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可重配置机床及其模态分析 Reconf i gur abl e m achi ne t ool s an d i t s m odaI t e st anal y si s t ec hni que 张建成 ，刘伟，杨志勤 ZHANG J i a n - c h e n g ，L I U W e i ，Y ANG Zh i ． q i n 北京联合大学 机电学院，北京 1 0 0 0 2 0 摘要为满足微小型零件的完整性加工需求设计了可重配置机床，研究了可重配置机床的硬件配置方 法。可重配置机床的一个重要特征就是实现了功能部件的模块化，用户根据自己的需求可以 组织和配置所需要的功能模块。由于机械模块或单元的可重配置 ，机床动态性会随之变化。 对可重配置机床进行试验模态分析，分析结果可为机床加工参数的选择提供依据，提高机床 的加工精度和加工质量，同时有助于机床结构的设计与优化。 关键词模态分析；可重配置机床 中图分类号T G 6 5 9 文献标识码A 文章编号1 0 0 9 0 1 3 4 2 0 1 5 0 3 下 -o l 4 3 0 5 D o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 0 1 3 4 ． 2 0 1 5 ． 0 3 下 ． 4 4 0 引言 随着微型机械逐步走向实用化，对微小型零件结构的 复杂程度、材料的多样性、形状精度、表面粗糙度等均提 出了越来越高的要求，加工难度越来越大，必须研究更加 先进的加工技术，适应微小型零件的加工要求【 l J 。由于体 积小、容易丢失和损坏，同时其功能面小会导致重新定 位夹紧不可靠和易变形，因此微小型零件加工过程中不 可频繁更换机床和夹具。完整性加工是在一次装夹过程 中尽可能多的加工零件所有被加工工艺表面，提高了加 工效率和加工精度，因此成为微小型零件加工领域的关 键技术 J 。 一 台车铣 复合加 工中心上可实现车 、铣 、钻和镗 等 多工序 一次装夹 的完整加工是 由于其典型的结构特 点 具有x 、Y 、z 、c 四轴或五轴 增加b 轴 ，且一 般3 ～ 5 轴可联动【 2 ] 。车铣复合加工中心机床为 了实现对 生产任务 的动态响应和完整性加工的要 求，需要 为机 床配置不 同的功能单元 如刀库、Y轴单元、高速电主 轴、在位检测单元等 ，形成可重配置机床 。这些不同 功能的单元模块 ，可以在机床设计时进行配置，更多的 可 以作为车铣复合加工中心的扩展功能模块在机床使用 过程中根据需要进行配置。 伴随着机床模块的可重配置，机床的动特性也会发生 相应的变化 。机床动特性对机床的加工精度和加工质量具 有重要影响，因此对可重配置机床重新配置方式下的机床 动特性进行研究，获得机床动特性参数将对机床结构的优 化设计具有重要意义。同时获得机床动特性参数后将可 以利用这些参数为机床加工参数的选择提供依据。 国内外对可重配置机床和机床模态分析技术都有广 泛研究，但基于模态分析的可重配置机床 的相关研究较 少 。研究由于机床结构的可重配置引起的机床模态对机 床设计和使用都有重要意义 。 1 可 重配 置机床 1 ． 1可重配置技术 美国密西根大学可重构制造中, L , K o r e n 教授从二十 世纪九十年代中期开始在总结他人工作基础上提 出可重 构制造系统的概念 。Ko r e n 教授认为为迅速地调节生产 功能和生产能力，以便对突发的市场变化和产品要求做 出反应 ，可重构制造系统应能够在结构、软件 、硬件方 面进行快速 改变。重构过程虽 由市场需求驱动，但系统 中配置 的加工设备或部件的类型按照工艺要求按照优化 的原则进行重构 ，可重构制造系统的核心就是按照工艺 要求选配的加工设备或部件组成的加工单元。 实现可重构系统有两种途径 。一是将机床作为可重 构系统的基本模块，即系统一级的重构。二是机床级的 重构，即利用机床的模块性，重构时通过更换机床 的模 块实现生产能力与生产功能的改变。系统级的重构在重 构方法有三1 增加机床数量；2 减少机床 的数量； 3 更替机床的类型 ，最终实现改变系统生产能力和功 能的目的。本文中所说的重构是指通过更换机床的模块 来实现机床功能变化的重构方法[ 3 ] 。 可重配置制造系统 的出现最初就是为了能够快速响 应市场变化及需求调整 的制造模式，快速调整同一类零 件生产能力和功能，根据需要对制造系统结构以及软硬 收稿日期2 0 1 5 - 0 2 0 4 基金项目国家重大科技成果转化项目2 0 6 0 4 0 3 产业技术研究与开发 财建 2 0 1 1 3 2 9 号；北京联合大学人才强校 计划人才资助项目 作者简介张建成 1 9 7 1一 ，男，副教授，博士，研究方向为机械加工、开放式数控系统和运动控制技术等。 第3 7 卷第3 期2 0 1 5 0 3 下 [ 1 4 3 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 结束语 可重配置机床由于机械模块或单元的可重配置，使 机床根据用户 的需求可以具有不同的功能，从而满足完 整性加工的需要。伴随着机床模块的可重配置，机床的 动特性也会发生相应的变化 。机床动特性参数主要是机 床的模态参数，和机床的共振频率直接相关，在机床的 加工参数选择尤其是选择机床转速参数时必须首先获得 可重配置机床的模态参数 ，从而使选择 的转速参数尽量 远离机床系统 的共振区域，将会使切削过程更平稳，提 高切削加工精度。通过机床试验模态分析获得机床系统 模态参数 ，有助于机床切削加工参数的合理选择 ，也有 利于机床结构的优化设计。 参考文献 【 l 】 苑伟政， 马炳和． 微机械与微细加工技术[ M】 ． 西安 西 北工业 大学 出版 社，2 0 0 0 5 1 0 ． [ 2 】 刘克非， 张之敬， 周敏 ， 等． 复杂微小型工件 的完整加 工工艺分析 【 J 】 ． 制造技术与机床， 2 0 0 7 ， 7 1 2 1 ． 1 2 3 ． 【 3 】 许虹， 王庆明． 可重构机床设计明． 中国机械工程， 2 0 0 5 ,4 7 5 8 8 ． 5 9 3 ． 【 4 】 李宏伟． 开放 式数控系统分布式 体系结构及其 实现 策略的研究 【 D】 ． 天津 天津大学， 2 0 0 5 ． 【 5 】 孙颖． 可重构数控系统模块化设计与开发【 D 】 ． 南京 南京航空航 天大 学， 2 0 0 2 ． [ 6 】 袁巍， 张之敬 ， 周敏， 等 ． 面 向再制 造的快速机 加工系统 设计 与研 究【 J 】 ． 制造业 自动化， 2 0 0 9 ， 3 1 1 9 5 9 8 ． 【 7 】 杜 奕． MS Y 7 1 1 5 平 面磨床的实验模态 分析及动特性 修改【 D】 ． 昆 明 昆明理 工大学。 2 0 0 2 ． 【 8 】 王民， 南景洋 ， 咎涛， 等 ． 高速 卧式加 工中心主体 结构试验模 态分 析[ J 】 _ 北京工业大 学学报， 2 0 1 3 ， 3 9 5 6 4 8 6 5 2 ． [ 9 】 郑金 兴， 张铭钧， 孟庆鑫， 等 ． 试验模 态分析技术 在机 床结构 动态 特性研究中的应用【 J ] ．测控技术， 2 0 0 7 ， 2 6 1 2 2 8 3 1 ． 【 l O 】 周敏 ． 局部可重配景微 小型车铣加工关键技 术[ D】 ． 北京 北京 理 工大学大学， 2 0 0 9 ． 如● 蠡I 蠡‘ 蠡‘ 矗‘ 出● 蠡‘ 矗‘ 蠡● 蠢● 蠡‘ ●蠡● 童● 蠡‘ ． 童● j蠡‘ 蠡● 童● 蠢‘ 蠡● 蠡I 矗● 蠡● 【 上接第1 2 9 页】 i f Mo d e l S t a t e ． I s Va l i d { d b ． Ma i n t e n a n c e ． Ad d mo d e 1 ； d b ． S a v e C h a n g e s 0； F e t u m R e d i r e c t T o Ac t i o n ” I n d e x ” ； } r e t u rn Vi e w ； } ， ／ 省略其他A c t i o n 代码 } 4 结束语 通过采用AS P ． NE T MVC技术开发仪器设备维修管 理系统，有效提高了仪器设备的维修效率，规范了业务 流程，在一定程度上提 高了企事业单位的工作效率、生 产效率。在今后的研究过程中，要根据系统使用过程中 发现的问题，对系统进一步完善，进一步促进和推动企 事业单位的信息化水平。 参考文献 [ 1 】 司飙．MV C 模式下的考试系统建模研究【 J ] ． 计算机科学， 2 0 1 3 ， 6 4 0 3 ． 4 0 6 ． 【 2 】 李志， 贾 克斌， 李真真， 姚萌． 基于． NE T MVC架构的网上珠宝销售 系统的设计与实现【 J 】 ． 计算机 应用 与软件2 0 1 3 ， 3 1 8 6 1 8 9 ． 【 3 】 陈 颖悦． 基 于AS P ． NE T 环境 的实验 室报障 系统设计 与实现 [ J ] ． 九江学 院学报 自然科学版 ， 2 0 1 4 ， 2 4 7 4 9 ． 【 4 】 黄保翕． AS P ．NE T MV C4 开发指南【 M】 ．北京 清 华大学育出版 社， 2 01 3 ． 第3 7 卷第3 期2 0 1 5 -0 3 下 [ 1 4 7 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m