可重構制造加工工藝設計

　　在當今全球制造業的大環境中，生產加工的變化是不可避免的，無論是關于技術變化、產品變化，還是制造過程的變化，這是每個企業必須面臨的問題之一【1】�？蛻舻男枨笤絹碓蕉鄻踊�，產品定制化的需求不斷增加，快速生產出新產品的壓力也越來越大【2】。最近的一項研究表明，在 1997 年到 2012 年期間，向客戶提供的產品種類增加了一倍多，且產品生命周期縮短了大約 25％【3】。因此，為了保持在全球市場上的競爭力，企業需要找到有效的解決方案來處理現有問題，快速的適應加工生產定制以及頻繁引入新產品。

　　傳統的制造系統，如剛性制造系統和柔性制造系統，雖然能滿足這些方面存在的重大問題，但是它們不能以合理的成本來滿足市場的需求【4】。在許多情況下，針對生產單一產品進行優化的專用生產線被證明不能滿足現有的情形，因為在產品種類多樣化，且縮短了產品生產周期，其剛性結構根本無法滿足需求的變化【5】，這可能導致專用機床在滿負荷下運行并且快速地響應現在的需求已經過時了【6】；而柔性制造系統雖然有在不同類型產品生產之間轉換的能力，但在其生產加工的過程中，過度靈活性帶來了低生產率和高投資低回報的問題【7-8】，如圖 1-1 所示。由于這些原因，上世紀 90 年代提出了可重構制造系統（Reconfigurable Manufacturing System，RMS）的概念，結合了傳統專用生產線的高產量和柔性制造系統的靈活性【5】。而構成可重構制造系統的基礎是可重構機床�？芍貥嫏C床是根據被加工零件的工藝方案重構而成，被加工零件的工藝方案將直接影響可重構機床的結構布局與整機性能。本文從可重構機床的結構特點出發，研究被加工零件群工藝方案的快速設計方法。

　　RMS 的設計宗旨是通過以高效、經濟的方式來反復改變結構和功能的能力，以滿足不同需求情況下的產品變化以及產品特性【9】。這通過六個核心特征來實現：定制化，可轉換性，可擴展性，模塊化，可集成性和可診斷性。定制是指機器和系統的靈活性被限制和定制到特定的部件或產品系列以達到高效率和靈活性【4】【8】�？赊D換性和可擴展性是指通過模塊化和可集成性來實現對系統以及機床結構和功能的修改。最后一個特點，可診斷性是指能夠讀取系統的狀態，并獲得必須進行修正以達到計劃性能的信息，這在每個后期加速階段尤其重要。有了這些特點，RMS 就能適應市場變化的條件，并且具有成本復用的效益和延長壽命，這就是為什么它被廣泛地標記為未來的制造模式的原因【10-11】。20 世紀 90 年代中期由美國密西根大學（University of Michigan）引入了具有專用串行線路和靈活制造系統優勢的可重構制造系統（RMS），以解決全球化帶來的挑戰。RMS的主要目標是提高制造系統對批量的產品快速轉換的響應能力【12】。

　　1994~1999 年期間，美國密西根大學建立了可重構制造系統工程研究中心（ERC/RMS），并獲得了國家科學基金（The National Science Foundation）與工業界 3080萬美元的支持，用于研究“重構方式對制造系統性能的影響”，“縮短可重構制造系統的設計制造周期”等課題，并與企業進行了合作，將研究得到的成果應用于加工生產的過程中【5】。1998 年美國國家研究委員會發表了一份“2020 年制造業面臨的挑戰”的研究報告。

　　在該研究報告中，專家確定了未來 20 年制造業即將面臨的六大挑戰和必須優先解決的 10項關鍵技術，RMS 被列為 10 大關鍵技術之首【13】。2001 年 5 月在美國密西根大學召開了第一屆可重構制造系統國際會議，主要圍繞了制造策略、系統建模與分析、可重構機床的設計思想以及可重構系統的監控與控制等方面做了進一步研究【14】。

　　2003 年 8 月在第二屆會議中主要圍繞了系統設計、控制，可重構機床的樣機設計、生產成本以及風險關系、可重構設備的裝配與重構做深入研究討論【15】。2005 年 5 月在第三屆會議中主要圍繞了可重構制造系統的故障診斷及檢測、控制系統、可重構機床在生產加工過程中的應用做了可行性分析【16】。

　　1998 年由北京機床研究所和清華大學在國家自然科學基金項目“快速重構制造系統理論與方法研究”【17】【18】的資助下，研究了可重構制造系統重構基礎、設計理論等。而且可重構制造系統也被國家自然科學基金列入“十五”計劃【19】。

　　2002 年在國家重大基礎科學研究 973 計劃的資助下，中國科學院自動化研究所開展了“生產制造系統重構過程的實時協調控制理論與方法研究”【20】，主要研究可重構制造系統的智能制造單元的建模理論以及優化方法和可重構制造系統的多自主協調以及控制理論與方法。

　　齊繼陽等人【21】先對制造系統的發展歷程進行了闡述，分析了專用制造系統、柔性制造系統和可重構制造系統的發展歷程以及專用制造系統、柔性制造系統在目前的制造業大環境中存在的優缺點以及可重構制造系統產生的必然性, 接著闡明了可重構制造系統的可變性、模塊化、集成性、可診斷性等特點, 從設施層講述了機床功能模塊劃分的合理性、模塊之間機械界面的標準化、研究機床可移動性和基于軟構件的設備層控制系統等重要技術, 從系統層論述了可重構制造系統的建模、制造系統可重構布局研究、車間層控制結構的研究、為縮短斜升時間的故障診斷和過程監控等重要技術, 最終對可重構制造系統的發展進行了展望。三大制造系統的發展歷程。

　　可重構制造加工工藝設計：

零件 1 外觀圖

零件 2 外觀圖

零件加工信息數據

加工信息輸入界面

加工信息導入界面

加工信息數據庫

驗證加工信息圖

目錄

　　1 緒論
　　　　1.1 研究背景及意義
　　　　1.2 可重構制造系統國內外研究現狀
　　　　1.3 可重構機床及其研究現狀
　　　　1.4 可重構制造工藝研究
　　　　1.5 本文主要研究內容
　　2 可重構制造工藝方案設計方法
　　　　2.1 基于工序單元的可重構制造工藝方案總體設計思路
　　　　2.2 零件加工信息的處理方法
　　　　2.3 工序單元確定方法
　　　　　　2.3.1 自然工序單元生成方法
　　　　　　2.3.2 工序單元生成方法
　　　　2.4 工序段生成方法
　　　　2.5 可重構制造工藝方案設計
　　　　　　2.5.1 工藝方案生成方法
　　　　　　2.5.2 可重構制造工藝方案選擇
　　　　2.6 本章小結
　　3 多軸箱條件基礎數據處理
　　　　3.1 多軸箱進給速度的確定
　　　　　　3.1.1 鉆孔進給速度區間確定
　　　　　　3.1.2 擴孔進給速度區間確定
　　　　　　3.1.3 鉸孔進給速度區間確定
　　　　　　3.1.4 鏜孔進給速度區間確定
　　　　　　3.1.5 攻螺紋進給速度區間確定
　　　　3.2 多軸箱最小主軸孔徑確定方法
　　　　　　3.2.1 鉆孔多軸箱最小主軸孔徑確定
　　　　　　3.2.2 擴孔多軸箱最小主軸孔徑確定
　　　　　　3.2.3 鉸孔多軸箱最小主軸孔徑確定
　　　　　　3.2.4 鏜孔多軸箱最小主軸孔徑確定
　　　　　　3.2.5 攻螺紋多軸箱最小主軸孔徑確定
　　　　3.3 多軸箱主軸孔系最小間距確定
　　　　3.4 本章小結
　　4 可重構制造工藝方案設計原型軟件系統開發
　　　　4.1 編程軟件簡介
　　　　4.2 零件加工信息的計算機處理
　　　　4.3 工序單元計算機處理方法
　　　　　　4.3.1 自然工序單元的計算機自動確定
　　　　　　4.3.2 工序單元的自動確定
　　　　4.4 工序段方案的自動確定
　　　　4.5 工藝方案的自動確定
　　　　4.6 工藝方案的自動選擇
　　　　4.7 本章小結
　　5 可重構制造工藝方案應用
　　　　5.1 功能模塊群設置
　　　　5.2 基于可重構制造工藝方案的 RMT 重構方法
　　　　5.3 本章小結
　　6 總結與展望
　　　　6.1 全文總結
　　　　6.2 研究展望
　　致謝
　　參考文獻

（如您需要查看本篇畢業設計全文，請您聯系客服索�。�