基于EXPRESS-G的机床资源信息建模及应用研究.pdf

第 1 1 期 舒启林 等基于 E X P R E S S ． G的机床资源信息建模及应用研究 1 5 9 的工作项目计划 N WI P ⋯，“ 适于通用制造过程的 机床数据模 型 ” 。这部 分 的机 床数 据模 型被 称为 S T E P - N C标准 p a r t l 1 0部分 I S 0 1 4 6 4 9 。该模型是 由不同的机械元件构成如主轴、滑槽 、旋转工作台、 立柱、工作 台、横 向滑 台、机架 、柱基和床身。然 而，使用该模型进行工艺规划需要更多的具体的机械 信息 最大进给范围和机床转头的最大转角等 。另 一 个综合机床资源模型是由美国国家标准与技术研究 院 N I S T 提出 ，认为大多数的标准机器元件包 括数控控制器的详细信息。在美国国家标准与技术研 究所的模型中，关于这台机器的描述遵循层次分类 法，机床被划分为车削、铣削的类型。这种做法的一 个顾虑是它可能会限制模型的有效性，不能够被用 于复杂的多任务加工，或是多进程加工中心。 P A R I S等就工 件 的定 位 和夹 紧问题 进行 了 阐 述 ，详述 了产品需求和可用的夹具资源之间的互联 关 系 。 1 机床资源信息的分析 在数控加工系统中，任何机床或辅助设备可以被 认为是各种机械元件在不同的运动副约束下运动而执 行预期的加工操作 ，因此可建立一个通用的数据模型 描述机床及其辅助设备。图 1 所示的 C N C机床系统 资源主要构成 1 机床规格 ； 2 机床的基本机械单元，如床身、立柱、主 轴和工作台； 3 机械单元的运动； 4 辅助设备。 2 机床资源信息模型 2 ． 1 机床 资源信息整体模型 建立基于 E X P R E S SG的机床资源信息模 型， 使用实体的最大优势是保持了资源模型表达任何制造 资源的灵活性。为了实现机床对于零件 S T E PN C的 可加工性评价，机床资源信息模型应包括工作台、主 轴、进给速度、定位精度、刀具和辅助功能等，如图 2 _ 5 - 6 ] 所示。这些信息定义为工作台实体、主轴实体 、 进给速度实体、精度实体、辅助功能实体和刀库实 体，如图3所示。 自动小车l I机械人 l l 传输 名称 L 工作台 l l主轴l l 机床精度 刀库l l 轴 l l 尾座 刀具更换机械臂l l 组合夹具l l 传输工具 转塔刀架 l l 托盘更换装置 物料进给器l l 卡盘l l 工具定位器 l l 工具装夹单元l l刀柄 l l 工具定位插座 I I 定位设置I l 位置模式 图 2 机床资源信息整体模型 牺 幽 ⋯⋯⋯ _ L L r _ i 器 i 麓 蕊 长 度 测 量 [ 允 许 最 大 刀 具 长 度 刀 具 性 能 刀 库 互 刀具移动轨迹 主动刀具更换位置 S l l 1 ． 图3 工作台、主轴 、进给速度、精度、辅助功能和刀库实体 轴分为旋转轴和直线轴 ，如图4所示。为了能够 表达轴运动的能力，每一个轴都有行程限制。用方向 实体指出坐标系中轴的运动方向，旋转轴是法线方向 的向量 ，直线轴是沿着轴线方向的向量。直线轴和旋 转轴的行程限制分别以长度和角度存储。 高 曰 菡 机床与液压 第 4 1 卷 库 量 ． 回[ 夏 至 摩 墨 图4 轴实体 2 ． 2 其他应用所需机床资源信息模型 置、物料进给器、卡盘、工具定位器、尾座、工具装 建立全面的机床资源信息还应包括刀具更换机械 夹单元、工具定位插座、刀柄、定位设置、位置模式 臂、组合夹具、传输工具、转塔刀架、托盘更换装 等实体 ，详细的资源信息如图5 8 ，这里不再详述。 曰 要 塞但曼 【 i ] 主 要 垫 宴 l { ．． 。 芒 ⋯ t ⋯ 4 , ⋯ 7 J ． 闯 ⋯ ． ． 。 ⋯圭 凰 l位 霉 ⋯ ⋯． ． 。 口 西 强口 主 戛 童 ⋯ 。 舌 萄 广 ]⋯ ． ． 摩⋯ ． 圃 l 兰 兰 差 秘 刁 基 黔宴 甄云 甄 面口 定位 元素 s 【 0 】 夹 紧元素 s 【 O l 配 套 元素 s 【 O l 携 宴譬 蔓 圊 誉搀 墨耍 _ 宾 肇J ． c [ 。 石冒 ] 王 聋 要 童 垡 ． j 萄 图5 刀具更换机械臂、组合夹具、传输工具、转塔刀架、托盘更换装置实体 最大 夹 持长度 最大 工 作偏 移 最 大夹 持直 径 最 小夹 持直 径 厂 ] 曼 愿 廛 。 厂 L ⋯ ⋯ ⋯ ． 【 手 动 ， 编 程 】 l ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ o l 尾 琢 辅 烨 l l早 砌 ， 骊 程 l 圜 图 6 物料进给器、卡盘、工具定位器、尾座、工具装夹单元实体 图7 工具定位插座、刀柄实体 ～类 ～ 型 ～ 一 抓 一 类 一 外 夹 筒 勰 圃 銎 一 m ～ ～ ～ 蚋 一 一一 一摊 ～ 型 ～ 一 ～一 ～～ ～ 一 ～ 1 6 2 机床与液压 第 4 1 卷 工 件外 形 尺寸 工 件材 料信 息 制 造特 征 参数 特 征 工艺 信息 刀具信 息 工件信息库 机 床 工作 台信 息 机床 主轴 信 息 机床 精度 信 息 机床刀具配置信息 机床进给速度信息 机床辅助功能信息 机床资源使用信息 机床 资源 库 S T E P N C程 序 解析并提取S T E P - N C 程序中的相关信息 工件 可装 夹 性评价 待加工机床性能评价 待 加工 机床 刀 具配 置评 价 待 加 工机床 辅 助 功能满足性评价 判 断工 件 尺寸 是否 小于 工作 台尺 寸 判断工件高度是否小于工作 台到主轴端面的最大距离 判断工件重力是否小于机床的最大静载荷 判断机床定位精度是否满足 工件的最大加工精度要求 判断工件加工时所要求的主轴转速是 否在待加工机床主轴转速范围之内 判断工件加工时所要求的各轴进给速度是 否在待加工机床各轴的进给速度范围之内 判断工件加工时各制造特征的最大参 数值是否在各轴的最大加工范围之内 判断工件各制造特征所要求 的刀具类型是否都满足要求 判断工件的最小圆角半径是否 大于等于机床刀具的最小半径 判 断工 件加 工 时机床 是 否 满足其对辅助功能的要求 图 1 1 可加工性评价流程 图 1 2 机床可加工性评价窗口 4结论 1 详细分析了机床的资源信息，建立了通用 的数控机床系统资源信息模型，全面描述了数控系统 的资源信息及其性能。 2 根据模型建立的数据库为零件可制造性评 价体系提供完整准确的信息，实现机床对零件 S T E P - N C的可制造性评价 ，且对工 艺规划 的 自动化 、刀具 路径生成、多路径工艺规划、智能 C N C控制器、双 向数据传输、碰撞 检测成本 系统都会产 生积极 影 响。 3 促进数控系统的智能化、网络化发展。 参考文献 【 1 】 V I C H A R E P a r a g ， N A S S E H I A y d i n ， K U M A R S a n j e e v ， e t a 1 ． 分别显 示 原 因 Ni 足吗 ＼／ Y l 结束 A Un i fi e d Ma n u f a c t u r i n g Re s o u r c e Mo d e l f o r r e p r e s e n t i n g C N C Ma c h i n i n g S y s t e ms [ J ] ． R o b o t i c s a n d C o mp u t e r I n t e - g r a t e d Manufa c t u ri n g ， 2 0 0 9 ， 2 5 6 9 9 91 0 0 7 ． 【 2 】 V I C H A R E P ， N A S S E H I A， N E WM A N S T ． A U n i fi e d M an ufa c t u rin g Re s o u r c e Mo d e l f o r Re p r e s e n t a t i o n o f C o mp u t e r - i z e d N u m e ri c a l l y C o n t r o l l e d Ma c h i n e T o o l s [ C] ／ ／ P r o c e e d i n g s of t h e I n s t i t u t i o n o f Me c h a n i c a l En g i n e e r s P a r t B J o u r n al o f E n g i n e e ri n g Manufa c tur e ， 2 0 0 9 4 6 34 8 4． 【 3 】P A R I S H ， B R I S S A U D D ． M o d e l l i n g f o r P r o c e s s P l ann i n g T h e L i n k s b e t w e e n P r o c e s s P l a n n i n g E n t i t i e s [ J ] ． R o b o t i c s a n d C o m p ee r I nte gra t e d M anu f a c t u r i n g ， 2 0 O 0 ， 1 6 4 2 5 9 2 6 6 ． 【 4 l S U H S u k ． H w a n ， S E O Y o o n h o ， L E E S o - M i n ， e t a1 ． M o d e l l i n g and I mp l e me n t a t i o n o f’ I n t e r n e t - Ba s e d Vi r t u al Ma c h i n e T o o l s 『 J 1 ． T h e I n t e r n a t i o n al J o u r n a l of A d v a n c e d Ma n u f a c ． tu ri n g T e c h n o l o g y ， 2 0 0 3 ， 2 1 7 5 1 6 5 2 2 ． 【 5 】 S H I N N O H， Y O S H I M I I ． G e n e r a t i o n U s i n g V a r i ant D e s i g n Me t h o d [ J ] ． T r a n s a c t i o n o f J a p an S o c i e t y o f Me c h ani c al E n gi n e e rs， 1 9 8 4， 5 0 4 4 9 2 1 3 2 2 1 ． 【 6 】S H I N N O H ， I T O Y ． C o m p u t e r A i d e d C o n c e p t D e s i g n fo r S t r u c t u r al C o n fi g u r a t i o n of Ma c h i n e T o o l s Va ri a n t De s i g n U s i n g D i r e c t e d G r a p h [ J ] ． T r a n s a c t i o n s o f A S ME， J o u rna l o f Me c h a n i s ms T r a n s mi s s i o n Au t o ma t i o n De s i gn ， 1 9 8 7， 1 0 9 3 3 7 23 7 6 ．