智能尋位技術(shù)在數(shù)控設(shè)備上的應(yīng)用

智能尋位技術(shù)在數(shù)控設(shè)備上的應(yīng)用

一、企業(yè)需要快速響應(yīng)市場競爭的重點是tqgce，即以最低的上市時間（時間）、最高的質(zhì)量（qui）、最低的成本（cost）、最佳服務(wù)（服務(wù)）和環(huán)境保護為市場的中心是上市時間。企業(yè)不僅需要有對變化市場的快速響應(yīng)能力(能針對市場的變化迅速進行必要的調(diào)整,包括組織上和技術(shù)上的調(diào)整),而且有不斷通過技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品更新來開拓市場、引導市場的能力,這樣才能及時抓住一瞬即逝的市場機遇而立于競爭的不敗之地?；谶@點,近年來提出并獲得較大發(fā)展的智能尋位加工技術(shù),作為敏捷制造模式的一種底層制造技術(shù),為解決企業(yè)市場快速響應(yīng)能力提供了一種全新的思路。二、設(shè)計制造周期智能尋位加工技術(shù)是一種新型加工技術(shù),可以大大提高制造企業(yè)的敏捷性,尤其是在多品種、小批量的生產(chǎn)要求中,優(yōu)勢體現(xiàn)得極其明顯。該方法是從縮短生產(chǎn)周期中的生產(chǎn)準備時間的角度出發(fā)的,更具體地講是縮短了夾具的生產(chǎn)準備時間。有關(guān)資料表明,根據(jù)我國現(xiàn)有工業(yè)水平,生產(chǎn)準備周期一般要占整個產(chǎn)品研制周期的50%～70%,而工藝裝備的設(shè)計制造周期又占生產(chǎn)準備周期的50%～70%,其中工藝裝備準備階段中要以60%～70%的時間用于夾具的設(shè)計和制造。這就意味著即使實際加工過程采用了先進的生產(chǎn)技術(shù)、生產(chǎn)設(shè)備,加工生產(chǎn)率提高了許多,但在多品種小批量生產(chǎn)過程中,這部分省下來的時間則顯得無足輕重。智能尋位加工技術(shù)正是從這一角度出發(fā),打破“定位—加工”的傳統(tǒng)加工方式,提出“尋位—加工”的新思路,僅賦予夾具以簡單的夾緊功能,使工件在欠定位或無定位情況下,通過主動尋位來實現(xiàn)傳統(tǒng)意義上的定位,基于CAD模型庫,自動生成數(shù)控加工控制指令,通過能實現(xiàn)順應(yīng)現(xiàn)實加工的設(shè)備完成對零件的無精確定位束縛的加工。這就大大簡化了對夾具的要求,通用夾緊裝置即可實現(xiàn)復雜的加工要求,大大地降低了夾具在整個生產(chǎn)過程中的準備時間,進而提高了整個產(chǎn)品的產(chǎn)出速度。目前,相關(guān)的研究工作已取得若干前期研究成果,在此基礎(chǔ)上我校得到國家自然科學基金委員會和國家863計劃的支持,進行了基于智能尋位加工技術(shù)的底層數(shù)控加工設(shè)備的研制,其成果有望為提高制造企業(yè)底層制造過程的敏捷化作出新的貢獻。三、智能恢復數(shù)據(jù)控制機床基于現(xiàn)有技術(shù)及設(shè)備,我校研究開發(fā)了一種具有仿人智能的敏捷型加工設(shè)備——智能尋位數(shù)控機床。1.pc系統(tǒng)組成該機床由可多坐標運動的機床主體、模仿人感官的信息感知系統(tǒng)、模仿人分析決策功能的信息處理系統(tǒng)、模仿人智能操作能力的控制與驅(qū)動系統(tǒng)等組成。其中信息感知系統(tǒng)包括視覺系統(tǒng)和觸覺系統(tǒng)兩個子系統(tǒng),其作用是以宏微觀相結(jié)合、無接觸與有接觸并舉的方式獲取工件的有關(guān)信息。信息處理系統(tǒng)由一臺PentiumIII計算機及軟件系統(tǒng)等組成,用于處理視覺和觸覺信息并求解工件實際狀態(tài)。控制驅(qū)動系統(tǒng)由工控PC計算機平臺、控制軟件、現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)、接口及驅(qū)動裝置等組成,用于完成整個機床的控制任務(wù)。其總體實現(xiàn)框圖如圖1所示。2.處理過程11工作場所僅需要簡單的通用夾緊裝置將工件無需精密定位(甚至相對隨機)地夾持在工作臺上,大大簡化了上站過程。2宏觀位姿測量系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)按照一定的自動視覺搜索工件策略,通過控制和驅(qū)動系統(tǒng),自動將工件移動至視覺測量系統(tǒng)可測量范圍內(nèi);而后由視覺測量系統(tǒng)測取工件的宏觀位姿,通過CAN總線將相關(guān)數(shù)據(jù)送至信息處理系統(tǒng);最后由信息處理系統(tǒng)對視覺測量數(shù)據(jù)進行處理,以宏觀尋位算法進行工件實際空間位姿的宏觀求取。3工件位姿測量以宏觀位姿信息對觸覺自動測量路徑進行實時修正,對工件進行順應(yīng)現(xiàn)實的精密測量(由于工件位姿變化的影響已經(jīng)反映到了測量路徑中,相比在不知道工件位姿情況下的觸覺測量,測量速度及可靠性都得到極大的提高);而后通過CAN總線將測點數(shù)據(jù)送至信息處理系統(tǒng);最后由信息處理系統(tǒng)對觸覺測量數(shù)據(jù)進行處理,以微觀攝動尋位算法進行工件實際空間位姿的求取。4加工規(guī)劃模塊首先,由坐標變換模塊根據(jù)工件微觀位姿信息對經(jīng)預處理的工件幾何信息進行坐標變換,得到其在加工坐標系下的描述;其次,由加工規(guī)劃模塊處理,生成工件表面的加工順序鏈表和切削參數(shù);第三,由切削軌跡計算模塊求解出工件表面上的切削軌跡;最后,自動生成數(shù)控加工控制指令。52適應(yīng)現(xiàn)實加工通過控制及驅(qū)動系統(tǒng),實現(xiàn)刀具與工件之間的相對切削運動,實現(xiàn)順應(yīng)上站工件的實際空間位姿的加工。3.伺服精度和思尋位精度加工范圍:500mm×250mm×180mm;伺服精度為:0.005mm;視覺粗尋位精度為:0.5mm;觸覺精尋位精度為:0.005mm;機床加工精度為:0.02mm。四、孔多軸抗辯技術(shù)的應(yīng)用為驗證智能尋位數(shù)控機床的實際加工能力,以多種工件進行了加工驗證。下面以一典型工件給出相關(guān)的結(jié)果。工件如圖2所示。從圖2可知,該工件左、右兩個表面均為曲面,同時兩個曲面與軸心線保持一定的垂直度要求。在傳統(tǒng)的加工方法中,這種均為曲面的工件定位具有一定的難度,而且由于在加工過程中,工件內(nèi)孔的上、下兩個部分均要加工,因此不容易采用長銷定位的方法,難以保證加工位置度要求。在智能尋位數(shù)控機床上,由于具有虛軸(在這里就是孔軸心線)尋位的特性,可以通過測量的辦法求得軸心線的實際空間方程,通過順應(yīng)該軸心線的現(xiàn)實位置進行加工,可以很方便地保證兩曲面與軸心線的垂直度要求以及相互的位置度要求。實測數(shù)據(jù)表明,由于該機床避免了專用夾具的準備或人工找正,而僅僅應(yīng)用簡單的通用夾緊裝置,以智能方式進行主動尋位,大大縮短了多品種、小批量生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)準備時間。同時,由于智能尋位機床具有位姿自適應(yīng)能力,因而走刀量可以更大,將進一步提高加工效率;夾具的簡化減少了可加工型面的遮擋,一次多面加工優(yōu)勢得以體現(xiàn),進一步提高了加工效率;虛軸尋位特性又使得傳統(tǒng)加工方法中不易實現(xiàn)的加工變得相對容易得多。上述結(jié)果說明,智能尋位數(shù)控機床的應(yīng)用可以有效提高底層制造過程的敏捷性。五、減少被動固定加工,提高產(chǎn)品的敏暢性基于“智能尋位加工技術(shù)”的新型智能尋位