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变双曲圆弧齿线圆柱齿轮专用机床的模块化设计

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机械工程学报 2021年第3期57卷 77-86页

作者：张海燕侯力罗岚梁爽冷松四川大学机械工程学院成都610065

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮具有小型、重载、高可靠性等特点,应用前景广阔。为推广这种新型传动的应用,开展针对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮专用机床的模块化设计方法的研究。根据此专用机床的功能需求,以设计概念为主线,以功能-原理-行为-结... 详细信息

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮具有小型、重载、高可靠性等特点,应用前景广阔。为推广这种新型传动的应用,开展针对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮专用机床的模块化设计方法的研究。根据此专用机床的功能需求,以设计概念为主线,以功能-原理-行为-结构设计过程模型为映射及相关性分析原则获得系统零部件的综合相关关系矩阵,在此基础上应用间隙统计和自组织神经网络映射相结合的方法对系统进行聚类,得到多种模块划分方案。最后,基于逼近理想解排序法对模块划分方案进行了优选,得到了最理想的划分方案。对变双曲圆弧齿线圆柱齿轮专用机床的模块化方法的研究能够实现此机床的快速设计,为机床的可重构奠定了基础。

关键词：齿轮机床新型传动模块化设计可重构机床

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可重构机床模块划分研究

农业机械学报 2010年第7期41卷 198-204页

作者：黄华李爱平徐立云同济大学现代制造技术研究所上海201804

综合考虑重构需求、结构功能和生命周期的影响,使用柔性模块划分方法对可重构机床模块划分进行了研究。采用层次分析法对影响模块形成的因素进行了权重分配,得到了机床零件之间的交互值并形成了相关矩阵,使用模糊聚类法对相关矩阵进行操... 详细信息

综合考虑重构需求、结构功能和生命周期的影响,使用柔性模块划分方法对可重构机床模块划分进行了研究。采用层次分析法对影响模块形成的因素进行了权重分配,得到了机床零件之间的交互值并形成了相关矩阵,使用模糊聚类法对相关矩阵进行操作;考虑到可重构机床的特殊性,对其控制系统也进行了模块划分,最后得到了可重构机床模块划分的总体方案。

关键词：可重构机床模块划分模糊聚类

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可重构机床的构形设计方法及选择研究

可重构机床的构形设计方法及选择研究

作者：王思明北京理工大学

学位级别：硕士

可重构机床(Reconfigurable machine tool,RMT)是可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System,RMS)核心设备之一,其可重构性是制造企业实现制造过程智能化的关键点。而实现RMT重构的关键是有效的RMT设计方法及构形选择的研究... 详细信息

可重构机床(Reconfigurable machine tool,RMT)是可重构制造系统(Reconfigurable Manufacturing System,RMS)核心设备之一,其可重构性是制造企业实现制造过程智能化的关键点。而实现RMT重构的关键是有效的RMT设计方法及构形选择的研究。本文在围绕RMT的构形设计问题,在深入研究其特征的基础上,提出了基于模块化的可重构机床设计及构形的优选方法。主要对RMT设计过程中的加工对象、模块选择、构形形式及构形优选等基础理论与关键技术进行研究。首先从加工对象的特征出发,进行工序识别、划分及合并;然后针对已知工序,确定机床必须具备的功能和结构,继而映射为一系列机械模块并生成RMT的构形;接下来,在已生成的RMT构形的基础上,考虑多个关键指标进行构形优选;最后通过面向发动机缸体的加工实例验证对所提方法进行验证。本文具体研究内容如下:(1)考虑加工特征的RMT工序族构建。该部分主要提出了一种工艺需求特征模型─工序族,其为可以在同一RMT上加工的同一零件族内不同零件的工序集合。通过构建工序族,有效减少重构次数,保证加工效率。通过对工艺需求特征分析,建立了零件加工特征单元,实现对零件加工特征的形式化表达。在此基础上,建立相应的加工工艺特征库,实现加工特征到刀具的映射,对零件特征进行模糊聚类分析并按工艺原则进行排序,实现零件族加工工序族的重新构建。(2)基于工序族的RMT构形设计。本部分根据加工特征需求,提出了一种基于构形树和多色集合理论的RMT生成方法。该方法是利用旋量理论将加工工艺转化为RMT的功能需求,表达出机床间的拓扑关系和执行顺序。利用构形树将RMT需要的基本功能分配到机床的结构配置中,从而建立特征成型方式与RMT功能部件的映射关系。应用多色集合理论实现刀具侧部件与工件侧部件的组合,生成符合需求的RMT构形方案。(3)考虑多因素的RMT构形选择方法。本部分分析了影响RMT决策的三个重要指标,并建立评判RMT构形的指标模型,对生成的候选构形方案形成决策数据表。采用基于粗糙集的改进DEMATEL方法对可重构性、成本、误差三个指标进行分析,获取三个指标的权重值。在此基础上,基于VIKOR方法对候选构形集排序,从而选择最优方案。(4)RMT的构形设计和选择的实例分析。运用了面向发动机缸体的加工实例,对所提出的RMT构形设计和选择方法进行了验证,依次完成需求分析、构形设计和构形选择三个步骤。在构形探索中,面向同零件族不同零件之间转换的重构进行RMT构形的设计,获得可行的重构方案;通过所提RMT多目标决策方法从可行域中选择最优构形方案,验证了本课题方法的可行性和有效性。

关键词：可重构机床工序族构形设计构形选择

基于数字孪生的可重构制造系统重构时间点研究

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基于数字孪生的可重构制造系统重构时间点研究

作者：刘志豪天津职业技术师范大学

学位级别：硕士

今天的制造业在应对当前不确定市场趋势方面面临巨大挑战,由以前对产品数量的需求转变为对高质量的多样化产品的需求,对生命周期短、新产品和高度定制产品的需求,制造企业要保持持久的竞争力,必须要求其制造系统具有高度的灵活性、响应... 详细信息

今天的制造业在应对当前不确定市场趋势方面面临巨大挑战,由以前对产品数量的需求转变为对高质量的多样化产品的需求,对生命周期短、新产品和高度定制产品的需求,制造企业要保持持久的竞争力,必须要求其制造系统具有高度的灵活性、响应能力和性能。可重构制造系统可以通过对系统中的结构、硬件和软件进行重新配置,快速改变系统的加工功能和加工能力,从而达到对市场变化的快速响应。虽然可重构制造系统能够很好的应对市场需求的变化,但是何时进行系统的重构是一个难以抉择的问题。为了解决该问题,本文提出了一种基于数字孪生可重构的架构来对不同配置的制造系统性能进行预测,具体工作内容如下:(1)面向可重构制造系统何时进行重构的问题,结合数字孪生技术,提出一种基于可重构的数字孪生架构。从物理层、虚拟层、信息层三个层次对数字孪生架构进行分析设计,在物理层方面对物理实体数据的采集及传输做了描述及分析;虚拟层分为两部分,第一部分描述了映射实体设备的数字孪生五维模型,第二部分设计了生产产品在虚拟制造系统中的流动逻辑,并搭建虚拟调试系统对其逻辑进行控制驱动;最后在信息层针对订单需求,从虚拟制造系统的加工功能及能力两个方面进行分析,阐述其重构方法,并给出重构时间点重构区间的预测方法。(2)可重构制造系统进行重构时,其配置会发生变化,不同的配置具备不同的加工功能及能力,由当前生产阶段的系统配置转换到下一个生产阶段的系统配置,会对选择重构的时间点产生不同的影响。为了筛选出合适的可重构制造系统配置,研究了可重构制造系统的层次性,在设备级和系统级重构粒度上对可重构机床进行功能划分,得到一组满足加工功能的候选可重构机床;然后以最小化重构成本作为优化目标,并根据不同配置的加工能力,采用布谷鸟算法进行求解,从候选可重构机床中选择最优目标,得到不同的配置方案,并计算不同配置的重构时间点的重构区间。(3)搭建了数字孪生的可重构制造生产线,并对可重构系统的能力进行验证分析,确定多维变量耦合情况下的重构时间点。首先,基于数字孪生的五维模型对可重构机床进行构建,分别从几何特征、信息属性、运动模型、通讯脚本和控制模块详细地描述其建模流程;其次,在虚拟调试软件中编写了控制逻辑,并通过通讯模块连接数字孪生模型,控制虚拟制造生产线的运行过程;最后,给出了可重构制造系统在其中一种方案配置下加工能力的仿真数据,与上述计算得出的数据进行对比,表明数字孪生技术在该方面的工程实用性。

关键词：可重构制造系统数字孪生重构时间点可重构机床布谷鸟算法

可重构数控机床几何误差高效建模与敏感性研究

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可重构数控机床几何误差高效建模与敏感性研究

作者：宋占群扬州大学

学位级别：硕士

精度是机床的重要性能指标,几何误差又是影响机床加工精度的主要误差源之一,因此对机床进行几何误差建模与误差敏感性分析具有重要的现实意义。随着机械制造业对加工效率与经济效益要求的日益提高,可重构机床应运而生。可重构机床的结... 详细信息

精度是机床的重要性能指标,几何误差又是影响机床加工精度的主要误差源之一,因此对机床进行几何误差建模与误差敏感性分析具有重要的现实意义。随着机械制造业对加工效率与经济效益要求的日益提高,可重构机床应运而生。可重构机床的结构发生重组后,机床的几何误差模型与敏感几何误差也会随之发生改变,需再次进行计算分析。此外,传统的机床几何误差建模结果中含有大量的误差高阶项,误差补偿显式推导和敏感误差的分析均需要巨量的计算,复杂过程不利于可重构机床几何误差模型的高效建立及敏感误差项的快速辨识。为此,本文针对可重构机床的几何误差高效建模与敏感误差快速辨识展开研究,主要包括以下内容:1.基于多体系统理论提出了一种无误差高阶项产生的数控机床几何误差高效建模方法。首先建立数控机床包含各运动部件的位姿变换矩阵、位姿误差变换矩阵、运动变换矩阵以及运动误差变换矩阵的综合运动变换矩阵模块,然后根据高效算法建立机床各运动链末端相对于床身无误差高阶项的综合运动变换矩阵,最后建立无误差高阶项的数控机床几何误差模型。该方法可实现机床几何误差模型的快速建立,大大降低了建模工作量,提高了计算效率,同时能避免人工消除误差高阶项时易出现的错误,并且其模块化的建模形式,能够对机床结构重组后的几何误差模型做出快速响应。2.采用偏微分法和Morris全局灵敏度分析法分别对三轴和五轴可重构数控机床的敏感几何误差进行分析,经过系统性的分析计算,研究了可重构机床敏感几何误差随机床结构变化的规律,总结了敏感几何误差与机床结构配置间的关联规律,可根据结构配置信息直接辨识出x、y、z坐标方向的敏感几何误差项,避免了为辨识不同结构机床的敏感几何误差而进行的误差重复建模和分析过程,可提高敏感几何误差的辨识效率。3.研究了基于无误差高阶项高效建模方法的机床实际逆向运动学,推导了误差补偿代码显式,通过仿真切削和实验对补偿方法进行验证。基于所提的敏感几何误差与机床结构间的关联规律,通过数值模拟的方式验证了敏感误差辨识结果。分析表明了本文所提无误差高阶项几何误差建模和补偿方法以及可重构机床敏感几何误差结构关联规律的准确性。

关键词：机床几何误差可重构机床多体系统理论误差高阶项偏微分法 Morris全局灵敏度分析法敏感几何误差

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一种可调姿态的机床模块机械接口设计与分析

机械强度 2021年第3期43卷 643-650页

作者：王永泉张广鹏雷建鸣西安理工大学机械与精密仪器工程学院西安710048 湖北汽车工业学院机械工程学院十堰442002

可重构机床通过其功能模块互换来实现零件族内各零件的加工转换,然而受机床结构布局和模块自重等影响,如何保证模块可互换条件下的机床整机性能与精度要求是可重构机床研究领域中的难题。提出一种可实现模块姿态微调整又能保证机床整机... 详细信息

可重构机床通过其功能模块互换来实现零件族内各零件的加工转换,然而受机床结构布局和模块自重等影响,如何保证模块可互换条件下的机床整机性能与精度要求是可重构机床研究领域中的难题。提出一种可实现模块姿态微调整又能保证机床整机刚度的机械接口装置,该接口采用梳齿结合面及辅助支撑实现机床模块间的精准定位和刚性连接,通过锁紧螺栓对弹性胀紧球接口单元施加预紧变形实现模块姿态的微调整,由接口单元内钢球的不同布置协调预紧变形与接口联接刚度;建立了该机械接口的有限元模型,分析了不同结构尺寸和受力条件对机械结构接口刚度特性的影响规律,为该机械接口的进一步应用提供了理论依据。

关键词：可重构机床功能模块机械接口姿态调整

面向箱体类零件群的可重构机床结构设计原型软件开发

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面向箱体类零件群的可重构机床结构设计原型软件开发

作者：李冲西安理工大学

学位级别：硕士

可重构制造系统通过对其机床结构或组成单元进行快速调整,以解决批量加工行业所面临的柔性化市场响应与低成本、高效率加工之间的矛盾。可重构机床作为可重构制造系统的核心装备,其结构的优劣将直接影响可重构制造系统的性能和效率。目... 详细信息

可重构制造系统通过对其机床结构或组成单元进行快速调整,以解决批量加工行业所面临的柔性化市场响应与低成本、高效率加工之间的矛盾。可重构机床作为可重构制造系统的核心装备,其结构的优劣将直接影响可重构制造系统的性能和效率。目前,诸多学者对可重构机床设计和可重构制造系统的应用进行了大量研究,但尚未形成系统化的可重构机床设计方法及成熟的应用软件,为此本文开展面向箱体类零件群的可重构机床结构设计研究,并开发原型软件系统,主要研究内容如下:(1)研究面向箱体类零件的可重构制造工艺方案。以箱体类零件的加工信息为基础,根据自然工序单元、工序单元、工序段等概念,采用分级运算和树状图方法生成箱体类零件的工艺方案,通过平衡率筛选和相似性比较实现零件族内不同零件的工艺方案的筛选,优选出零件族工艺方案作为可重构机床结构设计的基础;(2)建立零件加工工艺方案、可重构机床运动功能方案以及机床结构设计三者之间的关联关系。从零件群工艺方案出发,选择合适的模块,基于模块联接关系和接口信息,自动生成可重构机床结构布局方案;(3)建立可重构机床方案优选方法。针对同一运动功能式生成多种可重构机床结构布局方案,在考虑导轨结合部和螺栓结合部因素下,通过有限元进行RMT整机静态特性分析,以刀具位移量为指标进行机床结构优选,并对优选后结构进行动态特性分析;(4)基于C#语言,结合数据库软件开发了面向箱体类零件的可重构机床结构设计原型软件系统,实现了可重构机床与可重构制造系统的自动生成,并以箱体类零件为例,进行了可行性验证。

关键词：可重构机床工艺方案结合部特性整机特性分析可重构制造系统

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基于连结关系图的网络化可重构机床结构建模

计算机集成制造系统 2015年第11期21卷 2893-2900页

作者：孟秀丽南京财经大学工业工程系江苏南京210023

为了能够对生产制造过程的需求变化进行快速响应并获得机床资源成本的最佳经济效益,提出基于连结关系图法的网络化可重构机床的结构建模和仿真方法。通过分析用户需求以获取工序加工信息,提取可重构机床为完成加工任务所需执行的一系列... 详细信息

为了能够对生产制造过程的需求变化进行快速响应并获得机床资源成本的最佳经济效益,提出基于连结关系图法的网络化可重构机床的结构建模和仿真方法。通过分析用户需求以获取工序加工信息,提取可重构机床为完成加工任务所需执行的一系列运动,并利用齐次变换矩阵建立可重构机床基本功能的运动学模型。根据加工操作的功能需求,用连结关系图法对机床拓扑结构进行描述,生成候选可重构机床的形式化表示,并根据可重构机床和机械模块的运动学模型在机床模块库中选择合适的机床模块,合成满足运动需求、结构需求和重构需求的可重构机床配置。通过基于Internet的机床运动仿真和机床结构验证,说明了所提方法的有效性。

关键词：可重构机床运动仿真连结关系图法结构配置

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可重构机床整个寿命周期的配置设计方法

机械工程 2004年第5期15卷 418-422,426页

作者：许虹唐任仲程耀东浙江大学机械与能源工程学院杭州310027

提出了一种在可重构机床配置设计的初期 ,对机床整个寿命周期的变化需求 (零件混流和产量 ) ,生成经济的经过整个寿命周期所有需求阶段的配置路径的方法。建立了固定需求阶段的机床成本模型 ,并利用整数线性规划方法得到固定需求阶段的... 详细信息

提出了一种在可重构机床配置设计的初期 ,对机床整个寿命周期的变化需求 (零件混流和产量 ) ,生成经济的经过整个寿命周期所有需求阶段的配置路径的方法。建立了固定需求阶段的机床成本模型 ,并利用整数线性规划方法得到固定需求阶段的可重构机床最佳配置 ;提出了可重构机床配置相似性概念 ,在此基础上 ,利用改进的遗传算法生成固定需求阶段的可选可重构机床配置方案 ;通过计算相邻需求阶段的机床配置相似性来评价可重构性 ,并再次利用改进的遗传算法获得经过可重构机床整个寿命周期所有需求阶段的最优配置路径。

关键词：可重构机床零件固定配置方案需求寿命周期阶段成本模型路径经济