿寗蛹庸ぶ行慕Y構更加緊湊。solidworks實現(xiàn)了一款滾、銑、磨可重構齒輪加工加工中心虛擬樣機設計。通過滾、銑、磨齒加工中心的模型分解、模塊設計和配置設計形成可重構加工中心模塊庫，模塊庫中的模塊可以細分為公共模塊、專有模塊和可擴展模塊。公共模塊是可重構加工中心重構實現(xiàn)前后加工中心都公用的機床模塊;專有模塊為可重構加工中心某一特定功能所特有的模塊;可擴展模塊是重構實現(xiàn)前后功能擴展部分的模塊。這幾種模塊在重構過程中分別對應模塊復用，模塊替換和模塊擴展。表2為借助solidworks設計的可重構加工中心模塊，公共模塊有:轉臺模塊、床身模塊、立柱模塊和主軸托板模塊;專有模塊是各主軸模塊;擴展模塊是F軸托板模塊。3.2可重構加工中心配置方案評價可重構加工中心的可重構效率和模塊復用率是評價可重構設計的關鍵因素。針對模塊復用率的評價問題引入集對分析進行分析。分析過程如下:結構配置A對應功能需求1,結構配置B對應功能需求2,對兩種配置的進行分析,得到模塊參數(shù)。其中S為兩配置中復用模塊的個數(shù)，五為兩配置中擴展模塊的個數(shù)，/)為專有模塊的個數(shù)，則兩種配置的聯(lián)系度為： 5 E . D . j. /n\ ^ = ~N +~Nl +~N} " a+b } ⑴式中，fl+6+c = 1沁為聯(lián)系度；|為同一度,簡記為«; i為擴展度,簡記為6; ■!■為對立度，簡記為c。差異度系數(shù)；描述了某些配置既不屬于同一性、又不屬于對立性，i e (0,1)。設整個重構配置系統(tǒng)設計總共需滿足m種功能需求，總共有n種可重構配置方案。在一種配置方案中，求每兩種功能需求對應的配置結構得聯(lián)系度^: ^ = at + Kl +fJ (2)式中，乂表示第A種配置方案中的第k個聯(lián)系度系數(shù)值，上標 A e ,下標/ce (1,2,…〇。得到整個配置方案的的聯(lián)系度表達式：^ = (i^x ⑶ K=1在/I種系統(tǒng)配置中聯(lián)系度越高的配置，在重構過程投入的成本越少，重構效率也越高。由此可知，整個可重構系統(tǒng)的重構效率，取決于配置系統(tǒng)內加工中心與機床的之間的共有結構、對立結構和擴展結構的個數(shù)。針對以上可重構加工中心配置方案，運用集對分析此重構加工中心的重構效率。由于模塊替換需要用新模塊替換舊模塊，故取對立度系數(shù)y = 0,差異度系數(shù)^ =0. 5。四種加工加工中心模型之間的重構策略有種。成形銑齒機和滾齒機的聯(lián)系度為0_ 8;銑齒機和磨齒機以及滾齒機和磨齒機聯(lián)系度為0.58;滾齒機和五軸加工中心的聯(lián)系度為0.917;銑齒機和五軸加工中心的聯(lián)系度為0.58;磨齒機和五軸加工中心的聯(lián)系度為0. 83,得到整個配置的聯(lián)系度“：ci Z = (!>«)/c】=〇.715«： = i整個重構加工中心配置設計重構率可達0_ 715,模塊復用度比較高，配置設計合理。 4結束語本文通過對齒輪加工工藝和可重構加工中心的研究設計出了_種面向齒輪加工的可重構加工中心模型。利用FPBS模型分解理論將不同功能需求映射成模塊結構需求，通過模塊設計和配置設計建立可重構加工中心模塊庫,在此基礎上通過模塊組合配置不同功能需求的機床，不同加工中心模型可以通過模塊替換、擴展和剪切來相互轉換。并提出了運用集對分析來評價可重構加工中心重構效率的,聯(lián)系度越高的可重構配置方案模塊復用度越高,相應的重構效率和重構過程中的資源投入越少。 _海天精工是一家集銷售、應用及服務于一體的公司。產品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產工廠設在廣東省寧波市，目前其生產的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務！聲明：本站文章均來自網絡，所有內容不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任！