任務(wù)書填寫要求1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部” 、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號；5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo) GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：通過本課題，使學(xué)生加深理解機(jī)械制造領(lǐng)域中的相關(guān)知識點（機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析等） ，鍛煉學(xué)生綜合分析問題的能力以及軟件應(yīng)用能力、外文閱讀能力與自己查閱資料的能力。針對該具體課題，希望學(xué)生能了解國內(nèi)外當(dāng)前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上做出一些成果，使大學(xué)學(xué)到的知識得到綜合應(yīng)用，為進(jìn)一步深造或走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：（1）外文資料翻譯，至少 3000 字；（2）閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，撰寫文獻(xiàn)綜述；（3）根據(jù)設(shè)計參數(shù)，確定傳動方案；工件最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm工件最大長度（四種規(guī)格）：1000mm主軸孔徑：48mm主軸前端孔錐度：400mm主軸轉(zhuǎn)速范圍：正轉(zhuǎn)：10～1400r/min;反轉(zhuǎn)：14～1580r/min加工螺紋范圍：1～192mm/ 2～24 牙/英寸 模數(shù)：0.25～48mm 縱向進(jìn)給量范圍：0.1mm，橫向進(jìn)給量：0.05mm刀架快速移動速度：4m/min主電機(jī)：功率：7.5 千瓦；轉(zhuǎn)速：1450r/min快速電機(jī)：功率：370 瓦；轉(zhuǎn)速：2600r/min冷卻泵：功率：90 瓦；流量：25L/min（4）主要零部件的計算與驗算；（5）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文說明書；畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：1、箱體零件圖設(shè)計圖、總裝配圖（一套）2、各軸裝配圖（一套）3、設(shè)計計算說明書（一份）4．主要參考文獻(xiàn)：[1] 任殿閣，張佩勤．設(shè)計手冊[S]．遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社, 1991．9．[2] 東南大學(xué)機(jī)械學(xué)學(xué)科組 鄭文緯 吳克堅．機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社, 1997．7．[3] 付鐵．計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計實訓(xùn)教程[M]．北京：理工大學(xué)出版社．[4] 查康 楊萬能 董敏．產(chǎn)品造型設(shè)計白金案例[M]．山東：電子音響出版社, 2005．1．[5] 方世杰 ．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2003．3．[6] 曹桄 高學(xué)滿．金屬切削機(jī)床掛圖[S]．上海：交通大學(xué)出版社, 1984．8．[7] 吳宗澤 羅圣國．機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[S]．北京：高等教育出版社．1982．12．[8] 華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)．機(jī)床設(shè)計圖冊[S]．上海：科學(xué)技術(shù)出版社．[9] 易新．金屬切削機(jī)床課程設(shè)計指導(dǎo)書[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1985．11．[10] 戴曙．金屬切削機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2000．5．畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2009 年3 月 9 日 ~ 3 月 23 日3 月 24 日 ~ 3 月 31 日4 月 1 日 ~ 4 月 15 日4 月 161 日~ 4 月 30 日5 月 1 日 ~ 5 月 14 日5 月 15 日 ~ 6 月 5 日6 月 14 日 ~ 4 月 5 日搜集熟悉資料，開題報告確定主要參數(shù)、確定總體方案傳動設(shè)計設(shè)計、傳動系統(tǒng)圖繪制主要零部件設(shè)計、校核主要裝配圖繪制、總裝配圖繪制；撰寫畢業(yè)論文及設(shè)計說明書論文答辯所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日系部意見：系部主任： 年 月 日附件 1：外文資料翻譯譯文基于 Agent 協(xié)同數(shù)控概念設(shè)計許志剛香港理工大學(xué)，設(shè)計學(xué)院，設(shè)計技術(shù)研究中心， 香港，九龍，江口sdzhgxu@polyu.edu.hk黃斜睜，劉尉明計算機(jī)輔助設(shè)計中心機(jī)械工程學(xué)院， 山東大學(xué)山東省濟(jì)南市，中國山口河k-z-huang@yahoo.com, taolwm@sdu,edu.cn摘要創(chuàng)新是一個產(chǎn)品設(shè)計和發(fā)展的核心問題，比如如何用機(jī)床實施它們（創(chuàng)新） 。本文提出了一種以“代理” （模塊）為基礎(chǔ)的數(shù)控配置模型概念。模型化是數(shù)控分層設(shè)計的基礎(chǔ)?；诤献鞔淼脑O(shè)計，將它的每個模塊作為一個自主的實體參與設(shè)計活動。產(chǎn)品設(shè)計過程被描述為代理的有組織的合作過程。合作多代理數(shù)控（CMNC）配置在提供大量設(shè)計方案和一個初步評價機(jī)構(gòu)時，能大大曾加設(shè)計效果和創(chuàng)造力，這個雛形系統(tǒng)正在進(jìn)一步發(fā)展，并且已經(jīng)在創(chuàng)造力上顯示出巨大的潛力。1．導(dǎo)言創(chuàng)造力在產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)方面是最有競爭力的一個方面，這種情況同樣適用于機(jī)床的設(shè)計與制造過程。迄今為止，在制造技術(shù)方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，并且已經(jīng)在世界范圍內(nèi)大量實施柔性制造系統(tǒng)了。無論如何，產(chǎn)品的快速制造和數(shù)字話等個性方面的發(fā)展趨勢正在日益增加，這些都吸引了更多的關(guān)注 [1 ]，數(shù)控系統(tǒng)的快速和創(chuàng)造性的設(shè)計有了更大的意義。在深入調(diào)查后，我們可以得到這樣的結(jié)論，概念設(shè)計雖然只占總成本預(yù)算的10%，但是卻對總成本產(chǎn)生的影響至70%（或更多） 。模塊化是一種數(shù)控系統(tǒng)概念設(shè)計與開發(fā)的有效方式，用簡單的方法來表達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在開發(fā)新的結(jié)構(gòu)時有足夠的靈活性。將專家系統(tǒng)引入機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)，可以增加系統(tǒng)的設(shè)計效率。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)，大多是連續(xù)單一用途的系統(tǒng)，它們必然導(dǎo)致低效率。代理和多媒體技術(shù)使一些設(shè)計師在做設(shè)計工作時使用計算機(jī)協(xié)同工作變成一種可能 [2]。本文提出了一種面向代理的創(chuàng)新設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)配置的新方法。本文余下的部分是按以下內(nèi)容組織而成：第二節(jié)，簡單介紹數(shù)控技術(shù)模塊化；第三節(jié)，描述代理結(jié)構(gòu)和功能；第四節(jié)，提出基于代理數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計模型；在第五第六部分舉例說明可行性。2．?dāng)?shù)控化模塊2.1.模塊定義為表示數(shù)控概念結(jié)構(gòu)以下介紹三種典型模塊。它們是：平移模塊，旋轉(zhuǎn)模塊和基礎(chǔ)模塊（圖1a所示） 。它們的定義如下：定義1：基礎(chǔ)模塊，支持轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)模塊中無法移動或旋轉(zhuǎn)的模塊，被命名為B，H_B向模塊，V_B指垂直模塊。定義2：平移模塊，由基礎(chǔ)模塊或旋轉(zhuǎn)模塊支持，可以沿著x、y、z其中一個坐標(biāo)方向上移動的模塊，分別被記作：H_X,H_Y,H_V。定義3：旋轉(zhuǎn)模塊，在相應(yīng)方向上的旋轉(zhuǎn)，記作R_X,R_Y,R_Z,其中R_H,R_V分別指模塊繞橫向軸和垂直軸的轉(zhuǎn)動。注：一個旋轉(zhuǎn)模塊不能與另一個旋轉(zhuǎn)模塊相連接?；A(chǔ)模塊 平移模塊 方向旋轉(zhuǎn)模塊 五軸數(shù)控設(shè)計排列 A向旋轉(zhuǎn) B向旋轉(zhuǎn) “C”形環(huán)形列表圖1a 模塊的定義和五軸數(shù)控概念結(jié)構(gòu)2.2.模塊約束根據(jù)以上定義，可以推導(dǎo)出下列模型約束為：根據(jù)機(jī)床的設(shè)計規(guī)格可以得到以下的設(shè)計約束：1） 如果工件質(zhì)量較大，則工件不能垂直的移動；2） 如果工件精度較高，則工件必須被固定或只有一個方向的運動；3） 如果工件質(zhì)量較大且精度較高，則工件夾具必須與與基底毗鄰。2.3.顯示模塊數(shù)控概念結(jié)構(gòu)模型可以將不同的模塊按一個明確的方式排列來精確表達(dá)。圖1.b是一個有x,y,z直線坐標(biāo)運動方向和A、B兩個方向上旋轉(zhuǎn)運動的五軸數(shù)控結(jié)構(gòu)模型。圖1c是一個“C”形狀模塊，這是一個從刀具到工件元件的封閉環(huán)。3.代理的功能與結(jié)構(gòu)每個代理包含五個模塊（圖2）。模塊功能及性能如下：熟人模塊分別代表其他代理和本地同水平代理。合作模塊負(fù)責(zé)管理代理的社會活動，具體需要是由情況評定模塊檢測?？刂颇K是系統(tǒng)領(lǐng)域的接口程序。情況評估模塊決定哪些活動應(yīng)本地進(jìn)行和哪些應(yīng)該分配給其他代理，那些接收任務(wù)的代理應(yīng)該給予尊重，如它的請求應(yīng)該給予實現(xiàn)，它的行動應(yīng)該認(rèn)為是接收到新信息后采取的行動，等等。它還用來接受問題的指示，并接受其他模塊反饋，其余部分則用作支持功能。該模塊自身是一個數(shù)據(jù)儲存器，存放由系統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)生或通過接口接受到其他系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)。通信管理者發(fā)送或接受社團(tuán)其它代理的信息。圖2 代理架構(gòu)圖定義4：代理具有六個部分：(援助，通訊，熟人，合作，評估， 控制)::= ::=: :={ () ]::=l ]lll: := : :={ ()}: := lll ::= ll::=lllIl::={}4.基于代理的設(shè)計過程的管理工程設(shè)計，它被看作是由一個由各種自主實體組成，通過合作完成特殊任務(wù)的分布式系統(tǒng) [3]。系統(tǒng)中兩種基本要素：實體和活動。該實體包括CAD系統(tǒng)（主要處理圖形問題），用戶和各種代理（信息處理）?；顒邮且粋€實體進(jìn)行設(shè)計的活動。在設(shè)計過程也有兩類信息：前臺和后臺 [ 4]，表一表征信息活動及相應(yīng)參與者的清單。定義5：面向合作設(shè)計系統(tǒng)的代理由五部分組成（A、Tr、Er、Dr），其中A是代理集合，TR是設(shè)計事物，E是一系列的事件，OR是一個組織（包括CAD系統(tǒng)，及各類等）。事件是用戶、CAD系統(tǒng)和代理所觸發(fā)的系統(tǒng)的正式變換過程。其中代理參與了設(shè)計過程以及代理和外部世界的社團(tuán)之間的通信。在此概念模式中，產(chǎn)品設(shè)計流程是一個由一組代理原動件構(gòu)成的一個活動集和一些與用戶交互的代理的活動的集合。5.設(shè)計過程舉例定義6：事件可以由六部分來描述：（ETD、 ESTATE、 EPRE、 EAG、 EAC、 EPOST），其中EID是事件名稱，ESTATE是當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)，EPRE是觸發(fā)事件的前提條件。EAG是活動代理的集合，EAC是代理進(jìn)行的活動，EPOST是事件導(dǎo)致的狀態(tài)。圖3給出了事件描述。表1信息 活動 參與者設(shè)計要求 用戶輸入，文件輸入 計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)，用戶設(shè)計意圖 推斷，輸入 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計方法 研究，詢問 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 輸入，顯示 用戶，代理，CAD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件 數(shù)據(jù)基本要求 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計歷史 記錄，對比，修改 代理，CAD系統(tǒng)工程分析記錄 計算，狀態(tài)改變 代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計修改記錄 記錄，對比，修改，決定 代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計過程控制 開始，結(jié)束，中斷 用戶，CAD系統(tǒng)消息 接收，發(fā)送，接受，拒絕 代理，用戶，CAD系統(tǒng)參與者狀態(tài) 啟動，制動 同上Epre-條件 Epost 條件EAC 圖3.時間描述參加者狀態(tài)CAD 系統(tǒng)？用戶？代理？如果想要設(shè)計一個數(shù)控銑床，該銑床可以用來處理渦輪葉片。刀具能夠同時在5個軸方向上運動，即x、y、z、A、B，即刀具有5個自由度。以上是設(shè)計的先決條件。如果零件比較輕，從設(shè)計約束第2.2章中來看，該零件的運動沒有任何限制。即EPRO有兩種觀點：1.刀具有x、y、z、A、B五個自由度；2.該零件性質(zhì)比較輕。定義7：事件序列的處理，如該處理能夠滿足模塊的約束和設(shè)計約束，則此次處理是一個可接受方法。T::EID: :: :::::: 1 :interactable; 0: uninteractable.數(shù)控銑床有一個“C”字狀的結(jié)構(gòu)，將工件作為起始點，刀具作為終點 [5]，或者相反。因此，設(shè)計過程中帶有工件，首先應(yīng)處理持有工件的模塊。事件1：EID1? EPRE：刀具有x,y,z,A,B五個方向的自由度且零件較輕? 代理狀態(tài)：EAG:H__B H__V H__X H__Y H__Z R__V R__X R__Y1 1 1 1 1 1 1 1? 用戶：0等待? 計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)：0等待在這時，所有模塊都可以被觸發(fā)，如果R_Y方向被觸發(fā)了即可實現(xiàn)y軸上的移動。于是條件將會改變。? EPOST：刀具失去一個自由度。第二個事件：EID2EPRE：x、z、A、B四個方向運動且零件較輕由于模塊約束，R_Y不能與H_B、H_V、R_V、R_Z相連接，EAG變成這樣：H__B H__V H__X H__Y H__Z R__V R__X0 0 1 1 1 0 0用戶：0等待計算機(jī)輔助系統(tǒng)：0等待在這時，如果H_Z觸發(fā)，則：EPOST：刀具失去一個自由度……六個事件結(jié)束后，刀具的自由度變?yōu)?，一次設(shè)計處理過程便結(jié)束了。這樣的處理結(jié)果認(rèn)為是可以接受的。各種可能的解決方法都要被記錄下來作對比。在每次處理中，用戶要和計算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行交流，和其他設(shè)計人員進(jìn)行并存元集的對比和討論。圖1.b是一次被命名為五軸數(shù)控結(jié)構(gòu)的處理，盡管這也許不是最佳的解決方案。6.舉例圖4給出了基于代理的的數(shù)狀結(jié)構(gòu)多方案的范例。在圖4中，“Base-H”是輸入端和開端。從這點課件，整個系統(tǒng)將在模塊化約束的限制工作。在設(shè)計過程中，層次低的模塊從它上層模塊中分離出來，但它又是不同于上層模塊的。更多的往往不是這樣，其結(jié)果可能超過最保守的、傳統(tǒng)監(jiān)督下的工作值，甚至有些可能看起來是可笑的，但這意味著創(chuàng)造力。通過采用設(shè)計約束，解決方案有很大集中性。隨著越來越多的約束被采用，其結(jié)果可能是越來越實際。例如，圖4中加粗的曲線，按R-Y-T-Y-T-X-H-Base-T-ZR-X設(shè)計的,是圖1c中一個可行的數(shù)控概念結(jié)構(gòu)。圖4 多解的數(shù)控結(jié)構(gòu)設(shè)計7.結(jié)論和致謝本文所描述的基于代理的數(shù)控結(jié)構(gòu)概念設(shè)計模型目前正快速發(fā)展。將來的工作將重點放在方案的認(rèn)證機(jī)制上，現(xiàn)在它主要取決于設(shè)計師比較各種概念結(jié)構(gòu)。只有在電腦告訴你哪個是可行的，哪個是最好的，這樣才能真正產(chǎn)生創(chuàng)造力。這個項目得到了山東省委優(yōu)秀青年科學(xué)家獎。8.參考文獻(xiàn)[1]胡偉剛.機(jī)床模塊化的實踐與發(fā)展和智能支持系統(tǒng)[M].武漢：華中工學(xué)院，1994年6月.[2]許志剛，黃正興.機(jī)械多原動件系統(tǒng)合作問題的解決方案[].北京：國際CSCW車間，1996年6月.郵編：251—258.[3]曾廣舟,孫波奇.系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)上的一種軟件要求工程及其支持環(huán)境[J].中國計算機(jī)雜志，1997.3.[4]鈴木，為產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計背景所做的信息建模[J].CIRP年報,1996/1/45 [5]Yotaro Hatamura,智能機(jī)器中心的實際概念過程[J].CIRP年報,1995/1/44. 附件 2：外文原文（復(fù)印件） 畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計（論文）課題情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，每人撰寫2000 字左右的文獻(xiàn)綜述：文獻(xiàn)綜述摘 要 CA6140 車床作為主要的車削加工機(jī)床，已廣泛的應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)中。本文首先介紹了金屬切削機(jī)床在國內(nèi)外的研究狀況，以及國內(nèi)外發(fā)展差距。然后系統(tǒng)的介紹了 CA6140 主軸箱的組成及各個組成部分的功用。最后詳細(xì)的闡述了本論文的研究內(nèi)容，思路、主要方法及進(jìn)度。關(guān)鍵詞 金屬切削機(jī)床 CA6140 主軸箱1 課題來源及選題依據(jù)1.1 課題來源CA6140 車床主軸箱的設(shè)計，該課題由南京理工大學(xué)曹春平講師擬定。1.2 選題依據(jù)通過近四年的學(xué)習(xí)，本人對機(jī)械方面的知識有了不少的了解。于是在畢業(yè)設(shè)計時是選擇了 CA6140 車床主軸箱的設(shè)計這個課題，該設(shè)計既有機(jī)床結(jié)構(gòu)方面內(nèi)容，又有機(jī)床設(shè)計方面內(nèi)容，有利于將大學(xué)所學(xué)的知識進(jìn)行綜合運用。雖然本人未曾系統(tǒng)的學(xué)習(xí)機(jī)床設(shè)計方面的課程，但相信通過該畢業(yè)設(shè)計能夠拓寬知識面，增加自己的查閱科研文獻(xiàn)資料的能力，以及動手實踐的能力，所以選擇此課題。2 課題簡介2.1 金屬切削機(jī)床國內(nèi)外研究狀況金屬切削機(jī)床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，它是制造機(jī)器的機(jī)器，所以又稱“工作母機(jī)”或“工作機(jī)” ，習(xí)慣上稱“機(jī)床” [1]。 金屬切削機(jī)床是人類在改造自然的長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上產(chǎn)生很發(fā)展起來的。最原始的機(jī)床是依靠雙手的往復(fù)運動在工件上鉆孔。最初的加工對象是木料。而后發(fā)展到加工其他材料，出現(xiàn)了依靠人力使工件往復(fù)回轉(zhuǎn)的原始車床。當(dāng)加工對象由木料逐步過渡到金屬時，車圓、鉆孔等都要求增大動力，于是就逐漸出現(xiàn)了水力、風(fēng)力和畜力等驅(qū)動的機(jī)床。18 世紀(jì)末，蒸汽機(jī)的出現(xiàn)，提供了新型巨大的能源，使生產(chǎn)技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。20 世紀(jì)以來，齒輪變速箱的出現(xiàn)，使機(jī)床結(jié)構(gòu)發(fā)生了根本性的變化。近些年來，隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及激光技術(shù)等的發(fā)展并應(yīng)用于機(jī)床領(lǐng)域，使機(jī)床的發(fā)展進(jìn)入了一個新時代。自動化、精密化、高效化和多樣化成為這一時代機(jī)床發(fā)展的特征，用以滿足社會生產(chǎn)多種多樣、越來越高的要求，推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展 [2,3]。不斷提高勞動生產(chǎn)率和自動化程度是機(jī)床發(fā)展的基本方向。近年來，數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)床發(fā)展的主流。數(shù)控機(jī)床無需人工操作，而是靠數(shù)控程序完成加工循環(huán)。因此，調(diào)整方便，適應(yīng)靈活多變的產(chǎn)品，使得中小批生產(chǎn)自動化成為可能。數(shù)控機(jī)床不僅實現(xiàn)了柔性自動化，而且提高了生產(chǎn)率，降低了廢品率，它已由中小批生產(chǎn)進(jìn)入了大批量的生產(chǎn)領(lǐng)域。當(dāng)然，改型方便，易實現(xiàn)產(chǎn)品的更新?lián)Q代，也是數(shù)控機(jī)床進(jìn)入大量生產(chǎn)領(lǐng)域的重要原因。2.2 國內(nèi)機(jī)床工業(yè)與國外的差距我國機(jī)床工業(yè)已取得了很大的成就，但與世界先進(jìn)生產(chǎn)水平相比，還有較大的差距。主要表現(xiàn)在：大部分高精度和超精密機(jī)床的性能還不能滿足要求，精度保持性也較差，特別是高效自動化和數(shù)控化機(jī)床的產(chǎn)量、技術(shù)水平和質(zhì)量等方面都明顯落后。我國數(shù)控機(jī)床基本上是中等規(guī)格的車床、銑床和加工中心等。精密、大型、重型或小型數(shù)控機(jī)床，還遠(yuǎn)不能滿足需要。至于航空、冶金、造船等工業(yè)部門所需要的多種類型的特種數(shù)控機(jī)床基本還是空白的 [4]。在技術(shù)水平和性能方面差距也很明顯，國外已做到 15-19 軸聯(lián)動，分辨率達(dá) 0.01微米，而我國目前只能做到 5-6 軸聯(lián)動，分辨率為 1 微米。國內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性也不夠穩(wěn)定，特別是先進(jìn)數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)和研制還需要作進(jìn)一步努力。我國機(jī)床工業(yè)必須不斷擴(kuò)大技術(shù)隊伍和提高人員的技術(shù)素質(zhì)，學(xué)習(xí)和引進(jìn)國外的先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，大力開展科學(xué)研究，以便早日趕上世界先進(jìn)水平 [5,6]。3 本設(shè)計的意義和應(yīng)用價值CA6140 車床是金屬切削機(jī)床的一個典型代表，廣泛的應(yīng)用于金屬切削加工領(lǐng)域。該機(jī)床剛性好、功率大、操作方便。該機(jī)床可進(jìn)行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋，用途廣泛。研制 CA6140 機(jī)床主軸箱的結(jié)構(gòu)及并進(jìn)行設(shè)計，一方面可以加深對機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計、機(jī)床傳動系統(tǒng)設(shè)計的了解和掌握，將自己大學(xué)四年所學(xué)的知識進(jìn)行全面的整合和優(yōu)化，另一方面還可以提高自己的實際動手能力，調(diào)研能力以及工程制圖能力。所以，我認(rèn)為選擇該課題意義匪淺 [7,8]。4 CA6140 主軸箱4.1 主軸箱的功用主軸箱的功用是支承主軸和傳動其旋轉(zhuǎn)，并使其實現(xiàn)起動、停止和換向等 [9,10]。4.2 主軸箱組成及特點（1）卸荷帶輪裝置 帶輪傳動中產(chǎn)生的拉力，通過軸承、法蘭盤傳給主軸箱，這種結(jié)構(gòu)稱為卸荷帶輪裝置。（2）摩擦離合器 主軸箱內(nèi)的雙向機(jī)械多片式摩擦離合器，它具有左、右兩組由若干內(nèi)、外摩擦片交疊組成的摩擦片組。（3）制動器及操縱機(jī)構(gòu) 制動裝置的功用是在車床停機(jī)過程中，克服主軸箱內(nèi)各運動件的旋轉(zhuǎn)慣性，使主軸迅速停止轉(zhuǎn)動，以縮短輔助時間。（4）主軸部件 主軸是車床的關(guān)鍵部分，在工作時承受很大的切削抗力。工件的精度和表面粗糙度，在很大程度上決定于主軸部件的剛度和回轉(zhuǎn)精度。（5）主軸變速操縱機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)主要用來控制箱內(nèi)一根軸上的雙聯(lián)滑移齒輪和另一根軸上的三聯(lián)滑移齒輪。（6）主軸箱中各傳動件的潤滑 主軸箱的潤滑是由專門的潤滑系統(tǒng)提供的。CA6140 型車床主軸箱潤滑的特點是箱體外循環(huán)。油液將主軸箱中摩擦所產(chǎn)生的熱量帶至箱體外的油箱中，冷卻后再流入箱體，因此就可以減少主軸箱的熱變形，以提高機(jī)床的加工精度 [11-15]。5 研究內(nèi)容及方法5.1 研究內(nèi)容根據(jù)任務(wù)書給定的設(shè)計參數(shù)確定傳動方案、傳動系統(tǒng)圖，確定各傳動齒輪的參數(shù)，傳動比等，同時要考慮到傳動效率等問題。另還要對主要零件進(jìn)行計算、研究，對主軸剛度、強(qiáng)度等進(jìn)行計算和驗算。其中設(shè)計參數(shù)如下：工件最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm工件最大長度（四種規(guī)格）：1000mm主軸孔徑：48mm主軸前端孔錐度：400mm主軸轉(zhuǎn)速范圍：正轉(zhuǎn)：10～1400r/min;反轉(zhuǎn)：14～1580r/min加工螺紋范圍：1～192mm/ 2～24 牙/英寸 模數(shù)：0.25～48mm 縱向進(jìn)給量范圍：0.1mm，橫向進(jìn)給量：0.05mm刀架快速移動速度：4m/min主電機(jī)：功率：7.5 千瓦；轉(zhuǎn)速：1450r/min快速電機(jī)：功率：370 瓦；轉(zhuǎn)速：2600r/min冷卻泵：功率：90 瓦；流量：25L/min5.2 研究方法（1）確定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖根據(jù) CA6140 車床主軸箱結(jié)構(gòu)及任務(wù)書給定的設(shè)計參數(shù)，確定主軸箱的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速圖，最終確定系統(tǒng)的傳動結(jié)構(gòu)、傳動系統(tǒng)圖。（2）進(jìn)行主軸箱內(nèi)各結(jié)構(gòu)計算及校核完成主軸箱箱體、各傳動軸軸上零件計算及校核。（3）對各個主要結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行三維造型設(shè)計，并給出三維造型圖。5.3 研究進(jìn)度安排2008 年 12 月 14 日~2008 年 12 月 31 日 搜集資料做開題報告2009 年 02 月 15 日~2009 年 02 月 20 日 確定主要參數(shù)2009 年 02 月 21 日~2009 年 02 月 26 日 確定總體方案2009 年 02 月 27 日~2009 年 03 月 05 日 傳動設(shè)計（傳動路線、主軸轉(zhuǎn)速、傳動級數(shù)及各級傳動比）2009 年 03 月 06 日~2009 年 03 月 10 日 繪制傳動系統(tǒng)圖2009 年 03 月 11 日~2009 年 03 月 18 日 主軸零件、尺寸等設(shè)計2009 年 03 月 19 日~2009 年 03 月 21 日 零件校核強(qiáng)度等要求2009 年 03 月 22 日~2009 年 04 月 01 日 主要零件圖、總裝配圖繪制2009 年 04 月 02 日~2009 年 04 月 20 日 寫畢業(yè)論文設(shè)計說明書2009 年 04 月 21 日~2009 年 07 月 05 日 準(zhǔn)備論文答辯6 總結(jié)與展望通過兩周的時間調(diào)研、閱讀資料，對金屬切削機(jī)床的發(fā)展動態(tài)及國內(nèi)外行業(yè)的發(fā)展情況有個全面的了解。 同時，還進(jìn)一步了解和掌握 CA6140 車床主軸箱的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，掌握了進(jìn)行該課題所需要的一些前期資料，為以后課題的如期進(jìn)行打下了良好的基礎(chǔ)。但考慮到本人第一次進(jìn)行本次設(shè)計工作，有些地方還是需要進(jìn)一步了解和掌握，如主軸箱設(shè)計優(yōu)化問題，如何提高提高它的傳動效率，如何簡化結(jié)構(gòu)，如何保證主軸箱的安全性和可靠性等。參 考 文 獻(xiàn)[1] 賈亞洲.金屬切削機(jī)床概論[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2007.1. [2] 胡黃卿.金屬切削原理與機(jī)床[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.3.[3] 成大先.機(jī)械設(shè)計手冊（第 5 版）[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社， 2008.5.[4] 顧維邦.金屬切削機(jī)床概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.7.[5] 陳日曜.金屬切削原理（第 2 版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1.[6] 任殿閣，張配勤 .設(shè)計手冊[S] .遼寧：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，1991.9.[7] 鄭文緯，吳克堅 .機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.7.[8] 付鐵.計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計實訓(xùn)教程[M].北京：北京理工大學(xué)出版社，1999.12[9] 查康，楊萬能，董敏 .產(chǎn)品造型設(shè)計白金案例[P] .山東：山東電子音響出版社，2005.1.[10] 方世杰. 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.3.[11] 曹桄，高學(xué)滿 .金屬切削機(jī)床掛圖[Z] .上海：上海交通大學(xué)出版社，1984.8.[12] 吳宗澤，羅圣國 .機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[S]. 北京高等教育出版社，1982.12.[13] 華東紡織工學(xué)院，哈爾濱工業(yè)大學(xué).天津大學(xué).機(jī)床設(shè)計圖冊[S] .上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，2005.1.[14] 易新.金屬切削機(jī)床課程設(shè)計指導(dǎo)書[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1985.11.[15] 金屬切削機(jī)床 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2005.1.畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：（一）設(shè)計的內(nèi)容主要：1)閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解金屬切削機(jī)床的研究狀況，掌握 CA6140 機(jī)床主軸箱的結(jié)構(gòu)，撰寫文獻(xiàn)綜述。具體要求：明確該領(lǐng)域國內(nèi)外已有的研究成果，指出主軸箱結(jié)構(gòu)及特點，在此基礎(chǔ)上提出研究本課題的技術(shù)路線，完成文獻(xiàn)綜述。2）根據(jù)機(jī)床的設(shè)計參數(shù)，確定傳動方案和傳動系統(tǒng)圖。工件最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm工件最大長度（四種規(guī)格）：1000mm主軸孔徑：48mm主軸前端孔錐度：400mm主軸轉(zhuǎn)速范圍：正轉(zhuǎn)：10～1400r/min;反轉(zhuǎn)：14～1580r/min加工螺紋范圍：1～192mm/ 2～24 牙/英寸 模數(shù)：0.25～48mm 縱向進(jìn)給量范圍：0.1mm，橫向進(jìn)給量：0.05mm刀架快速移動速度：4m/min主電機(jī)：功率：7.5 千瓦；轉(zhuǎn)速：1450r/min快速電機(jī)：功率：370 瓦；轉(zhuǎn)速：2600r/min冷卻泵：功率：90 瓦；流量：25L/min3）對主要零件 進(jìn)行了計算和驗算。具體要求：進(jìn)行主軸箱及各個傳動軸零件的計算和校核。4）利用三維畫圖軟件進(jìn)行了零件的設(shè)計和處理。具體要求：利用三維造型軟件完成各個零件的設(shè)計。5）撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書具體要求：根據(jù)學(xué)校畢業(yè)設(shè)計要求，撰寫規(guī)范的論文說明書。（二）研究手段針對課題中出現(xiàn)的以上幾個問題，將在接下來的時間里通過以下途徑來解決。1)查閱相關(guān)書籍資料，了解關(guān)于金屬切削機(jī)床及 CA6140 主軸箱結(jié)構(gòu)。2)CA6140 主軸箱轉(zhuǎn)速圖設(shè)計及傳動方案設(shè)計。給定的參數(shù)，查閱有關(guān)方面書籍資料，設(shè)計總體的傳動結(jié)構(gòu)。CA6140 主軸箱結(jié)構(gòu)，主要包括以下五個單元：? 箱體? I 傳動軸及零件設(shè)計? Ⅱ傳動軸及零件設(shè)計? Ⅲ傳動軸及零件設(shè)計? Ⅳ傳動軸及零件設(shè)計? Ⅴ傳動軸及零件設(shè)計畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）開 題 報 告指導(dǎo)教師意見：1．對“文獻(xiàn)綜述”的評語：2．對本課題的深度、廣度及工作量的意見和對設(shè)計（論文）結(jié)果的預(yù)測：指導(dǎo)教師： 年 月 日所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 中 文 摘 要金屬切削機(jī)床在是人類改造自然的長期生產(chǎn)實踐中，不斷改進(jìn)生產(chǎn)工具的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來的，它是用切削的方法將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器，是制造機(jī)器的機(jī)器。CA6140 車床可進(jìn)行各種車削工作，并可加工公制、英制、模數(shù)和徑節(jié)螺紋，所以在各個領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。本文首先介紹了金屬切削機(jī)床的基本概念，以及在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀。其次具體闡述 CA6140 車床主軸箱的功用，組成及各部分特點。然后根據(jù)課題的要求及給定的設(shè)計參數(shù)，對 CA6140 車床主軸箱的主傳動系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計。最后文章分別對主軸箱中的各軸，以及軸上的齒輪和軸承進(jìn)行了詳細(xì)的計算和校核，并給出了各軸的裝配圖和主軸箱的總裝配圖。關(guān)鍵詞 金屬切削機(jī)床 主軸箱設(shè)計 傳動系統(tǒng) 裝配圖畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 外 文 摘 要Title The Design of CA6140 Lathe Spindle Box AbstractIn the long-term practice of production, Metal Cutting Machine Tool has developed on the base of human rebuilding the nature and improving the generative tools. By the way of cutting, metal rough materials can be produced into machine parts, it is the machine that could make machines. The CA6140 Machine Tool could do various of turning, and can machining Metric, English, Modulus and diametrer pitch whorl, so it could be used more and more widely in all fields.First of all, the basic concept of Metal Cutting Machine Tool and its development status at home and abroad are introduced in this paper. Meanwhile, the function , integral part of spindle box and the point of parts is described also. According to the requirements of the subject and the design parameters , the design of the main transmission is given. Finally, the calculation and checking of the main axis, gears, bearings in the spindle box is given in detail. At last, the assembly drawings of axis and spindle box is given also.Keywords Metal Cutting Machine Tool Spindle box design Transmission System Assembly drawing 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 Ⅰ 頁 共 Ⅰ 頁目 錄1 緒論 .11.1 課題簡介 .11.2 CA6140 機(jī)床的說明 21.3 CA6140 主軸箱 31.4 選題依據(jù) .41.5 本設(shè)計的意義和應(yīng)用價值 .41.6 研究內(nèi)容及方法 .42 傳動方案及傳動系統(tǒng)圖的擬定 .52.1 電動機(jī)的選擇 .52.2 傳動路線及轉(zhuǎn)速圖的擬定 .53 主軸箱主要零件的設(shè)計及校核 103.1 主軸箱箱體尺寸的確定 103.2 傳動軸Ⅰ各主要零件的設(shè)計 123.3 傳動軸 II 各主要零件的設(shè)計 .253.4 傳動軸 III 各主要零件的設(shè)計 293.5 傳動軸 IV 各主要零件的設(shè)計 .333.6 傳動軸 V 各主要零件的設(shè)計 383.7 傳動軸 VI 各主要零件的設(shè)計 .424 結(jié)論與展望 49任務(wù)書填寫要求1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系部領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在第七學(xué)期結(jié)束前填好并發(fā)給學(xué)生；2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系部主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫；4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“系部” 、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號；5．任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照國標(biāo) GB 7714—2005《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；6．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—2005《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2009 年 3 月 15 日”或“2009-03-15”。畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的：通過本課題，使學(xué)生加深理解機(jī)械制造領(lǐng)域中的相關(guān)知識點（機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計、結(jié)構(gòu)分析等） ，鍛煉學(xué)生綜合分析問題的能力以及軟件應(yīng)用能力、外文閱讀能力與自己查閱資料的能力。針對該具體課題，希望學(xué)生能了解國內(nèi)外當(dāng)前該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，在此基礎(chǔ)上做出一些成果，使大學(xué)學(xué)到的知識得到綜合應(yīng)用，為進(jìn)一步深造或走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。2．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：（1）外文資料翻譯，至少 3000 字；（2）閱讀相關(guān)文獻(xiàn)資料，了解國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀，撰寫文獻(xiàn)綜述；（3）根據(jù)設(shè)計參數(shù)，確定傳動方案；工件最大回轉(zhuǎn)直徑：400mm工件最大長度（四種規(guī)格）：1000mm主軸孔徑：48mm主軸前端孔錐度：400mm主軸轉(zhuǎn)速范圍：正轉(zhuǎn)：10～1400r/min;反轉(zhuǎn)：14～1580r/min加工螺紋范圍：1～192mm/ 2～24 牙/英寸 模數(shù)：0.25～48mm 縱向進(jìn)給量范圍：0.1mm，橫向進(jìn)給量：0.05mm刀架快速移動速度：4m/min主電機(jī)：功率：7.5 千瓦；轉(zhuǎn)速：1450r/min快速電機(jī)：功率：370 瓦；轉(zhuǎn)速：2600r/min冷卻泵：功率：90 瓦；流量：25L/min（4）主要零部件的計算與驗算；（5）撰寫畢業(yè)設(shè)計論文說明書；畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書3．對本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計論文、圖表、實物樣品等〕：1、箱體零件圖設(shè)計圖、總裝配圖（一套）2、各軸裝配圖（一套）3、設(shè)計計算說明書（一份）4．主要參考文獻(xiàn)：[1] 任殿閣，張佩勤．設(shè)計手冊[S]．遼寧：科學(xué)技術(shù)出版社, 1991．9．[2] 東南大學(xué)機(jī)械學(xué)學(xué)科組 鄭文緯 吳克堅．機(jī)械原理[M]．北京：高等教育出版社, 1997．7．[3] 付鐵．計算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計實訓(xùn)教程[M]．北京：理工大學(xué)出版社．[4] 查康 楊萬能 董敏．產(chǎn)品造型設(shè)計白金案例[M]．山東：電子音響出版社, 2005．1．[5] 方世杰 ．機(jī)械優(yōu)化設(shè)計[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2003．3．[6] 曹桄 高學(xué)滿．金屬切削機(jī)床掛圖[S]．上海：交通大學(xué)出版社, 1984．8．[7] 吳宗澤 羅圣國．機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊[S]．北京：高等教育出版社．1982．12．[8] 華東紡織工學(xué)院 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 天津大學(xué)．機(jī)床設(shè)計圖冊[S]．上海：科學(xué)技術(shù)出版社．[9] 易新．金屬切削機(jī)床課程設(shè)計指導(dǎo)書[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1985．11．[10] 戴曙．金屬切削機(jī)床[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2000．5．畢 業(yè) 設(shè) 計（論 文）任 務(wù) 書5．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進(jìn)度計劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2009 年3 月 9 日 ~ 3 月 23 日3 月 24 日 ~ 3 月 31 日4 月 1 日 ~ 4 月 15 日4 月 161 日~ 4 月 30 日5 月 1 日 ~ 5 月 14 日5 月 15 日 ~ 6 月 5 日6 月 14 日 ~ 4 月 5 日搜集熟悉資料，開題報告確定主要參數(shù)、確定總體方案傳動設(shè)計設(shè)計、傳動系統(tǒng)圖繪制主要零部件設(shè)計、校核主要裝配圖繪制、總裝配圖繪制；撰寫畢業(yè)論文及設(shè)計說明書論文答辯所在專業(yè)審查意見：負(fù)責(zé)人： 年 月 日系部意見：系部主任： 年 月 日附件 1：外文資料翻譯譯文基于 Agent 協(xié)同數(shù)控概念設(shè)計許志剛香港理工大學(xué)，設(shè)計學(xué)院，設(shè)計技術(shù)研究中心， 香港，九龍，江口sdzhgxu@polyu.edu.hk黃斜睜，劉尉明計算機(jī)輔助設(shè)計中心機(jī)械工程學(xué)院， 山東大學(xué)山東省濟(jì)南市，中國山口河k-z-huang@yahoo.com, taolwm@sdu,edu.cn摘要創(chuàng)新是一個產(chǎn)品設(shè)計和發(fā)展的核心問題，比如如何用機(jī)床實施它們（創(chuàng)新） 。本文提出了一種以“代理” （模塊）為基礎(chǔ)的數(shù)控配置模型概念。模型化是數(shù)控分層設(shè)計的基礎(chǔ)?；诤献鞔淼脑O(shè)計，將它的每個模塊作為一個自主的實體參與設(shè)計活動。產(chǎn)品設(shè)計過程被描述為代理的有組織的合作過程。合作多代理數(shù)控（CMNC）配置在提供大量設(shè)計方案和一個初步評價機(jī)構(gòu)時，能大大曾加設(shè)計效果和創(chuàng)造力，這個雛形系統(tǒng)正在進(jìn)一步發(fā)展，并且已經(jīng)在創(chuàng)造力上顯示出巨大的潛力。1．導(dǎo)言創(chuàng)造力在產(chǎn)品的設(shè)計和開發(fā)方面是最有競爭力的一個方面，這種情況同樣適用于機(jī)床的設(shè)計與制造過程。迄今為止，在制造技術(shù)方面已經(jīng)取得了巨大的進(jìn)步，并且已經(jīng)在世界范圍內(nèi)大量實施柔性制造系統(tǒng)了。無論如何，產(chǎn)品的快速制造和數(shù)字話等個性方面的發(fā)展趨勢正在日益增加，這些都吸引了更多的關(guān)注 [1 ]，數(shù)控系統(tǒng)的快速和創(chuàng)造性的設(shè)計有了更大的意義。在深入調(diào)查后，我們可以得到這樣的結(jié)論，概念設(shè)計雖然只占總成本預(yù)算的10%，但是卻對總成本產(chǎn)生的影響至70%（或更多） 。模塊化是一種數(shù)控系統(tǒng)概念設(shè)計與開發(fā)的有效方式，用簡單的方法來表達(dá)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，在開發(fā)新的結(jié)構(gòu)時有足夠的靈活性。將專家系統(tǒng)引入機(jī)械設(shè)計系統(tǒng)，可以增加系統(tǒng)的設(shè)計效率。傳統(tǒng)的專家系統(tǒng)，大多是連續(xù)單一用途的系統(tǒng)，它們必然導(dǎo)致低效率。代理和多媒體技術(shù)使一些設(shè)計師在做設(shè)計工作時使用計算機(jī)協(xié)同工作變成一種可能 [2]。本文提出了一種面向代理的創(chuàng)新設(shè)計數(shù)控系統(tǒng)配置的新方法。本文余下的部分是按以下內(nèi)容組織而成：第二節(jié)，簡單介紹數(shù)控技術(shù)模塊化；第三節(jié)，描述代理結(jié)構(gòu)和功能；第四節(jié)，提出基于代理數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計模型；在第五第六部分舉例說明可行性。2．?dāng)?shù)控化模塊2.1.模塊定義為表示數(shù)控概念結(jié)構(gòu)以下介紹三種典型模塊。它們是：平移模塊，旋轉(zhuǎn)模塊和基礎(chǔ)模塊（圖1a所示） 。它們的定義如下：定義1：基礎(chǔ)模塊，支持轉(zhuǎn)換和旋轉(zhuǎn)模塊中無法移動或旋轉(zhuǎn)的模塊，被命名為B，H_B向模塊，V_B指垂直模塊。定義2：平移模塊，由基礎(chǔ)模塊或旋轉(zhuǎn)模塊支持，可以沿著x、y、z其中一個坐標(biāo)方向上移動的模塊，分別被記作：H_X,H_Y,H_V。定義3：旋轉(zhuǎn)模塊，在相應(yīng)方向上的旋轉(zhuǎn)，記作R_X,R_Y,R_Z,其中R_H,R_V分別指模塊繞橫向軸和垂直軸的轉(zhuǎn)動。注：一個旋轉(zhuǎn)模塊不能與另一個旋轉(zhuǎn)模塊相連接。基礎(chǔ)模塊 平移模塊 方向旋轉(zhuǎn)模塊 五軸數(shù)控設(shè)計排列 A向旋轉(zhuǎn) B向旋轉(zhuǎn) “C”形環(huán)形列表圖1a 模塊的定義和五軸數(shù)控概念結(jié)構(gòu)2.2.模塊約束根據(jù)以上定義，可以推導(dǎo)出下列模型約束為：根據(jù)機(jī)床的設(shè)計規(guī)格可以得到以下的設(shè)計約束：1） 如果工件質(zhì)量較大，則工件不能垂直的移動；2） 如果工件精度較高，則工件必須被固定或只有一個方向的運動；3） 如果工件質(zhì)量較大且精度較高，則工件夾具必須與與基底毗鄰。2.3.顯示模塊數(shù)控概念結(jié)構(gòu)模型可以將不同的模塊按一個明確的方式排列來精確表達(dá)。圖1.b是一個有x,y,z直線坐標(biāo)運動方向和A、B兩個方向上旋轉(zhuǎn)運動的五軸數(shù)控結(jié)構(gòu)模型。圖1c是一個“C”形狀模塊，這是一個從刀具到工件元件的封閉環(huán)。3.代理的功能與結(jié)構(gòu)每個代理包含五個模塊（圖2）。模塊功能及性能如下：熟人模塊分別代表其他代理和本地同水平代理。合作模塊負(fù)責(zé)管理代理的社會活動，具體需要是由情況評定模塊檢測。控制模塊是系統(tǒng)領(lǐng)域的接口程序。情況評估模塊決定哪些活動應(yīng)本地進(jìn)行和哪些應(yīng)該分配給其他代理，那些接收任務(wù)的代理應(yīng)該給予尊重，如它的請求應(yīng)該給予實現(xiàn)，它的行動應(yīng)該認(rèn)為是接收到新信息后采取的行動，等等。它還用來接受問題的指示，并接受其他模塊反饋，其余部分則用作支持功能。該模塊自身是一個數(shù)據(jù)儲存器，存放由系統(tǒng)領(lǐng)域產(chǎn)生或通過接口接受到其他系統(tǒng)傳來的數(shù)據(jù)。通信管理者發(fā)送或接受社團(tuán)其它代理的信息。圖2 代理架構(gòu)圖定義4：代理具有六個部分：(援助，通訊，熟人，合作，評估， 控制)::= ::=: :={ () ]::=l ]lll: := : :={ ()}: := lll ::= ll::=lllIl::={}4.基于代理的設(shè)計過程的管理工程設(shè)計，它被看作是由一個由各種自主實體組成，通過合作完成特殊任務(wù)的分布式系統(tǒng) [3]。系統(tǒng)中兩種基本要素：實體和活動。該實體包括CAD系統(tǒng)（主要處理圖形問題），用戶和各種代理（信息處理）?；顒邮且粋€實體進(jìn)行設(shè)計的活動。在設(shè)計過程也有兩類信息：前臺和后臺 [ 4]，表一表征信息活動及相應(yīng)參與者的清單。定義5：面向合作設(shè)計系統(tǒng)的代理由五部分組成（A、Tr、Er、Dr），其中A是代理集合，TR是設(shè)計事物，E是一系列的事件，OR是一個組織（包括CAD系統(tǒng)，及各類等）。事件是用戶、CAD系統(tǒng)和代理所觸發(fā)的系統(tǒng)的正式變換過程。其中代理參與了設(shè)計過程以及代理和外部世界的社團(tuán)之間的通信。在此概念模式中，產(chǎn)品設(shè)計流程是一個由一組代理原動件構(gòu)成的一個活動集和一些與用戶交互的代理的活動的集合。5.設(shè)計過程舉例定義6：事件可以由六部分來描述：（ETD、 ESTATE、 EPRE、 EAG、 EAC、 EPOST），其中EID是事件名稱，ESTATE是當(dāng)前的系統(tǒng)狀態(tài)，EPRE是觸發(fā)事件的前提條件。EAG是活動代理的集合，EAC是代理進(jìn)行的活動，EPOST是事件導(dǎo)致的狀態(tài)。圖3給出了事件描述。表1信息 活動 參與者設(shè)計要求 用戶輸入，文件輸入 計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)，用戶設(shè)計意圖 推斷，輸入 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計方法 研究，詢問 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn) 輸入，顯示 用戶，代理，CAD系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)件 數(shù)據(jù)基本要求 用戶，代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計歷史 記錄，對比，修改 代理，CAD系統(tǒng)工程分析記錄 計算，狀態(tài)改變 代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計修改記錄 記錄，對比，修改，決定 代理，CAD系統(tǒng)設(shè)計過程控制 開始，結(jié)束，中斷 用戶，CAD系統(tǒng)消息 接收，發(fā)送，接受，拒絕 代理，用戶，CAD系統(tǒng)參與者狀態(tài) 啟動，制動 同上Epre-條件 Epost 條件EAC 圖3.時間描述參加者狀態(tài)CAD 系統(tǒng)？用戶？代理？如果想要設(shè)計一個數(shù)控銑床，該銑床可以用來處理渦輪葉片。刀具能夠同時在5個軸方向上運動，即x、y、z、A、B，即刀具有5個自由度。以上是設(shè)計的先決條件。如果零件比較輕，從設(shè)計約束第2.2章中來看，該零件的運動沒有任何限制。即EPRO有兩種觀點：1.刀具有x、y、z、A、B五個自由度；2.該零件性質(zhì)比較輕。定義7：事件序列的處理，如該處理能夠滿足模塊的約束和設(shè)計約束，則此次處理是一個可接受方法。T::EID: :: :::::: 1 :interactable; 0: uninteractable.數(shù)控銑床有一個“C”字狀的結(jié)構(gòu)，將工件作為起始點，刀具作為終點 [5]，或者相反。因此，設(shè)計過程中帶有工件，首先應(yīng)處理持有工件的模塊。事件1：EID1? EPRE：刀具有x,y,z,A,B五個方向的自由度且零件較輕? 代理狀態(tài)：EAG:H__B H__V H__X H__Y H__Z R__V R__X R__Y1 1 1 1 1 1 1 1? 用戶：0等待? 計算機(jī)輔助設(shè)計系統(tǒng)：0等待在這時，所有模塊都可以被觸發(fā)，如果R_Y方向被觸發(fā)了即可實現(xiàn)y軸上的移動。于是條件將會改變。? EPOST：刀具失去一個自由度。第二個事件：EID2EPRE：x、z、A、B四個方向運動且零件較輕由于模塊約束，R_Y不能與H_B、H_V、R_V、R_Z相連接，EAG變成這樣：H__B H__V H__X H__Y H__Z R__V R__X0 0 1 1 1 0 0用戶：0等待計算機(jī)輔助系統(tǒng)：0等待在這時，如果H_Z觸發(fā)，則：EPOST：刀具失去一個自由度……六個事件結(jié)束后，刀具的自由度變?yōu)?，一次設(shè)計處理過程便結(jié)束了。這樣的處理結(jié)果認(rèn)為是可以接受的。各種可能的解決方法都要被記錄下來作對比。在每次處理中，用戶要和計算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行交流，和其他設(shè)計人員進(jìn)行并存元集的對比和討論。圖1.b是一次被命名為五軸數(shù)控結(jié)構(gòu)的處理，盡管這也許不是最佳的解決方案。6.舉例圖4給出了基于代理的的數(shù)狀結(jié)構(gòu)多方案的范例。在圖4中，“Base-H”是輸入端和開端。從這點課件，整個系統(tǒng)將在模塊化約束的限制工作。在設(shè)計過程中，層次低的模塊從它上層模塊中分離出來，但它又是不同于上層模塊的。更多的往往不是這樣，其結(jié)果可能超過最保守的、傳統(tǒng)監(jiān)督下的工作值，甚至有些可能看起來是可笑的，但這意味著創(chuàng)造力。通過采用設(shè)計約束，解決方案有很大集中性。隨著越來越多的約束被采用，其結(jié)果可能是越來越實際。例如，圖4中加粗的曲線，按R-Y-T-Y-T-X-H-Base-T-ZR-X設(shè)計的,是圖1c中一個可行的數(shù)控概念結(jié)構(gòu)。圖4 多解的數(shù)控結(jié)構(gòu)設(shè)計7.結(jié)論和致謝本文所描述的基于代理的數(shù)控結(jié)構(gòu)概念設(shè)計模型目前正快速發(fā)展。將來的工作將重點放在方案的認(rèn)證機(jī)制上，現(xiàn)在它主要取決于設(shè)計師比較各種概念結(jié)構(gòu)。只有在電腦告訴你哪個是可行的，哪個是最好的，這樣才能真正產(chǎn)生創(chuàng)造力。這個項目得到了山東省委優(yōu)秀青年科學(xué)家獎。8.參考文獻(xiàn)[1]胡偉剛.機(jī)床模塊化的實踐與發(fā)展和智能支持系統(tǒng)[M].武漢：華中工學(xué)院，1994年6月.[2]許志剛，黃正興.機(jī)械多原動件系統(tǒng)合作問題的解決方案[].北京：國際CSCW車間，1996年6月.郵編：251—258.[3]曾廣舟,孫波奇.系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)上的一種軟件要求工程及其支持環(huán)境[J].中國計算機(jī)雜志，1997.3.[4]鈴木，為產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計背景所做的信息建模[J].CIRP年報,1996/1/45 [5]Yotaro Hatamura,智能機(jī)器中心的實際概念過程[J].CIRP年報,1995/1/44. 附件 2：外文原文（復(fù)印件）