一种大型复杂构件加工新模式及新装备探讨

大型复杂构件是航空航天、能源、船舶等领域装备的核心结构件，此类构件通常具有尺寸大、形状复杂、刚性弱等特点。传统“分体离线加工-在线检测”模式存在工艺不稳定、过程复杂、柔性差、周期长等问题，以龙门式多轴数控机床加工为代表的“包容式”加工模式，难以适应大型复杂构件的高效高质量加工制造需求。提出一种基于移动式和吸附式机器人的多机协同原位加工新模式，通过多机器人系统自主寻位、精确定位加工与加工质量原位检测，实现大型复杂构件多安装面并行铣削、制孔与打磨等作业。多机器人系统包括移动式混联机器人、吸附式并联机器人、移动式串联铣削机器人、移动式双臂加工机器人和移动式打磨机器人。构建多机协同原位加工模式，需要揭示多机器人协同原位加工行为与大型弱刚性结构件质量控制的交互机理，面临着本体、测量、工艺和集成四个方面的挑战，需要设计高灵活、高刚度的移动式和吸附式加工机器人，解决移动机器人自主准确寻位和超大结构件原位高精检测难题，攻克加工变形误差在线补偿和振动抑制技术，通过集成实现多机协同高效高精加工，为大型复杂构件的高效高质量制造提供创新技术及装备，并实现此类构件制造核心技术及装备自主可控。     

高灵活度五轴联动混联铣床的机构设计方法及应用

正在具有典型复杂空间自由曲面零部件的加工领域中,五轴联动混联铣床因其独特的结构形式和运动学特性而占据一定优势。本文以该类铣床为研究对象,根据典型应用需求,总结了混联铣床并联模块的自由度形式需求,针对原理构型综合和设计、冗余并联机构的性能分析与评价、参数优化设计等问题展开深入理论研究,将构型综合所得新型并联机构应用于五轴混联构型的设计中,进而开发了试验样机,并将铣床样机应用于铣削加工之中。旨在通过理论研究及应用试验促进少自由度并联机构的应用和五轴联动混联铣床的发展。通过工艺分析,现代复杂曲面零部件对加工设备的需求可概括如下:五轴联动定位铣削和五轴联动可变轴轮廓铣削。对刀具转角要求苛刻的工况可重点概括如下:一次装卡五面加工。为了实现必要的灵活度及加工柔性,上述应用需求体现在混     

伺服冲床主传动机构构型及运动学优化设计

伺服冲床是一种高速高频高精的新型板材冲压机床,其主传动机构构型、尺寸、性能直接影响冲床的精度、效率、冲压力等主要工作性能参数。通过分析现有机构构型,对伺服冲床主传动机构进行构型设计,并分析两种不同类型的机构特点。总结目标函数法和性能图谱法两种优化方法的特点及适用情况,提出基于目标函数法的冲床主传动机构优化目标函数,并采用两种优化设计方法分别对两类主传动机构进行尺度综合,验证了不同类型机构的特点。该研究对伺服冲床主传动机构构型及优化设计提供了思路及方法。     

行为机构学与高端装备创新设计

近年来,科技的迅猛发展对高端装备以及各类机器的环境适应性、交互能力等提出了更高要求,一类新的机构学研究方向——基于“交互特性”的行为机构学研究呼之欲出且迫在眉睫。在尝试阐述行为机构学内涵的基础上,重点展望行为机构学的6个重点研究方向和两大核心科学问题,其中重点研究方向包括机构与机器的行为学基础与表征方法、适应性机构学理论、超材料/超结构、面向群体/群智行为的机构综合理论与技术、人-机器人共融的机构学基础、面向性能保障与增强的其他行为机构学基础等。通过对航空航天领域复杂加工、太空深海探测等几个典型应用场景的示例枚举,展现行为机构学研究潜在重要的科学与工程价值,行为机构学对高端装备的创新设计和应用可起到重要支撑作用。     

当前中国机构学面临的机遇

工业4.0以及智能制造是工业发展的必然趋势,但它们的发展必然是要建立在单元化装备尤其是机器人和高端制造装备的高品质基础之上的。近两年,机器人高调卷土重来,市场前景巨大;高端制造装备尤其是高档数控机床在我国需求依旧迫切。但不管机器人还是高档数控机床在我国的发展仍然不容乐观,它们仍然低迷的共同特征是所必需的基础元器件和数控系统依赖舶来品,受制于人,关键功能部件例如摆角头、高性能减速器(例如RV减速器)等制造技术缺失,导轨、丝杠等部件可靠性和性能保持性不足。尤其是,由于结构原理以及实现技术的原因,摆角头和高性能减速器均是串联式高端机床和机器人的核心功能部件,极大地决定了机床和机器人的功能和性能,也是机床和机器人行业能否达到和赶超世界先进水平的重要屏障。机构学是装备结构设计的基础学科,机构创新是装备创新的根本,在我国机床与机器人需要跨越式发展的当前,机构学领域担负着重要的创新责任。结合机床与机器人的结构、功能和应用特点,分析和探讨我国机构学在现阶段面临的机遇,为我国机构学者的研究与工业界对高端装备的需求实现有效结合提供参考。     

并联机构中运动/力传递功率最大值的评价

并联机构的本质作用之一是在机构的输入端和输出端之间传递运动和力。对并联机构的性能分析需要从该本质功能出发,考虑机构运动和力的传递特性。在螺旋理论中,当运动旋量和力旋量进行互易积运算时,其结果表示该力在运动方向上的瞬时传递功率。结合能效系数法,可将瞬时传递功率和可能的最大传递功率之比定义相关的评价指标,用以分析并联机构的运动/力传递特性。该指标能否实用的关键问题之一是如何理解和求解可能的传递功率的最大值。根据并联机构中可能存在的不同形式的运动旋量和力旋量的组合,将功率最大值的求解问题分为五种情况,对每种情况的计算模型进行详细的推导与解释,尤其是当刚体的力和运动均为浮动的旋量(力旋量/运动旋量)时,提出改进后的特征点法,建立有效的求解模型。此外,以三个常见的并联机构为例,对机构中运动/力传递功率的最大值进行求解,以进一步说明所提计算模型的合理性和实用性。     

机器人化装备测量-加工一体化技术现状及展望

面对非结构化的加工场景以及多品种小批量复杂构件的定制化加工需求,机器人化装备需具备感知待加工件和加工场景的能力,对测量技术与加工技术的深度融合需求迫切,但目前尚无成熟的技术体系。本文围绕测量-加工一体化技术所涉及的测量数据获取、加工特征提取、加工方案生成和末端闭环控制4项关键技术进行综述,总结了测量-加工一体化技术的现状与面临的技术挑战,对测量-加工一体化技术在构建跨尺度测量场、优化数据驱动方式、集成多功能测量、拓展智能化应用等方面的发展趋势进行了分析和探讨。     

高灵活度五轴联动混联铣床的机构设计方法及应用

正在具有典型复杂空间自由曲面零部件的加工领域中,五轴联动混联铣床因其独特的结构形式和运动学特性而占据一定优势。本文以该类铣床为研究对象,根据典型应用需求,总结了混联铣床并联模块的自由度形式需求,针对原理构型综合和设计、冗余并联机构的性能分析与评价、参数优化设计等问题展开深入理论研究,将构型综合所得新型并联机构应用于五轴混联构型的设计中,进而开发了试验样机,并将铣床样机应用于铣削加工之中。旨在通过理论研究及应用试验促进少自由度并联机构的应用和五轴联动混联铣床的发展。主要内容如下:通过工艺分析,现代复杂曲面零部件对加工设备的需求可概括如下:五轴联动定位铣削和五轴联动可变轴轮廓铣削。对     

面向智能制造的通用分布式四域数字孪生系统

针对离散制造车间面临加工产品多样、数据服务计算实时性要求高、制造设备多导致难以实时反馈补偿的问题,依靠数字孪生虚拟与物理同步的特点,构建满足大量需求的高可用、高性能、高并发数字孪生参考模型.建立面向虚拟与物理模型多终端实时交互模式及信息时效分级规则,提出多终端虚拟交互模型,最终形成一种泛化性分布式计算服务数字孪生系统....