1874_JP6型建筑垃圾破碎機(jī)設(shè)計(jì)

1874_JP6型建筑垃圾破碎機(jī)設(shè)計(jì),_jp6,建筑,垃圾,破碎,設(shè)計(jì) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 1 頁(yè) 可重構(gòu)機(jī)器的設(shè)計(jì)原則摘要：可重構(gòu)機(jī)器是圍繞一些特殊產(chǎn)品零部件和機(jī)器結(jié)構(gòu)可以快速變化而設(shè)計(jì)的新機(jī)類。它的機(jī)器結(jié)構(gòu)可以根據(jù)生產(chǎn)需求的變化而發(fā)生變化。這種可重構(gòu)機(jī)器的功能的變化和它的可擴(kuò)展性，與產(chǎn)量或操作速度的變化有關(guān)。可重構(gòu)機(jī)器是機(jī)器的新類，它填補(bǔ)了高度的靈活性、完全靈活機(jī)器高成本和低的靈活性、完全專用機(jī)低成本之間的空白。它是一個(gè)由可重構(gòu)制造系統(tǒng)衍生出來(lái)，主要用于大批量生產(chǎn)線機(jī)器的設(shè)計(jì)方法，可重構(gòu)機(jī)器的設(shè)計(jì)原則也遵循了類似的理念。本文介紹了可重構(gòu)機(jī)器的設(shè)計(jì)原則，這可能被應(yīng)用在不同領(lǐng)域的制造業(yè)。在這些設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，三種類型的可重構(gòu)機(jī)床被設(shè)計(jì)并用于各類生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)，如：加工，檢驗(yàn)和裝配。本文將展示在幾個(gè)大型機(jī)器的原型設(shè)計(jì)和測(cè)試實(shí)驗(yàn)中，是如何利用這些設(shè)計(jì)原則的。關(guān)鍵詞： 機(jī)械設(shè)計(jì)；可重構(gòu)機(jī)器(RM)；可重構(gòu)制造系統(tǒng)(RMS)；可重構(gòu)機(jī)床(RMT)；可重構(gòu)檢查機(jī)(RIM)；可重構(gòu)裝配機(jī)(RAM)1 簡(jiǎn)介在中等和高容量配件的生產(chǎn)制造行業(yè)中，有兩個(gè)主要傳統(tǒng)的方法是專門制造系統(tǒng)（DMS）[1，2]和柔性制造系統(tǒng)（FMS）[3-5]。DMS 是在部分產(chǎn)品要求產(chǎn)量高，能持續(xù)生產(chǎn)，而且這部分產(chǎn)品不會(huì)改變時(shí)使用。FMS 是在所需的數(shù)量相對(duì)較低，這部分產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中的有許多可預(yù)見(jiàn)的修改，或多個(gè)類型的產(chǎn)品在一個(gè)生產(chǎn)線上生產(chǎn)時(shí)使用。定制生產(chǎn)的一個(gè)創(chuàng)新方法，被稱為可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）[6]。對(duì)于一部分產(chǎn)品的零部件來(lái)說(shuō)，這種新方法的主要優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)的定制靈活性比 FMS 投資成本低。RMS 的心臟[7]具有一組核心特征：模塊化，可擴(kuò)展性，可積性，可兌換性，定制和診斷能力。在生產(chǎn)線上，一個(gè)典型的 RMS 包括傳統(tǒng)的靈活機(jī)和被稱為可重構(gòu)機(jī)器（RM）的新型機(jī)器。通常，一般 DMS 是圍繞一個(gè)大規(guī)模生產(chǎn)的特定產(chǎn)品所使用而設(shè)計(jì)的專用機(jī)。它的設(shè)計(jì)具有高可靠性、可重復(fù)性和高生產(chǎn)率，因此是相對(duì)簡(jiǎn)單，成本較低。而使用 FMS 設(shè)計(jì)的機(jī)器，可以以靈活的方式執(zhí)行大多數(shù)操作。這些靈活的機(jī)器是用計(jì)算機(jī)控制（CNC），通過(guò)改變自己的計(jì)算機(jī)程序，可以完成許多不同的操作。由于大規(guī)模生產(chǎn)線黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 2 頁(yè) 的要求機(jī)器具有高可靠性，可重復(fù)性和高生產(chǎn)率，所以為大批量生產(chǎn)而設(shè)計(jì)的靈活機(jī)器都比較昂貴。相比之下，RM 是可以設(shè)計(jì)定制靈活性，而這部分靈活性也正是這部分特殊產(chǎn)品零部件所需要的[7]。RM 可以執(zhí)行為特殊零部件預(yù)先設(shè)計(jì)的一套具有高可靠性，可重復(fù)性和高生產(chǎn)力的操作。所以由 RM 設(shè)計(jì)定制的靈活性，可以降低投資成本。另一方面，RM 對(duì)產(chǎn)品的變化響應(yīng)速度快，這都代表經(jīng)濟(jì)效益。RMS 和它的六個(gè)核心特征的創(chuàng)新理念，最初是為大規(guī)模生產(chǎn)線而提出的。因?yàn)樵O(shè)計(jì)RM 要求 RMS 理論體系不斷完善，所以新的設(shè)計(jì)原則的也不斷發(fā)展。這些機(jī)器上使用RMS，從而延長(zhǎng) RMS 概念，即從系統(tǒng)水平到機(jī)器水平。在文學(xué)上，幾個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般原則已經(jīng)被提出和討論。例如，Doubbel 提出了具體化設(shè)計(jì)的原則，如：原則劃分為任務(wù)，動(dòng)力源和能量傳輸，以及安全性和可靠性等原則[8]。Norton 定義工程設(shè)計(jì)原則為 “提供各種方法技巧的程序和典型機(jī)器的科學(xué)設(shè)計(jì)原則，這些程序或系統(tǒng)要足夠的詳細(xì)，保證它能被了解”，而且還介紹了設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段 [9]。SUH 對(duì)工程使用的數(shù)學(xué)工具的設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的討論，并舉出機(jī)器設(shè)計(jì)的例子[10]。他提出了有關(guān)的功能要求矢量 {FR}、設(shè)計(jì)參數(shù){DP}和載體使用的矩陣[A]的設(shè)計(jì)方程。他使用這種方法去研究冗余設(shè)計(jì)和理想設(shè)計(jì)等不同的情況。其他研究人員的研究則主要集在用于制造業(yè)的機(jī)器的設(shè)計(jì)原則。 Altintas 提出設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床的基本原則[11]。它包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇標(biāo)準(zhǔn)，物理結(jié)構(gòu)的配置和伺服控制的建模。Koren 詳細(xì)介紹了數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)原則[12]。[13]對(duì)加工系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，以及一個(gè)可升級(jí)的多主軸 RM 的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了討論。在 [14]中，研究了 RM 設(shè)計(jì)理念，對(duì)“模塊化可重構(gòu)機(jī)器”的目標(biāo)進(jìn)行研究與探討。正如機(jī)械的模塊化設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)，主要集中在分解，標(biāo)準(zhǔn)化和互換性。根據(jù)[15] ，RMS 的設(shè)計(jì)是基于建筑套件的原則，使其能夠通過(guò)增加或去除機(jī)器系統(tǒng)去適應(yīng)新的生產(chǎn)要求。一個(gè)設(shè)計(jì)可重構(gòu)機(jī)床（RMT）的的綜合方法[16，17]，通過(guò)輸入的功能要求和流程計(jì)劃，可以生成滿足給定的要求規(guī)格的 RMT。在[18]中，對(duì)具有 RMS 的機(jī)床的可擴(kuò)展性進(jìn)行深入研究和討論。目前的研究重點(diǎn)是提高區(qū)域管理隊(duì)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)能力[19] 和對(duì) RMT 的伺服軸建模的模塊化方法[20]。 RMT 的伺服軸的設(shè)計(jì)和控制，可用于派生的機(jī)床模型。當(dāng)生產(chǎn)高容量的部分時(shí)，需要一個(gè)用于測(cè)量幾何尺寸公差以及表面質(zhì)量的檢測(cè)設(shè)備，但它應(yīng)該具有響應(yīng)快和成本低的特點(diǎn)。通常情況下，高精度和高重復(fù)性設(shè)計(jì)專用量具是昂貴的，而且這些量具只能針對(duì)單一的產(chǎn)品[21]。因此，制造商更傾向于使用柔性三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM），可以測(cè)量許多不黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 3 頁(yè) 同的零件[22]。通過(guò)一般的設(shè)計(jì)原則，SUH [10]提出了一個(gè)有趣的的方法，可以應(yīng)用機(jī)械零件的檢驗(yàn)選擇測(cè)量系統(tǒng) [23]。利用這種方法，作者可以通過(guò)選擇合適靈活性的CMM 系統(tǒng)去完成自己的任務(wù)。本文的目的是介紹和解釋 RM 的設(shè)計(jì)原則。遵循這些設(shè)計(jì)原則的前提下，提出的RMS 理論的概念和發(fā)展[6，7] ，并介紹一套完整實(shí)用的設(shè)計(jì)原則。這些設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了幾個(gè) RM。本文列舉了機(jī)器的設(shè)計(jì)加工，檢驗(yàn)和裝配業(yè)務(wù)的三個(gè)例子。我們解釋什么樣設(shè)計(jì)原則能體現(xiàn)在每一臺(tái)實(shí)際設(shè)計(jì)的機(jī)器上。金屬切削，測(cè)量和裝配代表不同的制造業(yè)務(wù)，然而，類似的設(shè)計(jì)原則已被用于設(shè)計(jì)這些操作的 RM。兩個(gè)全規(guī)模的RM 原型建造（第 3 和第 4 條） 。這些客戶經(jīng)理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，以評(píng)估他們的可重構(gòu)特性以及其功能的表現(xiàn)。本文簡(jiǎn)要介紹了一些這些研究結(jié)果，希望讀者能對(duì)我們的這些研究成果加以完善。第 2 節(jié)介紹并解釋了 RM 的設(shè)計(jì)原則。第 3，第 4 和第 5 分別描述了每個(gè)在第 2 節(jié)中所討論設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的 RM。首先是機(jī)器的簡(jiǎn)要說(shuō)明，然后，在設(shè)計(jì)階段的設(shè)計(jì)原則以及研究，并為每一臺(tái)機(jī)器的應(yīng)用進(jìn)行了討論。第 6 節(jié)總結(jié)本文，并提出結(jié)論性意見(jiàn)。2 設(shè)計(jì)原則RM 是一個(gè)專門用來(lái)處理一些特殊產(chǎn)品零部件的變型機(jī)。一個(gè) RM 好的設(shè)計(jì)是使得它精通操作的變化，并簡(jiǎn)化了轉(zhuǎn)換過(guò)程。RM 的設(shè)計(jì)原則遵循了可重構(gòu)制造系統(tǒng)的理念。RM 的設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)。而且 RM 是為允許定制靈活性、經(jīng)濟(jì)效益生產(chǎn)和檢查這些零部件而設(shè)計(jì)的。如果一臺(tái)機(jī)器的設(shè)計(jì)遵循必要的原則和幾個(gè)主要原則如下文所述，它將被列為一個(gè)RM。必要的原則：1、可重構(gòu)機(jī)床是為特定產(chǎn)品零部件而設(shè)計(jì)的。主要原則：可重構(gòu)機(jī)床可以定制靈活性。3、可重構(gòu)機(jī)床可以方便和快速的變換其結(jié)構(gòu)。4、可重構(gòu)機(jī)床具有可擴(kuò)展性：允許增加或刪除元素，提高生產(chǎn)力或運(yùn)作效率。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 4 頁(yè) 5、 可重構(gòu)機(jī)床的可以在生產(chǎn)線的幾個(gè)地點(diǎn)使用相同的基本結(jié)構(gòu)通過(guò)重新配置的機(jī)器結(jié)構(gòu)來(lái)執(zhí)行不同的任務(wù)。6、可重構(gòu)機(jī)器的設(shè)計(jì)應(yīng)采用模塊化概念，即使用常見(jiàn)的“積木”和通用接口。闡明備注：1、第一個(gè)原則是一臺(tái)機(jī)器定義為一個(gè) RM 必要的條件。其他五個(gè)原則是關(guān)鍵原則，他們指定的是 RM 的本質(zhì)。2、在原則 1 中產(chǎn)品零部件是一組具有類似特征的零件。一個(gè)特點(diǎn)是區(qū)分性質(zhì)，例如材料，幾何尺寸，形狀或顏色。但相似性根據(jù)性質(zhì)難以衡量。兩部分可能有一組屬性類似，但換一種思維，它們就存在其他不同點(diǎn)。當(dāng)一些機(jī)械零件經(jīng)過(guò)檢查，合格品的幾何形狀是相同的。不同發(fā)動(dòng)機(jī)的缸蓋可能會(huì)被認(rèn)為是同一類零部件。同樣，幾種類型的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體的也可能是同一類零部件。然而，發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和缸體都相同的發(fā)動(dòng)機(jī)可能不屬于同一類零部件。在[24]中可能找到零部件的嚴(yán)格的定義和討論。一類零部件在我們的上下文中的定義是廣泛的，讓每一個(gè)制造企業(yè)定義其自己的零部件，并設(shè)計(jì)一個(gè)根據(jù)其具體零部件所需要的 RM。3、原則 2 中所提到的定制靈活性，這意味著一臺(tái)機(jī)器僅擁有有限數(shù)量的靈活性，這些靈活性是設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)根據(jù)其功能所要求的。一般的靈活性是指一個(gè)單一的靈活機(jī)可以處理很多種類的產(chǎn)品，如在計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）機(jī)床和通用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM） 。4、第三個(gè)原則是“容易和快速變換” ，要求其結(jié)構(gòu)可以容易并快速的改變，可以快速增加或移除元素和快速設(shè)置時(shí)間。設(shè)計(jì)者應(yīng)事先設(shè)計(jì)機(jī)器的快速重構(gòu)方法。他或她應(yīng)該決定如何快速找到緊固件和連接器，如何為不同的機(jī)器上設(shè)計(jì)幾個(gè)可選擇的位置，以及如何在自動(dòng)化的控制過(guò)程中，不但速度在提高，而且保持它的精確性。5、原則 5 是指一個(gè) RM 的基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求，即為了放置在沿生產(chǎn)線的不同位置可以允許其結(jié)構(gòu)配置進(jìn)行變換。各個(gè)配置的 RM 將在每個(gè)位置執(zhí)行該位置的特定任務(wù)。換言之，原本相同的 RM 可能包括不同的結(jié)構(gòu)，如主軸，傳感器或夾持器以及不同的軟件配置（硬件） 。6、模塊化設(shè)計(jì)是一個(gè)廣泛的原則，一般好的機(jī)器設(shè)計(jì)慣例都用了這種做法。在我們的情況下，模塊化應(yīng)該讓機(jī)器具有高效的可重構(gòu)性。標(biāo)準(zhǔn)的電氣，機(jī)械，控制和軟件接口應(yīng)該可以快速整合共同的元素，或事先設(shè)計(jì)或選擇的“基石” 。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 5 頁(yè) 3 可重構(gòu)機(jī)床（RMT）ERC/ RMS 的研究人員提出機(jī)床的創(chuàng)新概念[25]和發(fā)展研究 RMT 的幾個(gè)概念。其中兩個(gè)已經(jīng)建成，他們目前已經(jīng)用于研究[26，27]。在本文中，我們將只集中在一臺(tái)機(jī)器上，即“弓型 RMT”[27]。3.1 弓型 RMT的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1 弓型 RMT弓型 RMT 的，如圖1a 所示，圍繞一個(gè)產(chǎn)品零部件的傾斜的表面，例如在一些汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體或缸蓋。它為傾斜面的銑削和鉆孔的大規(guī)模生產(chǎn)線而設(shè)計(jì)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 6 頁(yè) 機(jī)床可沿三個(gè)方向控制其自由度，沿主軸、沿紡錘軸和沿表軸。有一個(gè)額外的被動(dòng)運(yùn)動(dòng)的主軸，根據(jù)在不同的傾斜面的加工角度，將主軸的角度位置可以分為五個(gè)預(yù)先設(shè)計(jì)的位置重新配置。因此，弓型 RMT 的是一種非正交的機(jī)器，每個(gè)機(jī)器的配置可能有不同的特點(diǎn)。根據(jù)這樣一種方式，該機(jī)器可以設(shè)計(jì)成垂直于傾斜表面，然后再進(jìn)行鉆和磨。3.2 RM的設(shè)計(jì)原則，在弓型 RMT的應(yīng)用原則1 弓型 RMT 可以完成 V6和 V8汽車氣缸頭等帶有傾斜面零件的加工，如圖 2所示。這些部件的制造過(guò)程中需要鉆孔，攻絲或銑傾斜面。目前，典型的專用生產(chǎn)線，是專為一個(gè)特定零件的大規(guī)模生產(chǎn)。專用生產(chǎn)線上運(yùn)行的機(jī)器，即是建立在一個(gè)特定的角度，執(zhí)行的的單一操作，如銑或鉆。弓型 RMT 的引進(jìn)將改變專門的生產(chǎn)線為可重構(gòu)生產(chǎn)線，這個(gè)生產(chǎn)線將完成不同的傾斜角度零部件的生產(chǎn)，而且無(wú)需更換機(jī)器。圖2 RMT 部分廠家的2個(gè)汽車汽缸頭：V—8（左）和 V—6（右）原則2 弓型 RMT 的建成只是定制的靈活性。它的傾向角度可能從-15度開(kāi)始，一次增加15度，直到最大45度，如圖 1b 所示。原則3 弓型 RMT 的主軸從一個(gè)角度到另一個(gè)角度快速、便捷的變換，是通過(guò)機(jī)械化手段來(lái)控制，以保證其固定在準(zhǔn)確的位置。當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)來(lái)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)到所需的位置時(shí)，主軸定位塊由螺栓附加到拱板，使其停止時(shí)更好的結(jié)構(gòu)剛度和精度。原則5 在生產(chǎn)線一個(gè)位置，弓型 RMT 能夠在磨一個(gè)傾斜的表面，并在另一個(gè)位置，它可以對(duì)該平面進(jìn)行銑，鉆孔或攻絲。3.3 弓型 RMT的設(shè)計(jì)研究和驗(yàn)證RMT 的設(shè)計(jì)階段，我們主要關(guān)注的是將主軸從水平位置移動(dòng)到45度的位置時(shí)，對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性和性能有什么樣的影響。機(jī)器制造好之后，RMT 的動(dòng)態(tài)特性要經(jīng)過(guò)錘擊試驗(yàn)和切削試驗(yàn)的驗(yàn)證[18]。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)分析后表明，機(jī)床的頻率響應(yīng)函數(shù)（法國(guó)法郎）的主頻來(lái)自刀架總成，在600赫茲以上，無(wú)論主軸角位置。圖3a 顯示在0黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 7 頁(yè) 和45度切割時(shí)機(jī)床的穩(wěn)定性曲線。點(diǎn)“A”代表穩(wěn)定條件下的切削，點(diǎn)“B”不穩(wěn)定的狀況。我們用點(diǎn)“A”和“B”表示參數(shù)，已經(jīng)進(jìn)行了切割實(shí)驗(yàn)。圖3b 顯示，切削進(jìn)給方向?yàn)樗椒较驎r(shí)，穩(wěn)定的加工過(guò)程中力量的快速傅立葉變換（FFT） 。圖3c 顯示 FFT在水平方向切削進(jìn)給時(shí)不穩(wěn)定的情況下的力量。不穩(wěn)定的切削過(guò)程中，約在650Hz 時(shí)我們得到了一個(gè)清晰的信號(hào)，這個(gè)頻率正對(duì)應(yīng)著刀架的頻率。在45度的傾角，重復(fù)類似切削實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明有類似的特征。有趣的是，這些結(jié)果表明在機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新配置，不影響弓型 RMT 的穩(wěn)定性。圖3 RMT 動(dòng)態(tài)特征除了在水平位置，弓型 RMT 是作為一個(gè)非正交機(jī)床的設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)理念和與此相關(guān)的控制問(wèn)題進(jìn)行深入研究[28]。有人提出一個(gè)新型的交叉耦合控制器。通過(guò)對(duì)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究，再模擬不同類型的控制器進(jìn)行比較。弓型 RMT 的是專為快速和便捷的變換而設(shè)計(jì)的。移動(dòng)主軸從-15的傾斜角度到45度，黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 8 頁(yè) 是對(duì)它能否固定在一個(gè)精確的位置進(jìn)行了測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)室中，它只需不到5分鐘就完成的重新配置過(guò)程。弓型 RMT 在生產(chǎn)線的一個(gè)位置，可以在45度的傾斜表面上鉆孔；而在另一個(gè)位置，另一臺(tái)類似的弓型 RMT 的只是以不同的配置，就能夠銑一個(gè)-15度的傾斜面。在設(shè)計(jì)階段，有計(jì)劃引入模塊化的特點(diǎn)，通過(guò)使用標(biāo)準(zhǔn)接口，以便弓型 RMT 能夠更容易變換主軸的位置。我們?cè)谶@方面的努力沒(méi)有成功，因?yàn)樗枰椭鬏S供應(yīng)商密切合作。在[15]中，機(jī)床主軸的接口模塊化設(shè)計(jì)是一個(gè)突出的例子，其中的主軸有標(biāo)準(zhǔn)接口：電源，媒體，數(shù)據(jù)，對(duì)齊方式和工具的變化，這些都利用了 “多耦合”的概念和模塊化原則。4重構(gòu)檢查機(jī)（RIM）4.1 簡(jiǎn)述可重構(gòu)檢驗(yàn)機(jī)（RIM）是為一些缸蓋類零部件加工時(shí)，可以快速檢查其性能而設(shè)計(jì)的。RIM 最初開(kāi)發(fā)時(shí)是用于測(cè)量幾何特征，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的頂面、結(jié)合面的平面度，平行度和輪廓度 [29-31]。根據(jù)不同的配置，不僅可以對(duì)幾何特征進(jìn)行檢查，RIM 也可以對(duì)缸蓋表面的毛孔和其他表面紋理缺陷進(jìn)行檢查。RIM 使用了商業(yè)激光傳感器和高清晰度的線掃描相機(jī)，并結(jié)合計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和其他市場(chǎng)銷售的非接觸式傳感器的非接觸式測(cè)量方法。RIM 的原型如圖4a。在伺服驅(qū)動(dòng)單軸運(yùn)動(dòng)階段，通過(guò)配備了1微米的高精度線性規(guī)模的傳感器沿直線軸視察的部分動(dòng)作。按照議案階段所需的采樣密度和檢驗(yàn)周期，以及探頭采樣頻率進(jìn)行檢查。議案階段沿軸向線性位置的每個(gè)測(cè)量點(diǎn)，檢測(cè)速度變化對(duì)零件表面的精確度影響的映射記錄。RIM 一般在工業(yè)環(huán)境中使用。它位于相鄰的加工生產(chǎn)線，包括部分轉(zhuǎn)讓的加工生產(chǎn)線，總周期時(shí)間一般被認(rèn)為是大約40秒。無(wú)線電頻率（RF）技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室用于讀取位于零件的夾具上射頻標(biāo)簽并加以進(jìn)行評(píng)估，以確定特定的零件編號(hào)。在完成測(cè)量和功能評(píng)價(jià)后，將評(píng)價(jià)結(jié)果存儲(chǔ)在射頻標(biāo)簽和 RIM 的數(shù)據(jù)庫(kù)。博克圖的 RIM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 9 頁(yè) 圖 4 可重構(gòu)檢查機(jī)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 10 頁(yè) 圖 5 RIM 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)4.2 RM的設(shè)計(jì)原則，在 RIM的應(yīng)用原則1，RIM 是圍繞一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋，在大規(guī)模生產(chǎn)的需要進(jìn)行檢查的部分零部件。屬于這部分零部件的典型零件如圖6。不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，它們的缸蓋由不同的公司生產(chǎn)。然而，他們都有共同的特點(diǎn)，如平面的精密加工和一系列棱柱形狀的螺紋孔。原則2， RIM 只有定制的靈活性。機(jī)器是能夠測(cè)量各種規(guī)格的氣缸頭的各種功能，但是它的設(shè)計(jì)不是用來(lái)衡量其中的一部分的所有功能，或來(lái)衡量是不相同的零部件的功能。圖6 部分廠家的發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸頭原則3，RIM 可以快速和方便的變換其結(jié)構(gòu)，在需要時(shí)，可以通過(guò)添加傳感器或者通過(guò)改變現(xiàn)有傳感器的位置，來(lái)達(dá)到同一零件的不同部位或不同的功能的檢查的要求。原則4，RIM 被設(shè)計(jì)成具有可擴(kuò)展性的，即允許不同的探頭安裝在不同的地點(diǎn)。可擴(kuò)展性可以高效測(cè)量不同的功能。原則5，RIM 是能夠在沿生產(chǎn)線的一個(gè)位置測(cè)量的表面平整度；在另一沿線的位置，黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 11 頁(yè) 測(cè)量?jī)蓚€(gè)功能之間的中心距離，如圖7。圖7 RIM 的綜合生產(chǎn)線4.3 RIM設(shè)計(jì)的研究和驗(yàn)證在本節(jié)中，我們展示了 RM 的設(shè)計(jì)原則及其對(duì) RIM 設(shè)計(jì)的影響。此外，RIM 作為一種非接觸式檢驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。可重構(gòu)檢查機(jī)設(shè)計(jì)中心正如我剛才解釋的發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸頭的零部件。為了檢測(cè)每個(gè)缸頭，設(shè)計(jì)和使用了不同的裝置。為了獲取每一個(gè)缸頭的所有性能，激光傳感器的位置，以及視覺(jué)系統(tǒng)的位置都被重新配置。RIM 可以測(cè)量立體幾何的功能如：兩個(gè)表面之間的平行度，表面之間的邊緣距離和相關(guān)的三維特征之間的距離和表面平整度。然而，RIM 的設(shè)計(jì)不能測(cè)量零件的圓柱度，因?yàn)闅飧咨w不檢查圓柱度。我們已經(jīng)用實(shí)驗(yàn)的方法測(cè)試了 RIM 的測(cè)量的質(zhì)量。表1列出RIM 的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)測(cè)量參考的一部分測(cè)試結(jié)果。測(cè)量結(jié)果表明 RIM 的可重復(fù)性好。表1 重復(fù)測(cè)量的部分參考值檢查編號(hào) 寬 度 平行 平坦結(jié)合面 平坦覆蓋面1 118,975.1 9.3 9.5 9.32 118,975.1 8.7 8.7 8.83 118,975.2 8.8 8.7 8.74 118,975.1 8.5 8.4 8.55 118,975.1 10.1 9.3 9.5平均值 118,975.1 9.1 8.9 9.0重復(fù)性 (行) 0.1 1.5 1.1 1.0單 位 是 μm. (重復(fù)性定義為每行5個(gè)測(cè)試點(diǎn)所測(cè)得最大值和最小值之間的差值。 )目前，坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM） ，是工業(yè)的加工零件的檢查標(biāo)準(zhǔn)工具。它采用了0.5至2.0毫米直徑的球做觸摸探頭。RIM 利用 ConoProbe 的傳感器，它的激光束具有典型的20μm 的直徑。因此，人們可能期待使用這兩種類型的傳感器與非完美的加工表面時(shí)出黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 12 頁(yè) 現(xiàn)不同的讀數(shù)。為了比較 RIM 和坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）的測(cè)量結(jié)果， “虛擬球”的方法被開(kāi)發(fā)和實(shí)施[32]。它詮釋了非接觸式激光測(cè)量，仿佛他們已通過(guò) CMM 接觸式探針進(jìn)行測(cè)試。[33]中比較 RIM 和 CMM 測(cè)量和可重復(fù)性的結(jié)果。圖4b 顯示了一個(gè)典型的的 RIM 結(jié)構(gòu)的固定裝置和可以自由變換的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)包括一系列的螺紋孔，允許快速和容易的搬遷檢查所需的各種傳感器和配件。為了測(cè)量不同類型的缸蓋的不同特點(diǎn)，我們已經(jīng)改變傳感器的裝置和位置的許多次。當(dāng)對(duì)不同缸蓋進(jìn)行測(cè)量師，一個(gè)典型的傳感器改變其結(jié)構(gòu)和位置所需的時(shí)間不到一個(gè)小時(shí)。傳感器的校準(zhǔn)過(guò)程后，RIM 的重新配置過(guò)程 [34]在實(shí)驗(yàn)室中成功地完成。圖8 機(jī)器表面的孔為了證明該系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，RIM 的測(cè)試用了不同數(shù)量的傳感器。我們開(kāi)始用兩個(gè)黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 13 頁(yè) 激光傳感器檢驗(yàn)面平整度，后來(lái)我們?cè)黾恿怂膫€(gè)激光傳感器進(jìn)行測(cè)量 [35]。我們也在用機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的行掃描相機(jī)的基礎(chǔ)上，并用4 K 和8萬(wàn)像素版本。我們可以使用的每個(gè)類型的傳感器，單獨(dú)或共同在缸蓋表面進(jìn)行掃描。視覺(jué)系統(tǒng)的一個(gè)重要的應(yīng)用是測(cè)量表面缺陷，如鑄造加工表面的毛孔[36]。如圖8是一個(gè)典型的缸蓋表面的毛孔。圖8a顯示了的邊緣的一個(gè)孔，而圖8b 有一個(gè)“孤立的孔隙” 。對(duì)于每個(gè)孔，我們可以分析其大小和位置與給定的資料的相比較。基于我們的孔隙率檢測(cè)的研究，一個(gè) ERC/RMS 工業(yè)合作伙伴，目前正在建設(shè)一個(gè)全面的機(jī)器生產(chǎn)線來(lái)取代目測(cè)的缸蓋生產(chǎn)線。5 可重構(gòu)裝配機(jī)5.1 簡(jiǎn)述本文中所描述的可重構(gòu)裝配機(jī)（RAM）是研究汽車熱交換器（散熱器）[37]的組裝機(jī)。Mehrabi 博士和他的研究生進(jìn)行了 RAM 的研究和概念設(shè)計(jì)。熱交換器是長(zhǎng)方矩陣，包括管和鰭頭和側(cè)面，如圖9所示。裝配過(guò)程，開(kāi)始喂食管和鰭片核心建設(shè)者面積的。管是在棧的形式而鰭中包含每個(gè)散熱片所需數(shù)量的托盤提供核心建設(shè)者喂。機(jī)器，然后把一個(gè)一個(gè)從各自的來(lái)源和過(guò)程迭代，直到達(dá)到所需數(shù)量的鰭和管翅片管。收集管和松散一起舉行的鰭被稱為“松散矩陣” 。這種松散的基質(zhì)，然后轉(zhuǎn)移到總裝區(qū)，在那里與方頭封頂后，被壓縮到正確的尺寸和對(duì)齊檢查。管被壓入提供的插槽，保證他們的對(duì)齊是相當(dāng)重要的。被命名為“核心”從總裝地區(qū)收到成品。之前的核心可以從裝配區(qū)中刪除，它是使用黃銅框架。一個(gè)框架的目的是要執(zhí)行任務(wù)放置到裝配夾具頭和方支持。重構(gòu)新框架設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在最后的裝配時(shí)間大幅減少。在圖10提出的概念設(shè)計(jì)的核心?，F(xiàn)有的組裝機(jī)在各種產(chǎn)品之間幾何特征的相似之處。在管與鰭片間組裝數(shù)量大的熱交換器需要一個(gè)更大的寬度在45到60秒之內(nèi)。RAM 的設(shè)計(jì)目標(biāo)是減少裝配時(shí)間到30秒，并允許利用可重構(gòu)的設(shè)計(jì)原則屬于相同的零件種類組裝各類熱交換器。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 14 頁(yè) 圖9 熱交換機(jī)圖10 核心建設(shè)者5.2 RM的設(shè)計(jì)原則，在 RAM中的應(yīng)用原則1 設(shè)計(jì)了不同尺寸和不同數(shù)量的 RAM。這是一個(gè)組裝機(jī)，供汽車散熱器生產(chǎn)廠家使用。許多不同類型的散熱器，可以通過(guò)內(nèi)存組裝，鑒定和分類三個(gè)組定義“零件種類”[37]。本主題將在下一節(jié)中進(jìn)一步解釋。原則2 本機(jī)是專為靈活性定制的，因?yàn)樗荒軋?zhí)行一些有關(guān)這些熱交換器的組裝任務(wù)。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 15 頁(yè) 原則3 RAM 是專組裝不同尺寸的熱交換器。如更換、回升和夾緊夾具，讓不同類型和尺寸的產(chǎn)品組裝。第6原則是 RAM 設(shè)計(jì)允許不同部位使用不同模塊集成裝機(jī)。熱交換器的大小不同，拾取設(shè)備和模塊化設(shè)計(jì)元素也不同。5.3 RAM設(shè)計(jì)的研究和驗(yàn)證以客戶需要為出發(fā)點(diǎn)，RAM 團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研究出了典型的核心技術(shù)。該小組負(fù)責(zé)研究這一核心技術(shù)的功能，試圖了解它的局限性，并加以改進(jìn)。這項(xiàng)研究得出的結(jié)論是由于轉(zhuǎn)換時(shí)間的升高和周期的限制，因此，目標(biāo)就是盡量減少轉(zhuǎn)換時(shí)間，從而減少系統(tǒng)閑置狀態(tài)。轉(zhuǎn)換時(shí)間的影響，可以有效解決，使機(jī)器重構(gòu)。如前所述，RMS 是專門處理零件種類變化的一種設(shè)計(jì)，其模塊化設(shè)計(jì)大大有助于減少轉(zhuǎn)換時(shí)間。模塊的互換，不需要許多調(diào)整，裝配不同的產(chǎn)品時(shí)，RAM 更換減少。RM 設(shè)計(jì)的第一步是確定零件種類。使用產(chǎn)品目錄，進(jìn)行分類和分組，對(duì)產(chǎn)品功能進(jìn)行研究，以建立一個(gè)與產(chǎn)品特性之間的關(guān)系。這些研究資料包括產(chǎn)品的功能，如型號(hào)，長(zhǎng)度，寬度，高度，行數(shù)。利用這些關(guān)系來(lái)定義零件種類的特點(diǎn)，機(jī)器架構(gòu)。這些關(guān)系得出的結(jié)論在最大程度上影響，長(zhǎng)度和寬度是最重要的參數(shù)。表2 RAM 的部分零部件子組 長(zhǎng) 寬 產(chǎn)品總數(shù)1 20 20 272 20 20-32 1003 20-30 1/2 20 219次品 45作為這項(xiàng)研究的結(jié)果[38]，三種主要的子組定義 RAM 的一類零件，一些不合格產(chǎn)品在表2中列出。與新結(jié)構(gòu)的一零件種類，所需模塊的數(shù)量已減少到三個(gè)，其中每一個(gè)需要照顧的一個(gè)子組，但仍超過(guò)90％的產(chǎn)品范圍覆蓋。如果模塊的設(shè)計(jì)是根據(jù)這零件而定義的，由此產(chǎn)生的問(wèn)題，無(wú)需轉(zhuǎn)換所有產(chǎn)品子組內(nèi)的變化，如果零件種類變化，轉(zhuǎn)換將 成另一變化模塊。因此，可避免延長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間，導(dǎo)致大量的停機(jī)時(shí)間。這是一個(gè)很好的例子，改變整個(gè)零件的設(shè)計(jì)。RAM 的設(shè)計(jì)原則和研究沒(méi)有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。6 總結(jié)和結(jié)論本文概述了 RMS 設(shè)計(jì)原則的重要性?；诒疚奶岢龅脑O(shè)計(jì)原則，RMT 及 RIM 專利也黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 翻 譯 ） 第 16 頁(yè) 得以實(shí)現(xiàn)[25,29]。RMS 的每一種功能都依賴于不斷的測(cè)試實(shí)驗(yàn)，以及完善的操控功能。本文就是以此作為研究的平臺(tái)。本文主要貢獻(xiàn)如下：- RMS 表明 RMS 的設(shè)計(jì)原則可以應(yīng)用到機(jī)械設(shè)制造系統(tǒng)。- 這些原則一般應(yīng)用在各種生產(chǎn)領(lǐng)域，如加工，裝配和計(jì)量。- RMS 驗(yàn)證上述設(shè)計(jì)原則的重要性。- 研究表明 RMS 可重構(gòu)性和良好的性能，用于 RMS 的設(shè)計(jì)原則。研究表明得出以下結(jié)論：- RMS 代表一種用于大批量生產(chǎn)的新型機(jī)器。它彌補(bǔ)靈活機(jī)及專用機(jī)之間的不足。致謝筆者想感謝 Y.Koren 教授及參加 RMT、RIM 和 RAM 研究項(xiàng)目的研究員和畢業(yè)生們，感謝他們提供的相關(guān)資料。本論文在編寫過(guò)程中，參考了 V. Duphia 和 Dr. P. Spicer博士的研究成果和評(píng)論，以及美國(guó)密歇根大學(xué) NSF 可重構(gòu)加工系統(tǒng)工程研究中心提供的財(cái)政資助（NSF 資助 EEC95-92125） ，編者在此對(duì)他們一并表示感謝。