雙主軸雙刀塔車削加工中心CAPP關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、雙主軸雙刀塔車削加工中心具備了車、銑兩大類加工能力，可采用靈活多變的裝夾方案和加工方案，加工效率高，柔性強(qiáng)。車削加工中心除像普通數(shù)控車床單主軸單零件加工外，還可以采用雙主軸單零件、雙主軸雙零件等裝夾方案加工不同批次零件。當(dāng)采用雙主軸單零件裝夾方案時(shí)，雙刀塔對(duì)零件的同一特征或者不同的兩個(gè)特征進(jìn)行同時(shí)加工；當(dāng)采用雙主軸雙零件裝夾方案時(shí)，雙主軸能夠同時(shí)裝夾兩個(gè)相同或不同的零件進(jìn)行并行加工。與傳統(tǒng)機(jī)床相比，車削加工中心能夠顯著減少裝夾次數(shù)、縮短

2、加工時(shí)間，在保證精度的同時(shí)提高加工效率、縮減占地面積、降低管理成本，能夠較好地應(yīng)對(duì)當(dāng)前制造業(yè)追求高精度、高效率、低成本、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。
　　車削加工中心的多功能和高柔性給工藝設(shè)計(jì)帶來很大挑戰(zhàn)。車銑復(fù)合功能可以加工復(fù)雜相交特征，但需要解決相交特征識(shí)別問題。雙主軸單零件裝夾并進(jìn)行同時(shí)加工時(shí)，必須考慮兩個(gè)刀塔之間協(xié)同與干涉的問題，而雙主軸雙零件裝夾方案則帶來了雙零件兩條工藝路線之間在協(xié)同使用刀塔、刀具等資源時(shí)調(diào)度上的復(fù)雜性。在傳統(tǒng)工藝

3、設(shè)計(jì)理論中，特征識(shí)別采用的是模式匹配的方法，即用標(biāo)準(zhǔn)固定幾何拓?fù)潢P(guān)系的特征模式進(jìn)行匹配來識(shí)別的，同時(shí)沒有與車間實(shí)際加工資源關(guān)聯(lián)起來，導(dǎo)致了一部分復(fù)雜相交特征雖然能夠被加工卻可能無法正確識(shí)別出來的問題；另一方面，傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)理論中工藝路線的優(yōu)化通常是針對(duì)單個(gè)零件來進(jìn)行的，沒有考慮車削加工中心多批次零件同時(shí)加工的情況，即單零件與雙零件兩種不同裝夾方案下對(duì)調(diào)度與排序的綜合優(yōu)化問題。為此，本文擬從以下幾個(gè)方面展開研究來解決上述問題：
　　

4、（1）提出了面向車銑中心加工能力的復(fù)雜相交特征識(shí)別方法。構(gòu)建了工藝方案設(shè)計(jì)領(lǐng)域模型，為本文研究提供了統(tǒng)一的理論表達(dá)和知識(shí)推理基礎(chǔ)。以切削成形函數(shù)、刀具切削刃函數(shù)等為基礎(chǔ)提出了機(jī)床設(shè)備加工能力模型，并針對(duì)車銑加工能力模型研究了設(shè)計(jì)特征與制造特征的映射機(jī)理。依據(jù)車銑中心加工能力模型，為零件設(shè)計(jì)特征的所有表面選擇加工方法、可行的刀具、TAD等參數(shù)，提出了基于蟻群算法的表面聚類方法，將滿足同時(shí)加工或并行加工要求的表面組合成制造特征，最終實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)

5、特征向制造特征的映射。
　　（2）提出了車削加工中心雙主軸單零件的工藝路線優(yōu)化方法。車削加工中心特有的雙刀塔同時(shí)加工方式，可以無需等待前一個(gè)工步加工結(jié)束直接安排第二個(gè)刀塔工作，徹底改變了原有工藝路線規(guī)劃時(shí)工步隊(duì)列規(guī)則中先進(jìn)先出的基本假設(shè)。針對(duì)這種高柔性多約束的雙刀塔工藝路線優(yōu)化問題，構(gòu)建了基于0-1混合整數(shù)規(guī)劃的數(shù)學(xué)模型，以單個(gè)零件加工成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，提出了基于邊選擇策略的編碼方法，解決了遺傳算法因編碼方法的局限導(dǎo)致初始解中包

6、含非法解的問題，改善了初始解中各類不同模式的分布特性，避免遺傳算法求解時(shí)容易陷入局部最優(yōu)的情況。
　　（3）提出了車削加工中心雙主軸雙零件的工藝路線優(yōu)化方法。與雙主軸單零件裝夾方案相比，雙主軸雙零件裝夾方案在一次加工中裝夾兩個(gè)相同或不同零件，主軸與刀塔等資源之間既有獨(dú)立性又存在緊密關(guān)聯(lián)，主軸和刀塔作業(yè)調(diào)度相互耦合，其排程難度超過并行機(jī)調(diào)度問題，需要在避免干涉的前提下優(yōu)化利用主軸和刀塔資源。由于該問題數(shù)學(xué)模型目標(biāo)函數(shù)多、約束條件復(fù)雜

7、、求解困難，本文提出一種改進(jìn)非支配遺傳算法進(jìn)行求解，該方法的特點(diǎn)在于選擇算子執(zhí)行之前根據(jù)個(gè)體之間的支配關(guān)系進(jìn)行了分層，通過擁擠度計(jì)算維護(hù)了非支配遺傳算法各層之間的多樣性。
　?。?）提出了基于時(shí)態(tài)本體模型的面向車削加工中心的CAPP系統(tǒng)體系架構(gòu)，分析了工藝設(shè)計(jì)時(shí)態(tài)本體模型、設(shè)備加工能力本體模型以及零件信息模型之間的映射關(guān)系，為完整地理解CAD到CAPP再到CAM的數(shù)據(jù)流動(dòng)關(guān)系，并在CAPP中將零件信息模型與設(shè)備加工能力模型在工藝設(shè)

8、計(jì)時(shí)態(tài)本體模型上關(guān)聯(lián)起來提供依據(jù)。然后以工業(yè)機(jī)器人關(guān)鍵零件為實(shí)例，應(yīng)用對(duì)置式雙主軸雙動(dòng)力刀塔 EMCO車削加工中心，對(duì)本文提出的特征映射方法、雙主軸單零件工藝路線優(yōu)化方法、雙主軸雙零件工藝路線優(yōu)化方法以及改進(jìn)算法等的正確性和可應(yīng)用性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　本文提出了面向車削加工中心的特征映射、雙主軸單工件和雙主軸雙工件工藝方案設(shè)計(jì)理論與方法，并通過實(shí)例驗(yàn)證了其正確性和可應(yīng)用性。本文所提出的理論與方法對(duì)提高企業(yè)高柔性昂貴車削加工中心設(shè)備的