機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-一種支持機(jī)床和工藝計(jì)劃聯(lián)合設(shè)計(jì)的綜合方法 【中文7810字】【PDF+中文WORD】,中文7810字,PDF+中文WORD,機(jī)械外文文獻(xiàn)翻譯-一種支持機(jī)床和工藝計(jì)劃聯(lián)合設(shè)計(jì)的綜合方法,【中文7810字】【PDF+中文WORD】,機(jī)械,外文,文獻(xiàn),翻譯,一種,支持,機(jī)床,工藝,計(jì)劃,聯(lián)合 一種支持機(jī)床和工藝計(jì)劃聯(lián)合設(shè)計(jì)的綜合方法 M. Leonesio，L. Molinari Tosatti，S. Pellegrinelli，A. Valente * 意大利米蘭.意大利國家研究委員會（CNR）工業(yè)技術(shù)與自動化研究所（ITIA） 關(guān)鍵詞：流程規(guī)劃 機(jī)床運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì) STEP-NC 摘要： 機(jī)床和工藝規(guī)劃問題的配置傳統(tǒng)上是作為獨(dú)立的階段進(jìn)行管理的，其中通過考慮目錄中提供的大量機(jī)床解決方案來設(shè)計(jì)工藝計(jì)劃。 這種策略在工藝結(jié)果和機(jī)器能力的全面開發(fā)方面存在許多缺點(diǎn)。 本文提出了一種聯(lián)合配置機(jī)床和工藝規(guī)劃的綜合方法。 該方法的結(jié)構(gòu)分為4個(gè)主要遞歸步驟，最終確保實(shí)現(xiàn)機(jī)床靜態(tài)和動態(tài)行為之間的最佳平衡，過程質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。 該方法的好處已經(jīng)在鐵路和汽車行業(yè)的測試案例中得到了評估。 1 介紹 機(jī)床的設(shè)計(jì)和配置對于歐洲制造業(yè)的競爭力是有幫助的[1]。與大規(guī)模定制原則和歐洲傳統(tǒng)知識在機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)領(lǐng)域的知識一致，機(jī)床應(yīng)該由與產(chǎn)品系列分析和過程質(zhì)量要求緊密相關(guān)的配置過程產(chǎn)生，而不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)和嚴(yán)格的目錄設(shè)備。這使機(jī)床配置和工藝規(guī)劃成為同一問題的兩個(gè)步驟，其中機(jī)床幾何和運(yùn)動特征影響工件操作的可達(dá)性以及夾緊系統(tǒng)配置和機(jī)床動態(tài)影響最終質(zhì)量和成本的問題。 工件機(jī)床配置與過程規(guī)劃之間的關(guān)系已經(jīng)被科學(xué)文獻(xiàn)廣泛地研究并參考了以下主題：評估機(jī)器能力以靜態(tài)實(shí)現(xiàn)過程計(jì)劃[2]，跨多個(gè)資源執(zhí)行過程計(jì)劃[3 ]，能源有效的工藝規(guī)劃[4-7]，最后評估機(jī)床動態(tài)行為對工藝規(guī)劃定義的影響[8]。然而，這些作品的興趣主要集中在特定的機(jī)床結(jié)構(gòu)和性能對工藝規(guī)劃問題的影響上。 本文提出了一種綜合方法來支持機(jī)床和工藝規(guī)劃的聯(lián)合設(shè)計(jì)。所提出的方法在四個(gè)主要步驟中構(gòu)成，如圖1所示。 第一步是分析工件CAD模型。通過加工特征的識別（待加工工件區(qū)域的幾何描述），加工操作（選擇切削工具，加工參數(shù)和策略）和加工工作步驟（MWS），根據(jù)STEP標(biāo)準(zhǔn)[9]-加工特征與加工操作之間的關(guān)聯(lián)）。在多個(gè)替代MWS的基礎(chǔ)上，步驟1確定全球更適合生產(chǎn)要求和機(jī)器行為的MWS。 在與機(jī)床設(shè)計(jì)相關(guān)的步驟2中利用與產(chǎn)品系列相關(guān)的幾何和技術(shù)信息以及關(guān)于生產(chǎn)需求的數(shù)據(jù)和關(guān)于可能的產(chǎn)品演變的預(yù)測。這一步的結(jié)果是一個(gè)通用機(jī)床的領(lǐng)域，從動態(tài)和靜態(tài)兩個(gè)角度來滿足生產(chǎn)要求。步驟1和2傳統(tǒng)上是作為獨(dú)立階段處理的，因?yàn)橥ㄓ脵C(jī)床通常沒有知識配置實(shí)際產(chǎn)品的機(jī)器和工藝規(guī)劃通常是從現(xiàn)有機(jī)器目錄開始開發(fā)的。 步驟3將步驟2中產(chǎn)生的機(jī)床解決方案進(jìn)行動態(tài)模擬，同時(shí)執(zhí)行步驟1中確定的MWS。機(jī)床的動態(tài)行為根據(jù)許多關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）進(jìn)行評估，這些指標(biāo)處理能耗，刀具磨損，表面粗糙度，最大所需主軸功率和扭矩。 KPI與MWS評估同時(shí)相關(guān)，因?yàn)樗鼈兛梢酝ㄟ^調(diào)整運(yùn)動特性和動態(tài)特性來推動工藝參數(shù)的調(diào)整和機(jī)床設(shè)計(jì)。 圖1.綜合方法。 該方法的最后一步涉及選擇一個(gè)或多個(gè)夾具，工件定向的定義以及操作與給定定向（工件設(shè)置）的關(guān)聯(lián)[10,11]。 這個(gè)階段的結(jié)果是根據(jù)工件質(zhì)量要求生成可行的替代工藝計(jì)劃[12]。 生產(chǎn)時(shí)間和成本根據(jù)MWS KPI進(jìn)行調(diào)查和優(yōu)化。 這項(xiàng)工作的以下部分將為讀者提供對所提議方法的每個(gè)步驟（從第2至6部分）更全面的描述。 第7部分將介紹一個(gè)考慮評估方法優(yōu)勢的工業(yè)測試案例。 第8節(jié)將概述結(jié)論和未來的工作。 2. 工件分析 工件分析是基于特征的工藝規(guī)劃中的第一項(xiàng)活動[13]，旨在確定完整加工工件所需的操作。如第1節(jié)所述，工件分析基于STEP-NC標(biāo)準(zhǔn)，從而定義加工特征（待加工區(qū)域的幾何描述），加工操作（加工策略）和加工工作步驟一項(xiàng)功能和一項(xiàng)操作）。由于可以根據(jù)切削工具，加工參數(shù)或刀具路徑的替代策略對區(qū)域進(jìn)行加工，所以可以通過替代操作來實(shí)現(xiàn)相同的特征，并且因此可以實(shí)現(xiàn)替代的MWS。工件的完整實(shí)現(xiàn)意味著要確定要執(zhí)行的MWS之間的技術(shù)限制。所提出的方法考慮了兩種不同類型的技術(shù)限制：優(yōu)先級和寬容限制[14]。優(yōu)先約束強(qiáng)制執(zhí)行兩個(gè)MWS之間的執(zhí)行順序，而容限約束要求在相同的設(shè)置中執(zhí)行兩個(gè)MWS以確保達(dá)到質(zhì)量要求?；谶@些技術(shù)限制，可以通過考慮優(yōu)先約束和處理特定特征的替代策略來構(gòu)建操作網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)將在處理夾具選擇和設(shè)置計(jì)劃的方法的最后一步中使用。 3. 機(jī)床設(shè)計(jì) 機(jī)床的配置是一個(gè)非常明確的過程，與提議的方法一致，從收集關(guān)于待處理產(chǎn)品系列的數(shù)據(jù)開始。這些數(shù)據(jù)包括工件分析步驟中合成產(chǎn)品的幾何和工藝特性以及生產(chǎn)量。 配置過程包括確定完成工藝約束的最小機(jī)床要求（例如最小工作立方體，軸數(shù)，主軸定向和功率）。根據(jù)這個(gè)最小集合，可以考慮其他類型的約束條件，如生產(chǎn)率，可靠性，可用預(yù)算，能源效率以及機(jī)器全局規(guī)模（如果它應(yīng)該集成在預(yù)定義的商城 - FL OOR）。在需求預(yù)計(jì)隨時(shí)間變化的情況下，可以對定制的需求進(jìn)行額外的評估機(jī)器的靈活度與預(yù)測的變化相匹配。 所有這些信息都導(dǎo)致了以不同機(jī)構(gòu)，性能和成本為特征的替代機(jī)器解決方案領(lǐng)域的確定。 在這個(gè)階段，機(jī)器設(shè)計(jì)過程需要在執(zhí)行過程時(shí)評估機(jī)器性能。 機(jī)器過程動態(tài)交互的分析可以評估機(jī)器的關(guān)鍵性和可能的改進(jìn)。 下一節(jié)將概述動態(tài)切削模擬，作為評估機(jī)床設(shè)計(jì)和工件分析的手段，作為工藝計(jì)劃的一部分。 在金屬切削策略中，減少制造時(shí)間和成本的目標(biāo)與確保所要求的質(zhì)量水平的要求嚴(yán)格相關(guān)。質(zhì)量可以直接關(guān)注工件的幾何特性，也可以參考過程，例如，它在能耗方面的效率。 工件質(zhì)量受所有確定工具相對于標(biāo)稱路徑的不希望的位移的現(xiàn)象的影響。對工件質(zhì)量的全面評估需要分析四大類現(xiàn)象：機(jī)器和零件的熱變形;工具尖端的容積定位誤差;機(jī)器，過程和工件之間的動態(tài)交互;由CNC和/或進(jìn)給驅(qū)動器性能導(dǎo)致的軌跡誤差。由于在材料去除率（MRR）方面的高要求性能，振動的建模和最小化，無論是強(qiáng)制還是振動不穩(wěn)定性，都是提高金屬去除過程中生產(chǎn)率和部件質(zhì)量的主要限制因素。振動的發(fā)生有幾個(gè)負(fù)面影響：表面質(zhì)量差，超差，過度噪音，刀具磨損不均衡，主軸損壞，MRR降低以保持表面質(zhì)量，浪費(fèi)材料，浪費(fèi)能源，從而對材料和環(huán)境造成影響能源[15]。除表面質(zhì)量和公差外，其他影響與過程質(zhì)量有關(guān)，并直接影響整體生產(chǎn)效率。評估振動起始的水平和影響的關(guān)鍵是所謂的動態(tài)切削過程模擬，能夠?qū)碜圆牧先コ牧εc刀尖與工件之間的相對動態(tài)和靜態(tài)響應(yīng)耦合[16]。雖然單個(gè)過程或機(jī)器特性的模擬是最先進(jìn)的，但過程和機(jī)床建模在模擬中的集成是特別創(chuàng)新的。機(jī)床工件和過程之間的相互作用肯定是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗鼈兊慕１仨毥?jīng)過評估以解決受迫振動開始和再生顫振不穩(wěn)定性。由加工過程產(chǎn)生的不連續(xù)切削力激發(fā)刀尖，導(dǎo)致切屑切片力本身受切屑切片調(diào)制。為了結(jié)合所描述的效果，動態(tài)切割模擬方法的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)該集成以下功能模塊： ?一個(gè)零件程序解釋器，能夠提供有關(guān)速度定律的刀具路徑，以及確定操作的切削參數(shù)（例如主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率）; ?用于計(jì)算工件刀具嚙合和芯片幾何計(jì)算的“幾何引擎” ?將芯片幾何形狀與每個(gè)嚙合切割器表示的切割力及其總和相關(guān)聯(lián)的力模型; ?刀尖和工件相對動態(tài)的表示; ?整體動態(tài)模擬的時(shí)域積分器。 在大多數(shù)現(xiàn)有的商業(yè)應(yīng)用中，機(jī)器和工藝之間的動態(tài)循環(huán)不是閉合的，因?yàn)榍邢髁Ω蓴_不應(yīng)該影響工具位置并因此影響切屑部分。 事實(shí)上，該模型的復(fù)雜性嚴(yán)重降低了現(xiàn)有的商業(yè)應(yīng)用：通過MALINC MachProTM考慮到動態(tài)切割，實(shí)現(xiàn)適當(dāng)“虛擬加工”的獨(dú)特商業(yè)應(yīng)用程序。 動態(tài)仿真結(jié)果有助于評估加工過程的質(zhì)量。 這意味著要確定一段時(shí)間內(nèi)要測量和跟蹤的KPI。 4.1關(guān)鍵績效指標(biāo)（KPI） 在所提出的方法中考慮的KPI被解釋為關(guān)于所需加工操作的機(jī)床動態(tài)的量度。 根據(jù)這些指標(biāo)的價(jià)值，可以參考機(jī)器結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)一些有用的選擇。 在本節(jié)的以下部分中，簡要介紹了最重要的考慮KPI。 4.1.1能源消耗 執(zhí)行加工操作所需的機(jī)械能可以通過計(jì)算機(jī)械功率在整個(gè)加工時(shí)間內(nèi)的積分來獲得，即： 是主軸轉(zhuǎn)速，是主軸轉(zhuǎn)矩，是瞬時(shí)進(jìn)給速度，是切削力，TMWS是MWS持續(xù)時(shí)間。 由于相應(yīng)的驅(qū)動器（其估算超出范圍）的效率通常是不同的，所以通過保持分開的軸和主軸機(jī)械功率可以更精確地計(jì)算電能消耗的計(jì)算。此外，為了比較不同MWS的主軸繞組的銅損，主軸轉(zhuǎn)矩的均方根值（RMS）也可以從轉(zhuǎn)矩時(shí)間歷史開始計(jì)算。 在文獻(xiàn)中，通常通過與材料類型相關(guān)的恒定體積特定能量來估算切割能量消耗：這種近似方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)沖突，而具體能量隨著工具，工藝參數(shù)和機(jī)器而變化[17]。特定的主軸功耗（SSPC）與切削速度，每齒進(jìn)給量，切削深度和切削寬度成反比。如果過程變得不穩(wěn)定（顫振發(fā)生），情況可能會不同：由于主軸銅損與扭矩的RMS成正比，切削力中動態(tài)分量的存在可能會導(dǎo)致SSPC增加。 開發(fā)的SW模塊自動考慮到上述所有考慮事項(xiàng)。 4.1.2主軸軸承負(fù)載 主軸軸承在加工過程中通常面臨漸進(jìn)磨損，并且大部分主軸維護(hù)時(shí)間都用于軸承替代。 軸承目錄通過參考“動態(tài)等效負(fù)載”報(bào)告了一個(gè)計(jì)算軸承壽命的標(biāo)準(zhǔn)公式，它能夠在復(fù)雜的負(fù)載歷史記錄中以單個(gè)數(shù)字合成軸承所需的工作量。 假設(shè)主軸軸承負(fù)載與主軸軸彎矩成正比，可以為每個(gè)MWS計(jì)算“動態(tài)等效負(fù)載”，并用于比較引起的軸承應(yīng)力。 在公式中： 其中Ltool是刀具長度，F(xiàn)xy是在銑削平面（xy）中產(chǎn)生的切削力。 4.1.3 粗糙度 表面粗糙度取決于與切割運(yùn)動學(xué)和振動起始有關(guān)的幾個(gè)因素。 在所提出的方法中，刀具的振動和偏轉(zhuǎn)直接作為表面粗糙度指標(biāo)來處理。 它們對于確定表面粗糙度的可接受水平以及比較不同動態(tài)響應(yīng)對該參數(shù)的影響至關(guān)重要。 因此，該指標(biāo)變?yōu)椋? 4.1.4工具刀具負(fù)載 當(dāng)切削刃上的剪切壓力克服材料的機(jī)械阻力時(shí)，發(fā)生刀具切削。 剪應(yīng)力與切削力表示的切削力成正比單切刀Fcutter相對于切削刃接合（b）歸一化。因此，相應(yīng)的指標(biāo)是： 其他KPI包括泰勒公式所估算的刀具磨損，切削材料所需的最大主軸功率和最大主軸扭矩，以及機(jī)床軸提供進(jìn)給運(yùn)動所需的最大載荷。它們可以直接從仿真中獲得，并代表機(jī)床必須能夠執(zhí)行給定操作的約束條件。 5.機(jī)床設(shè)計(jì)和MWS評估 與提議的方法一致，KPI的解釋可以推動工藝規(guī)劃和機(jī)床的改進(jìn)選擇。 基于KPI值，可以更新多個(gè)MWS以獲得更好的表現(xiàn)和可行的過程。 例如，如果表示表面粗糙度的KPI指示該過程不符合工件質(zhì)量約束，則可以調(diào)整一些MWS，例如進(jìn)給速率或主軸轉(zhuǎn)速; 同樣，根據(jù)最大主軸功率，可以修改進(jìn)給速率，主軸轉(zhuǎn)速或切削深度，以降低與制造工藝相關(guān)的成本。 圖2.機(jī)床動態(tài)符合性和邊界。（為了解釋本圖例中對顏色的引用，讀者可參考本文的網(wǎng)頁版。） 關(guān)鍵績效指標(biāo)對機(jī)床選擇的影響更加復(fù)雜。表示所需最大主軸功率和最大主軸轉(zhuǎn)矩的KPI可直接用于確定正確的電機(jī)大小，而主軸軸承負(fù)載可用于選擇合適的軸承以確保所需的部件壽命。 另一方面，與能耗，刀具壽命，刀具切削負(fù)荷有關(guān)的KPI可能與單一工藝參數(shù)錯(cuò)誤相關(guān)，而與表面粗糙度指標(biāo)一起， 它們嚴(yán)格依賴于機(jī)床的動態(tài)性能，嚴(yán)重受到振動的影響。 因此，后面這些KPI的增強(qiáng)可以追溯到能夠防止顫音發(fā)生的最佳MT動態(tài)性能的評估。 執(zhí)行此任務(wù)的方法概述如下。 顫音發(fā)生與KPI之間的關(guān)系可以通過利用一組減少的變量來分析; 例如，采用[16]中描述的0階方法。 根據(jù)以下假設(shè)： ?X和Y平面的銑削操作，以直線軌跡為特征， ?Z方向無再生， ?沒有低沉浸角度， 顫振失穩(wěn)發(fā)生與機(jī)床之間的關(guān)系由動力系統(tǒng)'機(jī)床+銑削過程'的特征方程解析表示： 其中L是一個(gè)特征值，其實(shí)部必須是正值以確保穩(wěn)定; [A0]是考慮到平均切削力相對于軸線進(jìn)給的方向的矩陣; [Gtool-WP]是在刀尖與工件之間“觀察到”的相對動態(tài)行為。 由于特征值L還取決于穩(wěn)定的切削深度（b），徑向切向壓力（Kt和切向壓力Kr）以及齒數(shù)（N），因此可以用它來確定穩(wěn)定極限，了解過程參數(shù)。 基于公式（5）中，首先要考慮的是，臨界切削深度（即，確保所有主軸轉(zhuǎn)速的過程穩(wěn)定性的最大切削深度）嚴(yán)格地與刀尖和工件之間的相對動態(tài)柔度的實(shí)部的最小值相關(guān)在一個(gè)取決于牙齒通過頻率（TPF）的頻率范圍內(nèi)，而矩陣[A0]指示哪個(gè)順從方向更重要。因此，機(jī)床動態(tài) 評估可以簡化為由頻率Re（Gxx（v））和Re（Gyy（v））定義的空間中的邊界計(jì)算，其中變量表示沿著定義方向的刀尖動態(tài)順應(yīng)性的實(shí)部銑削平面（進(jìn)給方向x和法向方向y）。這些邊界的尊重代表了給定操作的切割穩(wěn)定性的充分條件。從實(shí)際的角度來看，這意味著由機(jī)床設(shè)計(jì)師估算的x方向和y方向的順從性必須與這些規(guī)定邊界相一致：因此，這些邊界可用于確定設(shè)計(jì)選擇的方向，以增強(qiáng)受顫動影響的KPI發(fā)作。 為了清楚起見，讓我們考慮一個(gè)例子，實(shí)現(xiàn)用六面體立銑刀對非合金碳鋼進(jìn)行銑槽操作。相應(yīng)的切削壓力為Kt = 1800N / mm2和Kr = 700N / mm2;刀具制造商建議的切削速度與刀具直徑一起產(chǎn)生2000 rpm的主軸轉(zhuǎn)速。這些數(shù)據(jù)使得能夠描繪圖2中所示的邊界：每條曲線對應(yīng)于期望的切割深度的值并且追蹤動態(tài)柔順空間中的邊界（切割深度的負(fù)值不具有任何物理意義，僅僅指示不穩(wěn)定是不可能的）。必須考慮的動態(tài)順應(yīng)性部分在TPF（在我們的例子中為150Hz）和與過程阻尼相關(guān)的上限之間，可以保守地假定為2kHz。因此，設(shè)計(jì)人員完全了解機(jī)床共振在此頻段對顫振發(fā)生的影響。例如，對于圖2（a）中描繪的動態(tài)柔度，它與圖2（b）中概述的有趣頻率范圍內(nèi)的行為相關(guān)聯(lián)：假設(shè)工件是剛性的，它清楚地表明最有效的策略越過對應(yīng)于較高切割深度的曲線包括在Y方向上加強(qiáng)機(jī)器（綠色箭頭）。 6 夾具選擇和設(shè)置計(jì)劃 結(jié)構(gòu)選擇和設(shè)置計(jì)劃代表了所提議方法的最后一步。 這一步已經(jīng)在[18]中進(jìn)行了數(shù)學(xué)表述。 夾具和工件的設(shè)置與機(jī)床的運(yùn)動結(jié)構(gòu)一致，因此只有在基于KPI實(shí)現(xiàn)的機(jī)床最終特性后才能解決。 一旦定義了設(shè)置，就可以通過考慮步驟中識別的不同機(jī)床解決方案來生成大量替代工藝計(jì)劃 最終的工藝計(jì)劃可以通過選擇最小化生產(chǎn)成本的解決方案來確定。 這些成本根據(jù)MWS能耗和工具磨損KPI進(jìn)行評估。 圖3.工件MWS和優(yōu)先約束的子集。 7 應(yīng)用于案例研究 所提出的方法已經(jīng)在鐵路和汽車領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)的中型產(chǎn)品家族中進(jìn)行了測試[9,12]。該方法的第一步（工件分析）確定了大多數(shù)2.5D加工特征，主要包括平面和圓孔以及53 MWS。圖3顯示了已識別的MWS和優(yōu)先約束的一個(gè)例子。 根據(jù)工件分析和長期產(chǎn)品要求，確定了最低限度的機(jī)床要求：工作立方體 - 600 mm×600 mm×600 mm，所需主軸功率 - 50 kW，媽媽軸號3。 此外，由于生產(chǎn)力，質(zhì)量和能源的限制，機(jī)床類型的領(lǐng)域已經(jīng)減少到主要20種可能的選擇。這些機(jī)床類型已經(jīng)進(jìn)一步與動態(tài)切削模擬方法的步驟3相一致。由于工件材料不適合高速加工，所以必須特別注意機(jī)床結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通常負(fù)責(zé)在低切削速度情況下激發(fā)的低頻共振;出于這個(gè)原因，選擇了具有螺柱結(jié)構(gòu)和高剛度的機(jī)床，而主軸剛度和進(jìn)給驅(qū)動性能尚未被考慮在內(nèi)。作為一個(gè)例子，我們研究了一個(gè)4軸機(jī)床（稱為''4Axis_MT_beta''）實(shí)現(xiàn)兩個(gè)端面銑削操作Pf1Oper1（粗加工操作）和Pf2Oper8（完成操作）的過程。動態(tài)分析表明，由于顫振的發(fā)生，Pf1Oper1不可行（表面粗糙度差）。一種可能的改進(jìn)是將主軸轉(zhuǎn)速從300rpm提高到400rpm，以便使TPF大于極限共振，但是切削速度將超過刀具制造商提出的與刀具壽命周期有關(guān)的限制，并且因此整體機(jī)床投資成本。因此，可以根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速（“4Axis_MT_optimized”）對4Axis_MT_beta版本進(jìn)行優(yōu)化，因此工藝計(jì)劃也需要進(jìn)行調(diào)整。表1示出了針對上述操作針對由'4Axis_MT_beta'設(shè)計(jì)產(chǎn)生的'虛擬'MT計(jì)算的KPI指標(biāo)的示例：計(jì)算基于由有限元法提供的主軸鼻部處的動態(tài)柔量設(shè)想的機(jī)器結(jié)構(gòu)（圖4）。 表格1兩個(gè)MWS的KPI。 圖4.初步設(shè)計(jì)的機(jī)床動態(tài)特性 關(guān)注Pf1Oper1，與表面質(zhì)量有關(guān)的KPI（即刀尖振動）似乎特別關(guān)鍵：峰 - 峰振蕩達(dá)到0.15 mm的值，與每齒進(jìn)給量相當(dāng)，在Pf1Oper1的情況等于0.125mm。顯然，振蕩受到主軸要求的最大扭矩和功率的影響。此外，增加的RMS值扭矩對能耗有負(fù)面影響。與Pf1Oper1不同，Pf2Oper8表現(xiàn)出相當(dāng)規(guī)律的KPI行為。 與Pf1Oper1處理相關(guān)的巨大振動水平是由再生顫振發(fā)生引起的。由于Pf1Oper1是一種外圍銑削，其特征在于入口和出口嚙合 - 角度分別等于08和208，圖表 表達(dá)與臨界切削深度水平相關(guān)的動態(tài)柔量邊界（第5節(jié)）可用于改進(jìn)機(jī)床設(shè)計(jì)選擇（圖5）?？紤]到Pf1Oper1要求主軸轉(zhuǎn)速為300 rpm，帶有4個(gè)刀具，20 Hz的TPF和顫振頻率范圍從20 Hz到400 Hz不等，但4Axis_MT_beta設(shè)計(jì)（紅線）的動態(tài)順應(yīng)性跨越邊界與臨界切割深度66 mm相關(guān)，而Pf1Oper1所需的切割深度約為69 mm。這種情況是KPI指出的糟糕表現(xiàn)的基礎(chǔ)。 圖5.關(guān)于MWS Pf1Op1的機(jī)床動態(tài)優(yōu)化。 （為了解釋本圖例中對顏色的引用，讀者可參考本文的網(wǎng)頁版。） 圖6.優(yōu)化的機(jī)床動態(tài)。 觀察圖5，設(shè)計(jì)者可以認(rèn)識到，最大的懲罰穩(wěn)定極限集中在圖中的第四象限，其中Re（Gxx）為正，Re（Gyy）為負(fù)。基于這一事實(shí)，設(shè)計(jì)師可以重新排列MT結(jié)構(gòu)的性質(zhì)，以便使Re（Gxx）和Re（Gyy）的負(fù)峰值和正峰值保持更接近，將這些峰值從最關(guān)鍵區(qū)域移開。這種選擇已經(jīng)在其動態(tài)柔量在圖5（僅僅是實(shí)部）和圖6（實(shí)部和虛部）中示出的結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)，表明與66mm相關(guān)的極限不再交叉，因此，在再生顫振不穩(wěn)定性方面，機(jī)器的動態(tài)性能得到了提高。相應(yīng)的KPI，特別是表面粗糙度，符合性能增強(qiáng)（見表1的第二列）。然而，最終的動態(tài)柔度高于最初的動態(tài)柔量，這意味著甚至可以實(shí)現(xiàn)性能增強(qiáng)，從而減小結(jié)構(gòu)元件的尺寸，并且進(jìn)而減小質(zhì)量。 然后使用最后一套機(jī)床生成夾具配置和設(shè)置計(jì)劃。具體而言，工件結(jié)果需要在四個(gè)裝置上完全加工，其尺寸與機(jī)器工作立方體相符。 從托盤配置的6種選擇中，操作成本的最小化導(dǎo)致托盤配置為每個(gè)設(shè)置一個(gè)部件，因此每個(gè)托盤生產(chǎn)一個(gè)成品工件（圖7）。 圖7.墓碑固定 - 設(shè)置1,2（a）和3,4（b）。 設(shè)置1和4具有相同的工件方向但MWS不同。 由于優(yōu)先級和寬容限制，這些MWS可能沒有在相同的設(shè)置中執(zhí)行。 8. 結(jié)論和未來的工作 目前的工作為機(jī)床和工藝規(guī)劃的并行設(shè)計(jì)引入了一種創(chuàng)新方法。 該方法的結(jié)構(gòu)是一系列步驟，導(dǎo)致集成的機(jī)器和工藝解決方案，在全球優(yōu)化生產(chǎn)成本的同時(shí)考慮與機(jī)床靜態(tài)和動態(tài)行為以及部件質(zhì)量有關(guān)的多個(gè)KPI。 所提出的方法的好處已經(jīng)參照汽車和鐵路部門供應(yīng)商提供的測試案例進(jìn)行了評估。 結(jié)果表明，開發(fā)機(jī)床和托盤定制解決方案的可能性 - 與傳統(tǒng)資源相比 - 導(dǎo)致生產(chǎn)成本降低8％（涉及刀具磨損成本和能源成本），同時(shí)完成產(chǎn)品質(zhì)量約束。 未來的工作將主要涉及兩個(gè)方面。 第一個(gè)涉及需要實(shí)施嵌入集成方法的所有步驟的軟件基礎(chǔ)設(shè)施，以便整個(gè)過程可以自動執(zhí)行。 第二個(gè)方面是通過包括更多的操作類型，切削刀具類型和機(jī)床類型來改進(jìn)方法論。 參考 [1]未來戰(zhàn)略多年度路線圖工廠，2010年http：//ec.euro- a.eu/research/industrial_technologies/pdf/ppp-factories-of-the-future-strate- gic-multiannual-roadmap-INFO-day_en.pdf。 [2] Newman，S.T.，Nassehi，A.，Imani-Asrai，R.，Dhokia，V.，2012，能量有效的數(shù)控加工工藝規(guī)劃，CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology，5/2：127-136。 [3] Wang，L.，F(xiàn)eng，H.Y.，Cai，N.，2003，分布式工藝規(guī)劃的體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制造系統(tǒng)雜志，22/2：99-115。 [4] Newman，S.，Nassehi，A.，2009，智能工藝規(guī)劃的機(jī)床性能曲線，CIRP Annals Manufacturing Technology，58/1：421-424。 [5] Ippolito，R.，De Fillippi，A.，1979，正確機(jī)床管理節(jié)能，中小企業(yè)技術(shù)論文（系列）MM（MM79-38）。 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