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外文翻譯
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
班 級
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
外文資料名稱: Integrated Machine and Control
Design for Reconfigurable
Machine Tools
外文資料出處: The University of Michigan Ann Arbor, MI 48109-2125
附 件: 1.外文資料翻譯譯文
2.外文原文
指導(dǎo)教師評語:
簽名:
年 月 日
可重構(gòu)機(jī)床的一體化及控制設(shè)計(jì)
D. M.蒂爾伯里和S.庫塔
周云譯
摘要:在本文中,我們講述了可重構(gòu)機(jī)床的設(shè)計(jì)程序系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)部分操作的自動(dòng)化。這些操作可分解為一系列的機(jī)床必須執(zhí)行的功能,這些功能再映射到每個(gè)有相關(guān)的機(jī)械控制模塊的模板上。機(jī)床一旦被組裝好,它的控制模塊就被連接在一起了,操作順序控制模塊,用戶界面控制模塊,以及模式轉(zhuǎn)換邏輯控制設(shè)計(jì)模塊。本文詳細(xì)說明了可重構(gòu)機(jī)床的一體化及控制設(shè)計(jì)。
一、引言
在當(dāng)今競爭激烈的市場,制造系統(tǒng)必須迅速響應(yīng)不斷變化的客戶需求,減少產(chǎn)品的生命周期。傳統(tǒng)的傳輸線是專為大批量的生產(chǎn),固定的自動(dòng)化模式設(shè)計(jì)的,因此,不能輕易適應(yīng)變化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。另一方面,傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)為基于“彈性”的廣義制造系統(tǒng)可提供的靈活性,但通常是緩慢和昂貴的,因?yàn)樗麄儧]有任何特別的優(yōu)化產(chǎn)品或產(chǎn)品系列。
美國密歇根大學(xué)正努力發(fā)展可重構(gòu)加工系統(tǒng)[3] [4]的理論和技術(shù) ,以取代以往每次生成新產(chǎn)品時(shí)都要從頭建立新系統(tǒng)的做法,使現(xiàn)有的系統(tǒng)可以重組產(chǎn)生新的部分。在本文中,我們描述了如何運(yùn)用一體機(jī)和控制設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略使機(jī)床能夠快速方便地配置和重新配置。
可重構(gòu)機(jī)床是為了滿足新產(chǎn)品系列的需要而準(zhǔn)確提供相關(guān)功能而設(shè)計(jì)的,鑒于一系列操作的執(zhí)行,它還可以配置適當(dāng)?shù)慕M裝機(jī)模塊,其中的每個(gè)作用模塊在程序上配有一個(gè)與它相關(guān)的控制模塊,當(dāng)這些機(jī)械模塊組裝好以后,控制模塊便連接在一起了,機(jī)床就可以開始工作,因此,大規(guī)模的操作緩慢的專一控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)將不再需要。第二部分介紹了如何設(shè)計(jì)機(jī)床的一套基本模塊以及模塊間的準(zhǔn)確連接,第三部分介紹了如何控制程序庫中的相似組裝模塊。第四部分介紹了機(jī)械模塊和控制模塊在機(jī)床中的應(yīng)用。文章最后提出了今后的工作情況說明。
二、機(jī)械設(shè)計(jì)
密歇根大學(xué)正在進(jìn)行制造系統(tǒng)配置方面的演講,主要問題是關(guān)于系列產(chǎn)品的描述和生產(chǎn)中提取時(shí)所需的加工工序部分的講解 [7] 。這些操作根據(jù)工件的配合公差,執(zhí)行順序和期望的系統(tǒng)周期被分組,其目的就是實(shí)現(xiàn)每個(gè)操作“組”在一臺(tái)單獨(dú)機(jī)床上的生產(chǎn)工作。該操作組在這里能夠鉆出一系列與V6和V8氣缸蓋上的凸輪塔配合的孔,如圖1所示??芍貥?gòu)機(jī)床輸入的設(shè)計(jì)程序是操作組的加工工序,刀位生產(chǎn)過程能夠產(chǎn)生相關(guān)數(shù)據(jù)。樣本數(shù)據(jù)包括定位和鉆孔的信息,如圖2所示。
可重構(gòu)機(jī)床設(shè)計(jì)過程包括三個(gè)主要階段:明確任務(wù),模塊的選擇和評價(jià)[14 ] 。經(jīng)過簡短的文獻(xiàn)回顧,這三個(gè)階段將在本節(jié)中概述。
(a) V6 汽缸蓋 (b) V8 汽缸蓋
圖1、兩個(gè)示例零件。將要進(jìn)行的操作是鉆出與凸輪塔配合的定位孔。
V8引擎上的兩個(gè)定位孔在一條直線上。V6引擎上的一個(gè)陣列有八個(gè)孔。
圖2、在圖1所示零件上鉆孔的操作順序(刀位)。
CL文件由CAD程序包(例如IDEAS)生成,包括鉆孔位置與主軸速度、刀具、冷卻劑相關(guān)的信息。
圖3、高水平的操作程序顯示出因果的相關(guān)性和并行性。
這個(gè)抽象表征的順序操作來源于圖2CL數(shù)據(jù),并將被用來設(shè)計(jì)序列分析的控制。
1、有關(guān)的研究
由于可重構(gòu)在加工系統(tǒng)中是一個(gè)比較新的概念,即使有的話,已經(jīng)出版的有關(guān)組合機(jī)床設(shè)計(jì)的文學(xué)作品也是很少的。但是,組合機(jī)床已在市場上好幾年了,一些以往發(fā)表的有關(guān)組合機(jī)器人,組合機(jī)床和裝配的文章的確與可重構(gòu)機(jī)床有一定關(guān)系。例如, Shinno和Ito [17] , [18] , [19] , [20]提出過一種機(jī)床結(jié)構(gòu)配置的方法,他們把機(jī)床結(jié)構(gòu)分解成簡單的幾何形式,例如:箱,缸等。Yan 和 Chen [21], [1]把這種方法擴(kuò)展到了加工中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中。Ouyang等人[12]把Ito的這種方法應(yīng)用到了組合機(jī)床系統(tǒng)中,形成了一種機(jī)床模塊的列舉法。Paradis 和 Khosla [15]明確了最適合執(zhí)行的模塊化裝配配置的特定任務(wù)。Chen [2]找到了一個(gè)最佳的配置結(jié)構(gòu)用于處理問題的特定任務(wù),他的步驟是根據(jù)組裝的關(guān)聯(lián)矩陣,并采用傳統(tǒng)算法來解決優(yōu)化問題。在系統(tǒng)方面,Rogers 和 Bottaci [16]論述了可重構(gòu)制造系統(tǒng)的意義,Owen等人[13]開發(fā)了一種用于教育的模塊化重組制造系統(tǒng)綜合計(jì)劃。
在我們的運(yùn)作中,運(yùn)動(dòng)圖和布局結(jié)構(gòu)(即螺旋理論,圖論等)是用來捕獲可重構(gòu)機(jī)床特點(diǎn)的傳統(tǒng)方法。這些數(shù)學(xué)方案常用于綜合布局,功能分解,和繪圖程序;具體細(xì)節(jié)可以在[9]找到。
2、任務(wù)說明
明確一臺(tái)可重構(gòu)機(jī)床設(shè)計(jì)的任務(wù),需要分析刀具位置數(shù)據(jù),以確定完成所期望的運(yùn)動(dòng)所必需的一系列功能。分為三個(gè)步驟:首先,用產(chǎn)生的曲線圖來抽象的表示運(yùn)動(dòng),然后,把這些圖表分解成功能,最后,這些功能再映射到程序庫中的機(jī)械模塊上。
機(jī)床的結(jié)構(gòu)圖對系統(tǒng)的備用配置進(jìn)行列舉,提供了圖表的識別方法。圖表表示法也被用于分配機(jī)械模塊到圖元素。一個(gè)圖表是由一組頂點(diǎn)連接在一起的邊緣。當(dāng)使用圖作為機(jī)床結(jié)構(gòu)的抽象表示時(shí),我們定義兩個(gè)不同類型的頂點(diǎn):0型和1型。一個(gè)頂點(diǎn)表示有兩個(gè)端口的物理對象,每個(gè)端口代表在對象上的位置,可以連接到鄰近的對象。一0型頂點(diǎn)的輸入和輸出端口是互不干擾的,而1型頂點(diǎn)的輸入和輸出端口是互相正交的。加工任務(wù)也分為0型或1型,這取決于刀具是平行還是垂直于工件。
圖4顯示了一個(gè)0型任務(wù)圖。四個(gè)1型頂點(diǎn)與幾個(gè)0型頂點(diǎn)相結(jié)合以三維形式創(chuàng)建了一個(gè)機(jī)床結(jié)構(gòu)。因?yàn)?型頂點(diǎn)不改變方向,它們可以在各種組合中被用來作為墊片。原點(diǎn)表示機(jī)床的基準(zhǔn)。原點(diǎn)的選擇不是唯一的,不同的選擇將導(dǎo)致不同的機(jī)床設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)功能被分配到圖的頂點(diǎn);運(yùn)動(dòng)功能(如需要)被分配到邊緣。例如,圖4舉的例子,如何在X,Y,Z方向平移運(yùn)動(dòng)可分配給圖形的邊緣,表示了邊緣的兩個(gè)頂點(diǎn)所代表的有形物體之間的相對運(yùn)動(dòng)。
圖4、一個(gè)圖代表一種機(jī)床結(jié)構(gòu)。
平移運(yùn)動(dòng) (TX; TY ; TZ)被分配到圖的邊緣。頂點(diǎn)有結(jié)構(gòu)的功能。
機(jī)床的基本功能是通過工具和工件間的物理運(yùn)動(dòng)來描述的。這些運(yùn)動(dòng)功能可由類似變化的模塊 [11]來表示 ,我們期望的機(jī)床功能將被編碼到模塊T上,然后根據(jù)操作順序進(jìn)行必要的加工運(yùn)動(dòng)來完成加工任務(wù)。在圖2中,該工藝文件包含了工具在笛卡爾坐標(biāo)系中的位置和運(yùn)動(dòng)。例如,第一運(yùn)動(dòng)可被分解為:
P1處可表示工具在該處的位置和運(yùn)動(dòng)方向,用于定位,而F1處則表示進(jìn)給運(yùn)動(dòng)??梢缘贸?,任何兩個(gè)相鄰的位置的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換可以可以被分解為:
其他的運(yùn)動(dòng)描述可以類似表示。
對于各種類型的加工操作,模板常被作為一個(gè)起點(diǎn),用來確定進(jìn)行加工任務(wù)所需要的不同運(yùn)動(dòng)功能。例如,模板銑削和鉆井作業(yè)表明運(yùn)動(dòng)功能所必需的主軸旋轉(zhuǎn),工具進(jìn)給和工具定位。通過使用此模板,我們可以把精確的進(jìn)給和定位信息提供給加工過程,便可以得出確切的必要的運(yùn)動(dòng)參數(shù),如工具旋轉(zhuǎn), X軸方向的直線運(yùn)動(dòng),Y,Z軸方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),以及Z軸方向的工具定位運(yùn)動(dòng)如圖5所示。
圖5、功能分解模板
在運(yùn)動(dòng)分解階段每一個(gè)被確定的運(yùn)動(dòng)函數(shù)都會(huì)被映射在如上所示的曲線圖上,不同位置的特定函數(shù)可以生成多種解決方案。由于理論上的直線運(yùn)動(dòng)是交替出現(xiàn)的,所以他們在圖形中的順序也是交替變化的。在函數(shù)的繪制中,螺旋運(yùn)動(dòng)(包括純轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng))和機(jī)床結(jié)構(gòu)的布局是最重要的信息。
3、模塊選擇
我們可以根據(jù)任務(wù)明確階段繪制到圖表中的運(yùn)行情況在模塊庫中選擇商品模塊,模塊庫中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)包含代表其運(yùn)動(dòng)或結(jié)構(gòu)功能的同質(zhì)變換矩陣,各種運(yùn)動(dòng)信息的變化矢量,代表模塊剛度的規(guī)則矩陣,模塊連接的信息,和電源要求(如軸和滑塊等活動(dòng)模塊)。
模塊選擇的第一步是比較模塊間的相似變換矩陣,進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪x擇以滿足任務(wù)的要求,該產(chǎn)品的所有模塊矩陣應(yīng)等于預(yù)期的任務(wù)矩陣:T= T1T2...Tn。再次,對于某一特定模塊的結(jié)構(gòu)配置我們會(huì)有許多可能的選擇。圖6顯示了不同的滑塊,軸和一些結(jié)構(gòu)要素,可以根據(jù)圖4進(jìn)行組裝。
一個(gè)配有CAD模型和變換矩陣的滑行模塊如圖7所示。它能夠在一個(gè)方向上做直線運(yùn)動(dòng),通過變量μ1表明次運(yùn)動(dòng)在其變換矩陣內(nèi)。它的數(shù)據(jù)庫記錄如表1所示,不僅存儲(chǔ)著其變換矩陣,而且還有制造商,模塊名稱,初始位置,功率大小和運(yùn)動(dòng)范圍等。一些變量參數(shù)可根據(jù)模塊的最小限量,初始値,最大位移等信息而被擴(kuò)大。
圖6、如圖4所示結(jié)構(gòu)可以被認(rèn)為是不同模塊的選擇
圖7、機(jī)械模塊的典型示例。左邊為一組合機(jī)床的CAD模型,其右邊為變換矩陣。
表格1
這臺(tái)機(jī)器模塊的數(shù)據(jù)庫信息和文件如圖7
4、評價(jià)
一旦一套有效運(yùn)行的模塊被選中,由此產(chǎn)生的機(jī)械設(shè)計(jì)就必須進(jìn)行評估??芍貥?gòu)機(jī)床的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)由以上的系統(tǒng)程序合成,包括工件包層,自由度數(shù),使用的模塊的數(shù)量和動(dòng)態(tài)剛度。
機(jī)床的自由度數(shù)必須保持符合最低要求,以降低驅(qū)動(dòng)功率,盡量減少錯(cuò)誤鏈。每個(gè)活動(dòng)實(shí)例表明,由該方法生成的具有精確的自由度數(shù)的設(shè)計(jì)必須執(zhí)行在給定部分所需的加工操作[10]。機(jī)床設(shè)計(jì)方案如圖8所示,這是由圖1零件使用的方法產(chǎn)生的。
由此產(chǎn)生的設(shè)計(jì)就必須進(jìn)行預(yù)期的準(zhǔn)確性的評估。整個(gè)機(jī)床的剛度,性能方面最重要的因素之一,根據(jù)模塊矩陣和連接方法估計(jì)。
(a)V6機(jī)床 (b)V8機(jī)床
圖8、可重構(gòu)機(jī)床的兩個(gè)不同設(shè)計(jì)
三、控制設(shè)計(jì)
由于機(jī)床是根據(jù)模塊組成原理配置的,因此我們可以控制它的運(yùn)作。在這項(xiàng)工作中,我們把重點(diǎn)放在邏輯控制的順序安排和機(jī)械模塊的協(xié)調(diào)性上;有些機(jī)床具有獨(dú)立的系統(tǒng)形式[6] ,它可以控制著每一個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件,這就是我們提及到的機(jī)械控制模塊。在機(jī)械設(shè)計(jì)方面,我們常把從動(dòng)件與主動(dòng)件連接在一起。而在控制設(shè)計(jì)方面,還必須用“膠水”模塊把機(jī)械控制模塊連接起來??芍貥?gòu)的總體控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖9所示:與圖8的兩個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)類似,但它沒有Y軸向的控制模塊。如圖所示,機(jī)械控制模塊處于最低層,直接作用于機(jī)械系統(tǒng)。用戶界面控制模塊是在最高層,與用戶按鈕和顯示屏相連接??刂颇K的操作聯(lián)接可以被界定為某部分加工的高水平的操作聯(lián)接,如圖3所示。三個(gè)模塊處理模式切換邏輯。在本節(jié)中,我們簡要地描述這些類型的每一個(gè)控制模塊以及它們的互動(dòng)與協(xié)調(diào)。
圖9、該模塊化控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)
1、 機(jī)床控制模塊
每臺(tái)機(jī)床控制模塊有一個(gè)明確的界面規(guī)格:它接收來自一給定設(shè)置的離散信號,并將結(jié)果反饋到給定設(shè)置。控制模塊將連續(xù)控制,如軸的伺服控制。這種持續(xù)的控制采用標(biāo)準(zhǔn)的PID算法來設(shè)計(jì),來自機(jī)模塊定義的軸參數(shù)有慣量,功率,絲桿節(jié)距等。此外,每臺(tái)機(jī)床控制模塊將包含與機(jī)械模塊相關(guān)的任何機(jī)器服務(wù)的控制,如潤滑或冷卻劑。因此,每臺(tái)機(jī)床控制模塊是一個(gè)獨(dú)立的控制器,可以進(jìn)行設(shè)計(jì),可以單獨(dú)地測試機(jī)器的其余部分。
設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)械控制模塊必須做到只用一個(gè)庫存的機(jī)械模塊。每當(dāng)機(jī)械模塊用在機(jī)械設(shè)計(jì)中,控制模塊可用于相關(guān)的控制設(shè)計(jì)??刂颇K有自己的處理能力,可以單獨(dú)使用, I/O和網(wǎng)絡(luò)連接到該控制系統(tǒng)的其余部分,也可用作一個(gè)在集中樣式中實(shí)施的一體機(jī)控制器,。
如圖10所示是一個(gè)機(jī)械控制模塊例子的幻燈片。模塊可以接受四個(gè)命令:移動(dòng)到x位置,停止,緩慢移動(dòng)到x的正方向,緩慢移動(dòng)到x負(fù)方向。當(dāng)它已經(jīng)完成了預(yù)期的操作,它返回到“已做”的響應(yīng)。一個(gè)看門狗定時(shí)器被包含(但未顯示), 如果預(yù)先設(shè)定的時(shí)間已過而已完成的響應(yīng)沒有發(fā)出,就會(huì)返回一個(gè)“錯(cuò)誤”的響應(yīng)。
2、操作程序
模塊的操作順序是指從高級別序列提取刀位數(shù)據(jù),如圖3所示。該控制模塊的主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)必須操作的部分的序列,需要等待每個(gè)步驟的完成。圖11給出了圖8(b)機(jī)器的操作順序模塊和圖3的操作數(shù)序。在設(shè)計(jì)中,僅是將錯(cuò)誤傳遞到用戶界面的簡單錯(cuò)誤處理被合并,但為了簡單起見在圖中沒有顯示出來。如果接受到一個(gè)“重置”命令,主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng),滑動(dòng)到初始位置。V6機(jī)床的操作順序是類似的,但是有跟多的操作,因?yàn)橛袃蓚€(gè)被列序的線性軸。如圖9的總體結(jié)構(gòu), 操作程序控制模塊有兩個(gè)端口:一個(gè)連接到自動(dòng)模式控制模塊,另一個(gè)連接到?jīng)_突檢查。到操作層序界面控制模塊如圖12所示。
圖10、滑動(dòng)控制器?;瑒?dòng)控制器包括(在箱體內(nèi))伺服控制器。
當(dāng)滑動(dòng)到指定位置并在允許公差范圍內(nèi),一“已做”的響應(yīng)被反饋回來。
圖11、操作程序模塊,顯示出操作和事件的整體序列。模塊界面如圖12所示。
任何時(shí)候收到重置指令,為了簡單起見顯示只部分事件痕跡。錯(cuò)誤事件的痕跡被刪除。
圖12、操作程序控制模塊的框圖顯示端口和共享事件。
被模塊接收到的事件是斜體,與上一級的模塊共享事件是粗體。
3、 模塊化控制結(jié)構(gòu)
用戶界面控制模塊與用戶通過一組按鈕來控制控制系統(tǒng)的開啟與關(guān)閉,控制模式之間的切換,單補(bǔ)通過操作順序。其主要功能是通過其余的控制器傳遞用戶命令并向用戶顯示機(jī)器的現(xiàn)狀。
機(jī)床控制器有幾種不同的模式。在自動(dòng)模式,操作程序執(zhí)行不斷;另一種模式可以執(zhí)行的操作順序只有一次。在同步模式下,一個(gè)按鈕命令必須用于啟動(dòng)操作程序的每一步,在手動(dòng)模式下,通過同時(shí)移動(dòng)有源元件一部分的手動(dòng)進(jìn)給命令,,更好的控制命令是可行的。不是重復(fù)每個(gè)控制模式的操作順序,而是使用序列的表示形式。該模式切換邏輯決定適當(dāng)?shù)臅r(shí)間發(fā)送“開始”事件到操作程序。
沖突的檢查控制模塊的主要功能是傳遞來自操程序中的命令和手動(dòng)模式模塊給適當(dāng)?shù)臋C(jī)器控制模塊。它可以使用機(jī)器模塊定義的數(shù)據(jù)庫,并用數(shù)據(jù)庫開檢查引起一些機(jī)械干擾的違規(guī)指令。由于定義完善的界面到到低層次的機(jī)控制模塊,沖突檢查的設(shè)計(jì)可以通過高層次的控制指令來做。物理I/ O的詳細(xì)信息由機(jī)器控制模塊來處理。
如上所述,每個(gè)控制模塊是由通過一個(gè)接收某一語言對的有限狀態(tài)機(jī)器來表示的。(允許事件的序列)。我們已經(jīng)表明隨著這些語言中的一些定義完善的條件和模塊連接,整體控制結(jié)構(gòu)可以保證無死鎖[8];舉所有合并后的邏輯控制器可能的序列,這將是不切實(shí)際的,不需要驗(yàn)證。
四、可重構(gòu)性能
已有機(jī)械模塊可用于多種不同機(jī)器設(shè)計(jì),與每個(gè)機(jī)械模塊相關(guān)的控制模塊合并到整個(gè)機(jī)床的控制設(shè)計(jì)中。本機(jī)庫和控制模塊既可以通過縮短了設(shè)計(jì)周期顯著地減少新的加工體系的前置時(shí)間,提升時(shí)間產(chǎn)能,因?yàn)樵谒鼈冞B接之前每個(gè)模塊可單獨(dú)進(jìn)行測試。
對于某些部分的變化(如圖1所示的V6和V8發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋之間),機(jī)床將需要重新配置,可通過增加一個(gè)軸或改變主軸。當(dāng)這種類型的重組發(fā)生時(shí),操作程序控制模塊和沖突檢查(如新機(jī)械干擾的產(chǎn)生)需要作出改變。
因?yàn)樗鼈儞碛幸粋€(gè)定義完善的界面,因此每個(gè)單獨(dú)的控制模塊可以獨(dú)立地改變。只要重新設(shè)計(jì)的控制模塊有同樣的離散事件接口,由此產(chǎn)生的系統(tǒng)被保障是自由死鎖。例如,一個(gè)摩擦補(bǔ)償控制算法可以被加到一個(gè)滑控制模塊。這樣做會(huì)提高該模塊的性能,但唯一的改變必須在最低級的模塊中。
五、結(jié)論和未來的工作
從歷史上看,機(jī)床設(shè)計(jì)已具有一定的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。在這項(xiàng)研究中,我們介紹了一種基于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上的可重構(gòu)機(jī)床的相關(guān)性能評價(jià)以及其相關(guān)的控制設(shè)計(jì)。這項(xiàng)研究工作已被應(yīng)用到新一代機(jī)床配置和模塊化設(shè)計(jì)中去,該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工序是以加工要求為出發(fā)點(diǎn)的。
方法指出,合成機(jī)床可以配有機(jī)械模塊的程序庫以便于數(shù)據(jù)的收集與存儲(chǔ),自動(dòng)控制,并準(zhǔn)備把它用于任何機(jī)械設(shè)計(jì)。該方法還能夠確保將所有的可行運(yùn)動(dòng)和一些差異明顯的構(gòu)造進(jìn)行系統(tǒng)的列舉,以減少錯(cuò)失一個(gè)良好設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)。
我們已經(jīng)開發(fā)了一個(gè)基于Java機(jī)械設(shè)計(jì)加工的自動(dòng)化程序,目前,我們正準(zhǔn)備把控制設(shè)計(jì)程序并入到現(xiàn)有的框架內(nèi)。我們也擴(kuò)大了現(xiàn)有的設(shè)備和控制模塊庫,連續(xù)變量控制的獨(dú)立區(qū)域也正在逐漸正規(guī)化。
致謝
作者想要感謝ERC成員的支持以及他們提供的資料。MEAM畢業(yè)的學(xué)生Eric Endsley, Morrison Lucas, and Yong-Mo Moon為這篇文章的寫作提供了幫助。
參考文獻(xiàn)
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在安裝有三菱PLC編程調(diào)試軟件GX Developer"的計(jì)算機(jī)內(nèi)追加安裝GX Simulator后,就能夠在1臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)PLC離線狀態(tài)下的順控程序調(diào)試工作。GX Simulator仿真軟件可對三菱A系列、FX系列、Q系列PLC的用戶程序進(jìn)行離線仿真與調(diào)試,能夠更有效地完成順控程序調(diào)試工作,從而縮短設(shè)計(jì)開發(fā)周期,降低費(fèi)用。GX Simulator軟件具有如下PLC仿真功能:
①監(jiān)視、測試PLC內(nèi)部軟元件、內(nèi)存功能。利用GX Simulator可在PLC離線的狀態(tài)下成批量監(jiān)視軟元件的狀態(tài),并可強(qiáng)制開、閉位軟元件和改變字軟元件的當(dāng)前值進(jìn)行軟元件測試。
②能夠模擬外部機(jī)器運(yùn)行I/O系統(tǒng)設(shè)定功能。GX Simulator可在I/O系統(tǒng)設(shè)定中通過使用位軟元件的ON/OFF條件和字軟元件的值的組合對話界面的設(shè)定,就能夠模擬來自外部的輸入。
③能夠進(jìn)行軟元件緩沖存儲(chǔ)器的保存讀取的工具功能。
④模擬和外部機(jī)器通信串行通信功能。GX Simulator可以通過該功能來模擬外部機(jī)器的串行通
信模塊,進(jìn)行可編程控制器與外部機(jī)器的串行通信模塊之間傳輸通訊格式是否正確的驗(yàn)證工作。
⑤能夠進(jìn)行軟元件,緩沖存儲(chǔ)器的保存讀取。通過該功能可以保存PLC內(nèi)的軟元件、存儲(chǔ)器、特殊功能模塊的緩沖存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù),并可以將其用于以后調(diào)試工作中。
一、仿真軟件的功能是將程序在虛擬的PLC中啟動(dòng)運(yùn)行,如果沒有編好的程序,如何進(jìn)行仿真?所以,在安裝仿真軟件GX-Simulator之前,必須先安裝編程軟件GX-Developer,并且版本要互相兼容。
二、安裝好編程軟件和仿真軟件后,在桌面或者開始菜單中并沒有仿真軟件的圖標(biāo)。因?yàn)榉抡孳浖患傻骄幊誊浖礼X-Developer中了,其實(shí)這個(gè)仿真軟件相當(dāng)于編程軟件的一個(gè)插件。
三、接下來我們做一個(gè)實(shí)例:
(1)啟動(dòng)編程軟件GX-Developer,創(chuàng)建一個(gè)新工程。
(2)編寫一個(gè)簡單的梯形圖。
(3)可以通過菜單欄啟動(dòng)仿真。
(4)也可以通過快捷圖標(biāo)啟動(dòng)仿真。
(5)上面兩種方式都可以啟動(dòng)仿真,這個(gè)小窗口就是仿真窗口,顯示運(yùn)行狀態(tài),如果出錯(cuò)會(huì)有說明。
(6)啟動(dòng)仿真后程序開始模擬PLC寫入過程。
(7)這時(shí)程序已經(jīng)開始運(yùn)行。
(8)并且可以通過軟件元件測試來強(qiáng)制一些輸入條件ON。
四、對機(jī)體加工專用機(jī)床主軸,滑臺(tái),夾具的調(diào)整和整機(jī)循環(huán)動(dòng)作進(jìn)行順序控制的PLC程序仿真測試如下:
1.運(yùn)行三菱PLC編程軟件GX-Developer,打開PLC程序;
2.在菜單欄工具中啟動(dòng)仿真;
3.啟動(dòng)仿真后程序開始模擬PLC寫入過程;
4.這時(shí)程序已經(jīng)開始運(yùn)行,這個(gè)小窗口就是仿真窗口,顯示運(yùn)行狀態(tài),如果出錯(cuò)會(huì)有說明;
使用GX Simulator進(jìn)行仿真測試,其作順序如下:
① 按圖啟動(dòng)軟元件內(nèi)存監(jiān)視功能;
②按圖從軟元件存儲(chǔ)器監(jiān)視畫面的[軟元件存儲(chǔ)器]一[位軟元件窗口]或者[字軟元件窗口]中添加要進(jìn)行監(jiān)視/測試的軟元件。
③在[軟元件窗口]中通過雙擊要測試的元件X000~X063改變其ON/OFF的狀態(tài),如第1次雙擊X000導(dǎo)通,第2次雙擊將X000關(guān)閉。另外可以啟動(dòng)時(shí)序圖功能,通過[軟元件登陸]功能來監(jiān)測若干輸出的時(shí)序,其仿真監(jiān)視結(jié)果如圖所示。通過圖例的監(jiān)視結(jié)果,可以分析控制程序是否符合設(shè)計(jì)要求,而在這過程中無需PLC硬件,若測試結(jié)果與設(shè)計(jì)要求不合,只需返回GX Developer環(huán)境中對設(shè)計(jì)程序進(jìn)行修改,然后再進(jìn)行仿真測試,直到符合設(shè)計(jì)要求為止。
④通過選擇GX Devekoper菜單的[工具]一[梯形邏輯圖測試終了]結(jié)束仿真調(diào)試。
5.通過以上仿真對所設(shè)計(jì)的PLC程序進(jìn)行仿真測試過程,仿真窗口無錯(cuò)誤提示,達(dá)到指定的目的,說明仿真結(jié)果狀態(tài)正常。
8
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 附 件 三
PLC仿真報(bào)告
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名
班 級
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
完成日期 2011年6月6日
畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
課題: 兩端面鉸孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及電氣控制部分設(shè)計(jì)
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名
班 級
學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師
專 業(yè) 系 主 任
發(fā) 放 日 期 2011年 2 月 20 日
一、設(shè)計(jì)內(nèi)容
根據(jù)零件加工要求,設(shè)計(jì)一臺(tái)兩端面鉸孔機(jī)床,具體進(jìn)行兩端面鉸孔機(jī)床總體設(shè)
計(jì)及電氣控制部分設(shè)計(jì),主要內(nèi)容有:
1.確定機(jī)床總體結(jié)構(gòu)方案;
2.根據(jù)機(jī)床的總體電氣控制要求,繪制機(jī)床總體電氣分布圖;
3.按照儀表面板要求,進(jìn)行操縱臺(tái)面板的設(shè)計(jì);
4.進(jìn)行主電路設(shè)計(jì),繪制控制系統(tǒng)的電路圖;
5.選定PLC的型號,分配輸入/輸出點(diǎn),繪制輸入/輸出端子接線圖;
6. 進(jìn)行PLC編程,編制機(jī)床主軸、滑臺(tái)、夾具的調(diào)整和整機(jī)循環(huán)的動(dòng)作程序。
二、設(shè)計(jì)依據(jù)
1.課題來源:江蘇高精機(jī)電設(shè)備裝備公司;
2.被加工零件:兩端面鉸孔零件(附零件圖);
3.工件材料:HT250;
4.加工內(nèi)容:兩端面鉸4個(gè)孔(φ12);
5. 生產(chǎn)綱領(lǐng):大批大量;
6.批量:本機(jī)床設(shè)計(jì)、制造一臺(tái);
7.控制對象:機(jī)床的動(dòng)力頭、兩個(gè)進(jìn)給滑臺(tái);
8.伺服機(jī)構(gòu):交流伺服系統(tǒng);
9.控制方式:采用日本三菱PLC控制器。
三、設(shè)計(jì)要求
1.機(jī)床整體布局要合理、美觀,結(jié)構(gòu)簡單,裝卸方便,便于維修;
2.機(jī)床應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn),控制動(dòng)作要準(zhǔn)確、可靠;
3.機(jī)床各動(dòng)力部件用電氣控制;
4.用PLC對電機(jī)進(jìn)行控制,實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)快進(jìn)、工進(jìn)、快退等一系列動(dòng)作;
5.設(shè)計(jì)圖樣總量:折合成A0幅面在2張以上;工具要求:應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件繪圖;過
程要求:裝配圖需提供手工草圖;
6.畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書按學(xué)校規(guī)定的格式規(guī)范統(tǒng)一編排、打印,字?jǐn)?shù)不少于1萬字;
7.查閱文獻(xiàn)資料10篇以上,并有不少于3000漢字的外文資料翻譯;
8.到相關(guān)單位進(jìn)行畢業(yè)實(shí)習(xí),撰寫不少于3000字實(shí)習(xí)報(bào)告;
9.撰寫開題報(bào)告。
四、畢業(yè)設(shè)計(jì)物化成果的具體內(nèi)容及要求
1、畢業(yè)成果要求:
1)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 份
2)繪制機(jī)床電氣總體分布圖 1 張
3)繪制操縱臺(tái)面板圖 1 張
4)繪制機(jī)床電路圖 2 張
5)繪制PLC輸入/輸出接線圖 1 張
2、控制程序:
程序清單、程序設(shè)計(jì)說明書和PLC仿真測試報(bào)告。
3、外文資料翻譯(英譯中)要求:
1)外文翻譯材料中文字不少于3000字;
2)內(nèi)容必須與畢業(yè)設(shè)計(jì)課題相關(guān);
3)所選外文資料應(yīng)是近10年的文章,并標(biāo)明文章出處。
五、 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
2月20日~2月21日
布置任務(wù)
2月21日~3月19日
調(diào)查研究,畢業(yè)實(shí)習(xí),方案論證,總體設(shè)計(jì)
3月20日~4月7日
技術(shù)設(shè)計(jì)(部件設(shè)計(jì))
4月7日~5月7日
工作設(shè)計(jì)(零件設(shè)計(jì))
5月8日~5月25日
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
5月26日~5月27日
畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯
5月28日~6月6日
修改資料
6月7日~6月8日
評閱材料
6月9日~6月10日
畢業(yè)答辯
6月11日~6月15日
材料整理裝袋
六、 主要參考文獻(xiàn):
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七、其他
八、專業(yè)系審查意見
系主任:
年 月 日
九、機(jī)械工程學(xué)院意見
院長:
年 月 日
5
畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 周 云
班 級 B機(jī)制077
學(xué) 號 0710101706
指導(dǎo)教師 袁 健
日 期 2011年3月19日
實(shí)習(xí)報(bào)告
一、概述
畢業(yè)實(shí)習(xí)是我們機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成分,也是畢業(yè)設(shè)計(jì)不可或缺的重要環(huán)節(jié),其目的在于通過實(shí)習(xí)使我們獲得基本生產(chǎn)的感性知識,理論聯(lián)系實(shí)際,擴(kuò)大知識面,提高動(dòng)手操作能力,同時(shí)畢業(yè)實(shí)習(xí)又是鍛煉我們業(yè)務(wù)能力和素質(zhì)提高的重要渠道,培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生吃苦耐勞的精神。通過畢業(yè)實(shí)習(xí),我們可以更好更直接的了解產(chǎn)業(yè)狀況,了解本專業(yè)的發(fā)展前景,了解國內(nèi)外的發(fā)展趨勢,以及對公司的運(yùn)作、管理、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售等各個(gè)方面都有了深刻的認(rèn)識,有效地快速地提高了我們將來工作的能力。通過這次畢業(yè)實(shí)習(xí),進(jìn)一步鞏固和深化所學(xué)的理論知識,彌補(bǔ)以前單一理論教學(xué)的不足,為學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。
二、實(shí)習(xí)過程
實(shí)習(xí)期間,我們到江蘇長虹集團(tuán)和江動(dòng)集團(tuán)參加畢業(yè)實(shí)習(xí)的工作。江蘇長虹集團(tuán)是從事汽車焊裝、涂裝和總裝生產(chǎn)線的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、制造的專業(yè)化公司。江動(dòng)集團(tuán)主要生產(chǎn)單缸機(jī)、多缸機(jī)、汽油機(jī)、拖拉機(jī)以及發(fā)電機(jī)組。由于我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是兩端面鉸孔機(jī)床總體設(shè)計(jì)及電氣控制部分設(shè)計(jì),所以我的畢業(yè)實(shí)習(xí)主要在江動(dòng)集團(tuán)進(jìn)行。在江動(dòng)集團(tuán)參加畢業(yè)實(shí)習(xí)過程中,我主要了解了一些加工機(jī)體的組合機(jī)床。用于加工機(jī)體的組合機(jī)床有很多,主要是對機(jī)體的粗鏜、半精鏜、精鏜等,以及對汽缸蓋等部位進(jìn)行鉆、擴(kuò)、鉸等加工,不同型號的機(jī)體加工應(yīng)該使用不同的夾具。
三、實(shí)習(xí)內(nèi)容
江蘇江淮動(dòng)力股份有限公司是高科技民營企業(yè)—重慶東銀集團(tuán)旗下專業(yè)生產(chǎn)中、小功率發(fā)動(dòng)機(jī)的大型企業(yè),位居中國企業(yè)500強(qiáng)、中國農(nóng)機(jī)行業(yè)上市公司之列。
公司創(chuàng)建于1945年,1959年開始生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī),現(xiàn)有員工6000人。公司擁有自主版權(quán)和江動(dòng)特色的節(jié)能單缸機(jī)、輕型多缸機(jī)、通用汽油機(jī)、小馬力單缸機(jī)和拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)組(柴、汽油)等六大系列400多個(gè)品種的優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),產(chǎn)品覆蓋全國30個(gè)省、市和自治區(qū),同時(shí)遠(yuǎn)銷歐美亞非等40多個(gè)國家和地區(qū)。2008年,公司產(chǎn)銷各類發(fā)動(dòng)機(jī)及終端產(chǎn)品120萬臺(tái),實(shí)現(xiàn)出口創(chuàng)匯1.28億美元,連續(xù)十一年雄居全國同行第一。江動(dòng) “JD”商標(biāo)系“中國馳名商標(biāo)”,“江動(dòng)”牌發(fā)動(dòng)機(jī)被評為“中國名牌產(chǎn)品”。
江蘇江淮動(dòng)力股份有限公司專門成立了省級技術(shù)中心和企業(yè)博士后流動(dòng)站,現(xiàn)有在站博士一名以及四名教授級高工,產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)豐富;另投資了四千萬元建成了通過國家CNAL認(rèn)證的試驗(yàn)中心,擁有AVL、尖科、上海內(nèi)燃機(jī)研究所、德國ABB等公司高端測試設(shè)備,為研究最新技術(shù)提供了保障。
該企業(yè)對人才資源的管理有著一套獨(dú)特的方案:
1.構(gòu)建公司人才工程,加強(qiáng)人才隊(duì)伍建設(shè):
實(shí)施職位分析,建立素質(zhì)模型,規(guī)范職位管理;建立“225人才工程”。建立精英人才20人,中堅(jiān)人才隊(duì)伍200人,技術(shù)、管理、業(yè)務(wù)、生產(chǎn)業(yè)務(wù)等基層骨干500人的人才工程;實(shí)施“322人才梯隊(duì)計(jì)劃”。1個(gè)總經(jīng)理崗位后備梯隊(duì)3人,1個(gè)副總經(jīng)理崗位梯隊(duì)后備2人,1個(gè)部門經(jīng)理崗位后備梯隊(duì)2人;實(shí)施職業(yè)生涯規(guī)范,建立人才培養(yǎng)通道;多渠道、多形式拓展員工培訓(xùn)。
2.拓寬渠道,吸引優(yōu)秀人才:
與高校合作,吸收應(yīng)屆畢業(yè)生;建立內(nèi)部人才網(wǎng)絡(luò),吸引管理、技術(shù)、營銷人才;借用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),廣羅社會(huì)人才;利用獵頭渠道,選拔優(yōu)秀人才。
3.采用集團(tuán)化人力資源管理模式,建立兩級人力資源管理體系:
在股份公司層面上構(gòu)建人力資源管理平臺(tái),為事業(yè)部、子公司提供人力資源技術(shù)支持、指導(dǎo)和服務(wù),并實(shí)施監(jiān)督;統(tǒng)一人力資源管理政策、制度,子公司結(jié)合本事業(yè)部建立細(xì)則;規(guī)范人事管理權(quán)限,規(guī)范兩級管理運(yùn)作;建立與上級有關(guān)政府部門良好的聯(lián)系,共同協(xié)調(diào)解決外部事件。
4.導(dǎo)入現(xiàn)代人力資源管理技術(shù),提升人力資源管理能力:
運(yùn)用工作分析技術(shù),建立職位體系,為招聘、人力資源配置、培訓(xùn)、薪酬、績效奠定基礎(chǔ);應(yīng)用人力測評體系,提高選人的信度和效度;建立市場領(lǐng)先、體現(xiàn)公平、一致的戰(zhàn)略薪酬體系;運(yùn)用平衡計(jì)分卡,建立有效的戰(zhàn)略績效管理體系。
實(shí)習(xí)過程中,我們了解到組合機(jī)床在加工機(jī)體部分時(shí),為保證加工精度,使用多軸對機(jī)體上一個(gè)面的多個(gè)孔進(jìn)行同時(shí)加工,減少了工件間的搬運(yùn),節(jié)約時(shí)間,提高了生產(chǎn)效率。組合機(jī)床對多孔鉆削加工具有較大的優(yōu)勢,它按孔的坐標(biāo)分布位置實(shí)行一次加工,保證了孔的坐標(biāo)位置尺寸精度,而原有機(jī)床采用多工序加工,加工效率低,加工尺寸不容易保證,而且位置精度也不高。改進(jìn)后,采用一次裝夾,同時(shí)對進(jìn)氣和排氣孔進(jìn)行鏜加工,提高了加工效率。其次,夾具采用一面兩銷定位,保證了導(dǎo)管孔及氣門閥座孔對定位銷孔的位置精度。夾緊方式采用液壓夾緊,改變了原來的手動(dòng)夾緊,提高了工作的效率,和對相應(yīng)部分進(jìn)行了計(jì)算、分析、校核。組合機(jī)床提高了生產(chǎn)效率,又能滿足工件的加工精度,并且減少了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的要求。
四、分析
組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多序、多面或多工位同時(shí)加工的方式,生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化,可根據(jù)需要靈活配置,能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此,組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn),在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用,并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。
組合機(jī)床一般用于加工箱體類或特殊形狀的零件。加工時(shí),工件一般不旋轉(zhuǎn),由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對進(jìn)給運(yùn)動(dòng),來實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn),由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng),也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件(如飛輪、汽車后橋半軸等)的外圓和端面加工。
五、實(shí)習(xí)感想
大學(xué)畢業(yè)實(shí)習(xí)報(bào)告是學(xué)生完成大學(xué)四年全部課程后的最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。為了這次畢業(yè)實(shí)習(xí),做準(zhǔn)備、搜集素材,了解有關(guān)的設(shè)計(jì)技術(shù)和注意事項(xiàng)。通過這次實(shí)習(xí)過程我知道了,理論與實(shí)踐的差距,實(shí)際操作會(huì)使得主觀理論想法不完美,因?yàn)閷?shí)踐中有很多外在因素的干擾,由此我得到了一個(gè)新的想法,就是理論知識有時(shí)是用來給我們把握大方向的,而實(shí)際做的時(shí)候,會(huì)讓我們注重一些小的細(xì)節(jié),很多時(shí)候只有動(dòng)手才會(huì)知道怎么去做,理論與實(shí)踐要相結(jié)合,這對我畢業(yè)后的工作是個(gè)不小的幫助。
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