關(guān)于專用加工機床定位方案設(shè)計探究

何歡+王宇

摘 要：數(shù)控機床定位精度是指機床各坐標(biāo)軸在數(shù)控裝置控制下運動部件所能達到的目標(biāo)位置的準確程度。各運動部件的運動是在數(shù)控裝置的控制下完成的，各運動部件在程序指令控制下所能選到的精度直接影響加工零件的精度，它反映在行程內(nèi)任意定位點的定位穩(wěn)定性，所以定位精度是一項很重要的檢測內(nèi)容，本文就專用加工機床定位方案設(shè)計了進行了探究和分析。

關(guān)鍵詞：加工機床;定位設(shè)計;數(shù)控裝置

對于專用加工機床定位支撐方案的優(yōu)選需要從技術(shù)性指標(biāo)、經(jīng)濟性指標(biāo)和社會性指標(biāo)相融合的角度進行優(yōu)選分析，需要對定位支撐方案設(shè)計過程中的多層次、多因素和多類型的優(yōu)選指標(biāo)進行決策分析，因此專用加工機床定位支撐方案的優(yōu)選是一個復(fù)雜的系統(tǒng)決策分析過程。目前，國內(nèi)外已有很多學(xué)者對復(fù)雜的系統(tǒng)決策分析方法進行了研究，并取得了一定的研究成果。但是，目前的多屬性系統(tǒng)決策分析方法對于處理含有不確定性設(shè)計信息的處理還具有一定的局限性，如在決策分析前已將設(shè)計決策信息精確化不能有效地對模糊問題進行決策分析; 不能夠有效處理模糊區(qū)間內(nèi)設(shè)計信息的相關(guān)性決策分析等等。

一、專用加工機床定位方案

專用加工機床一般包含有承載裝置、定位支撐裝置、夾緊裝置、傳動裝置、執(zhí)行裝置等關(guān)鍵組成部分，一方面定位支撐裝置與承載裝置關(guān)聯(lián)，將系統(tǒng)載荷有效地傳遞到承載裝置，進行系統(tǒng)載荷的平衡和減震;另一方面定位支撐裝置與夾緊裝置和執(zhí)行裝置進行關(guān)聯(lián)，通過對夾緊裝置和執(zhí)行裝置的有效定位和支撐，減少和降低工件夾緊和加工變形，在保證定位精度的條件下實現(xiàn)工件加工精度的要求，因此，定位支撐裝置在整個加工機床系統(tǒng)中起到承上啟下的關(guān)聯(lián)樞紐作用，定位支撐方案設(shè)計的好壞將直接影響到專用加工機床的加工性能。一旦加工機床定位支撐系統(tǒng)發(fā)生故障和將會造成巨大的損失，不僅僅會使得加工機床的加工精度降低，嚴重時將使得加工機床整體功能失效。因此，提高加工機床定位支撐系統(tǒng)的可靠性與安全性，特別是對于面向高速、高效和復(fù)合加工型式的專用加工機床設(shè)計，是保證加工機床關(guān)鍵性能參數(shù)的最重要的環(huán)節(jié)。論文從技術(shù)性準則、社會性準則和經(jīng)濟性準則三個方面對工機床定位支撐方案設(shè)計性能進行分析，并通過與相關(guān)的加工機床設(shè)計專家和工程設(shè)計師進行技術(shù)交流，對不同準則層下的具體優(yōu)選指標(biāo)進行了分析與細化，從而建立了專用加工機床定位支撐方案優(yōu)選指標(biāo)體系。

二、加工機床方案優(yōu)選模型

本文針對專用加工機床定位設(shè)計方案的多屬性、多層次、多類型指標(biāo)的優(yōu)選決策分析問題進行了研究，給出了一種改進的專用加工機床定位設(shè)計方案可拓優(yōu)度模型與算法。論文首先對專用加工機床定位設(shè)計方案實施過程中的性能約束參數(shù)進行了分析，并基于此建立了對應(yīng)的多定位實施方案的優(yōu)選指標(biāo)體系，通過構(gòu)建優(yōu)選指標(biāo)體系下的不同類型優(yōu)選指標(biāo)理想域，并獲取改進的定位實施方案與各優(yōu)選指標(biāo)理想域之間的可拓距與可拓關(guān)聯(lián)函數(shù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建出了定位實施方案的可拓優(yōu)度，從而獲得最優(yōu)的定位實施方案。該模型物理意義明確，分辨能力高，同時計算較為簡單，具有較好的可執(zhí)行性和可操作性，為計算機輔助加工機床智能化設(shè)計的順利實施提供了有力的支持。

（一）多類型定位設(shè)計

專用加工機床定位支撐方案的設(shè)計需要基于特定的設(shè)計需求參數(shù)進行分析和論證，同時，在其方案設(shè)計和論證階段具體的性能參數(shù)并不是一個確切的數(shù)值，往往具有模糊不確定性;并且，在專用加工機床定位支撐方案設(shè)計階段，有的性能參數(shù)對于定位支撐系統(tǒng)的性能起到正向支持的作用，而有的性能參數(shù)對于定位支撐系統(tǒng)的性能起到逆向制約的作用，有的性能參數(shù)可以通過定量數(shù)值描述，而有的性能參數(shù)則只能給出定性的描述。因此，對含有多層次、多屬性、多類型的優(yōu)選指標(biāo)需要進行統(tǒng)一標(biāo)度的規(guī)范化處理。若優(yōu)選性能參數(shù)為具有模糊不確定性的定性描述，則采用模糊評語的形式給出對應(yīng)的模糊隸屬程度。由此，經(jīng)過上述的優(yōu)選指標(biāo)規(guī)范化處理后，所有定位設(shè)計方案優(yōu)選指標(biāo)參數(shù)值、對應(yīng)的經(jīng)典域和節(jié)域具有統(tǒng)一測度標(biāo)準，消除了不同類型優(yōu)選指標(biāo)之間的差異性，從而更利于定位設(shè)計方案優(yōu)選分析的準確性。

（二）定位設(shè)計方案

可拓學(xué)是一門用形式化的模型去研究事物之間或事物內(nèi)部矛盾問題的規(guī)律和方法，屬于一門新的智能設(shè)計學(xué)科，具有形式化、邏輯化和數(shù)學(xué)化的特點，在很多領(lǐng)域都有著相應(yīng)的工程應(yīng)用成果，形成了具有工程特色的可拓工程方向。關(guān)聯(lián)距作為可拓邏輯的核心對多屬性優(yōu)選決策分析具有較好的借鑒意義，本文通過對經(jīng)典的可拓距進行改進，給出一種定位設(shè)計方案優(yōu)選可拓優(yōu)度計算模型。本文以某大型圓形薄壁加工工件的專用加工機床定位設(shè)計方案為例進行模型和算法的分析和說明。該大型薄壁圓形加工工件的專用加工機床的設(shè)計需要能夠加工圓形薄壁工件的不同端面，能夠保證加工后具有較高的加工粗糙度和加工坡角，能夠?qū)崿F(xiàn)直徑尺寸和高度尺寸變換范圍很大的圓形薄壁工件加工，其定位設(shè)計方案的難點在于圓形薄壁工件重量較大、加工過程中容易受力變形、加工精度要求較高以及為了保證加工工件的力量生產(chǎn)要求具有操作方便性和可維護性。針對上述需求，通過相關(guān)設(shè)計專家和工程設(shè)計人員的技術(shù)方案設(shè)計，初定了三種可行的母線定位支撐方案，即軌道式、立式和臥式三種型式。

三、結(jié)束語

專用加工機床的設(shè)計一般需要滿足特定的加工設(shè)計需求，其總體結(jié)構(gòu)布局方案和定位支撐方案往往具有獨特的和嚴格的技術(shù)要求，在其設(shè)計過程中需要綜合考慮多種設(shè)計制約因素，特別是其定位支撐方案的選取對專用加工機床整體設(shè)計具有重要的影響。專用加工機床定位支撐方案的確定需要綜合考慮到專用加工機床的設(shè)計需求、結(jié)構(gòu)型式、承載特性、加工性能、維修維護性、設(shè)計成本、工作環(huán)境等各種因素，因此，對于滿足特性設(shè)計需求的專用加工機床定位支撐方案的優(yōu)選問題研究將具有十分重要的意義。

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