董麗麗，李 超

（1.唐山科技職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 唐山 063001；2.河北機(jī)車車輛廠高級(jí)技校，河北 唐山 063030）

1 虛擬樣機(jī)技術(shù)及新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用技術(shù)

虛擬樣機(jī)技術(shù)（VPT)是一種基于虛擬樣機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，是各領(lǐng)域CAx/DFx技術(shù)的發(fā)展和延伸。虛擬樣機(jī)技術(shù)進(jìn)一步融合了先進(jìn)建模/仿真技術(shù)，現(xiàn)代信息技術(shù)，先進(jìn)設(shè)計(jì)制造技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，將這些技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜產(chǎn)品全生命周期和全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)他們進(jìn)行綜合管理。與傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)相比，虛擬樣機(jī)技術(shù)強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，涉及產(chǎn)品全生命周期，支持對(duì)產(chǎn)品的全方位測試，分析與評(píng)估，強(qiáng)調(diào)不同領(lǐng)域的虛擬化的協(xié)同設(shè)計(jì)。該技術(shù)主要進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法與虛擬樣機(jī)仿真技術(shù)研究，在該共性技術(shù)的基礎(chǔ)上研究了新產(chǎn)品開發(fā)應(yīng)用技術(shù)，用于方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)、數(shù)字樣機(jī)的性能仿真、方案修改、整機(jī)性能預(yù)測與補(bǔ)償控制。已在幾十種新產(chǎn)品設(shè)計(jì)及樣機(jī)創(chuàng)新開發(fā)中進(jìn)行了應(yīng)用。

2 多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合數(shù)控機(jī)床的創(chuàng)新研究開發(fā)

多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合數(shù)控機(jī)床由于用途廣泛，精度高，工藝先進(jìn)，使得其研究及創(chuàng)新開發(fā)越來越受到國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛關(guān)注，出現(xiàn)了多種類型的復(fù)合數(shù)控機(jī)床，如多種加工功能復(fù)合及加工方法復(fù)合的復(fù)合加工機(jī)床、粗精加工機(jī)構(gòu)復(fù)合的粗精加工復(fù)合機(jī)床、并聯(lián)與串聯(lián)原理復(fù)合的混聯(lián)機(jī)床等等。進(jìn)行了如下多軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合數(shù)控機(jī)床的研究與開發(fā):①六軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)數(shù)控機(jī)床;②六軸聯(lián)動(dòng)臥式復(fù)合數(shù)控機(jī)床;③六軸聯(lián)動(dòng)立式復(fù)合數(shù)控機(jī)床;④玉軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合激光加工機(jī)床;⑤五軸聯(lián)動(dòng)電火花銑加工機(jī)床;⑥五軸聯(lián)動(dòng)精整加工數(shù)控機(jī)床。

（1）六軸聯(lián)動(dòng)混聯(lián)數(shù)控機(jī)床6PM2。傳統(tǒng)的機(jī)床是完全串聯(lián)原理，其優(yōu)點(diǎn)是作業(yè)空間大、運(yùn)動(dòng)算法簡單;缺點(diǎn)是各軸的運(yùn)動(dòng)誤差累加、懸臂結(jié)構(gòu)剛度弱、運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量大而限制了速度的提高。并聯(lián)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量小，速度快，比剛度高，運(yùn)動(dòng)誤差不累加;缺點(diǎn)是作業(yè)空間小、運(yùn)動(dòng)算法復(fù)雜、關(guān)節(jié)剛度低。因此將串聯(lián)和并聯(lián)原理結(jié)合起來兼具一者優(yōu)點(diǎn)的混聯(lián)原理機(jī)床是非常有發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值的新型復(fù)合數(shù)控機(jī)床。

（2）六軸聯(lián)動(dòng)臥式復(fù)合數(shù)控機(jī)床HC80。復(fù)合加工機(jī)床由于一次裝夾可以完成所加工零件的大部或全部工序的加工，因此可以減少安裝定位次數(shù)，降低定位誤差，提高加工精度;減少工裝夾具的件數(shù)，縮短準(zhǔn)備時(shí)問，降低成本;降低工序轉(zhuǎn)換所需的等待、上下料及裝夾等輔助時(shí)問，提高生產(chǎn)率。

（3）六軸聯(lián)動(dòng)立式復(fù)合數(shù)控機(jī)床VC80。VC80采用串聯(lián)與并聯(lián)復(fù)合、多功能復(fù)合。可組成立式車銑復(fù)合、車銑磨復(fù)合數(shù)控機(jī)床。采用雙轉(zhuǎn)臺(tái)極坐標(biāo)形式，容易進(jìn)行模塊化可重組設(shè)計(jì)。數(shù)控系統(tǒng)為自主開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。

（4）五軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合激光加工機(jī)床SLC-1。在3軸復(fù)合激光加工機(jī)床的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究開發(fā)了5軸聯(lián)動(dòng)復(fù)合激光加工機(jī)床SLC-1，可實(shí)現(xiàn)5軸聯(lián)動(dòng)滬丁進(jìn)行空間復(fù)雜曲面激光淬火、激光切割、激光焊接等激光加工。數(shù)控系統(tǒng)為自主開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)。

（5）五軸聯(lián)動(dòng)電火花銑加工機(jī)床。在3軸電火花加工機(jī)床的基礎(chǔ)上，研究開發(fā)4軸和5軸聯(lián)動(dòng)電火花銑加工機(jī)床，可進(jìn)行空問復(fù)雜形位的電火花銑加工。樣機(jī)研制正在進(jìn)行中。

（6）多軸聯(lián)動(dòng)精整加工數(shù)控機(jī)床。采用虛擬樣機(jī)技術(shù)研究成果，進(jìn)行了3軸聯(lián)動(dòng)、4軸聯(lián)動(dòng)、5軸聯(lián)動(dòng)精整加工的數(shù)控機(jī)床研究開發(fā)?？蛇M(jìn)行復(fù)雜型面的高速精整加工。樣機(jī)研制正在進(jìn)行中。

3 機(jī)器人創(chuàng)新開發(fā)

機(jī)器人可以分為固定機(jī)器人(機(jī)器人底座固定不動(dòng))和移動(dòng)機(jī)器人。移動(dòng)機(jī)器人可以分為輪式移動(dòng)機(jī)器人、履帶式移動(dòng)機(jī)器人和步足移動(dòng)機(jī)器人。自動(dòng)導(dǎo)航輪式移動(dòng)機(jī)器人(AGWMR)包含輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和作業(yè)操作機(jī)構(gòu)(即作業(yè)機(jī)器人)。只包含輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)的AGWMR又可以稱為自動(dòng)導(dǎo)航車(AGV)。

（1）自動(dòng)導(dǎo)航輪式移動(dòng)物流機(jī)器人。研究與開發(fā)的輪式移動(dòng)機(jī)器人的類型有:① 2自由度(自動(dòng)行走、自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、自動(dòng)原地自旋)和3自由度(自動(dòng)行走、自動(dòng)轉(zhuǎn)彎、自動(dòng)原地自旋、自動(dòng)全方位地面移動(dòng))的A GV，導(dǎo)航方式有無線遙控、激光掃描、視覺、超聲波、陀螺、電子羅盤;②由輪式移動(dòng)機(jī)構(gòu)和作業(yè)機(jī)器人組成的物流AGWMR,AGWMR的移動(dòng)機(jī)構(gòu)部分與上述的A GV相同，作業(yè)部分為有1～6個(gè)自由度的物流作業(yè) (抓取、搬運(yùn))機(jī)器人。

研究開發(fā)的樣機(jī)和產(chǎn)品，采用的數(shù)控系統(tǒng)均為自主開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，均具有位置和姿態(tài)自動(dòng)定位功能。

（2）自動(dòng)導(dǎo)航牽引車AGT50。研究與開發(fā)的自動(dòng)導(dǎo)航牽引車 (AGT)，AGT50屬于具有牽引移動(dòng)功能的輪式移動(dòng)機(jī)器人。AGT50可拖動(dòng)多輛拖車無人駕駛自動(dòng)行駛，牽引力為5000N。導(dǎo)航方式可按上節(jié)所述的AGV選擇配置。采用的數(shù)控系統(tǒng)為自主開發(fā)的開放式數(shù)控系統(tǒng)，根據(jù)不同的路況及要求可開環(huán)控制或閉環(huán)控制;具有位置和姿態(tài)的自動(dòng)校正定位功能。

（3）作業(yè)機(jī)器人。研究與開發(fā)的作業(yè)機(jī)器人的類型有:噴漆機(jī)器人、焊接機(jī)器人、切削機(jī)器人、檢測機(jī)器人。噴漆機(jī)器人采用基于橢圓雙R漆膜模型的軌跡規(guī)劃技術(shù)，焊接機(jī)器人采用激光焊縫跟蹤技術(shù)。

上述機(jī)器人可以獨(dú)立進(jìn)行作業(yè)，也可以與前述AGV組成輪式移動(dòng)運(yùn)動(dòng)機(jī)器人，主要用于大尺寸、長距離工況下的作業(yè)，如大型罐、大型集裝箱、長管道等的噴漆、焊接、局部切削加工及檢測作業(yè)。當(dāng)組成為輪式移動(dòng)機(jī)器人時(shí)，由于上述作業(yè)的精度比輪式移動(dòng)物流機(jī)器人的作業(yè)精度要求高，因此其位置和姿態(tài)定位要求更高。采用AGV位姿定位與作業(yè)機(jī)器人自身位姿定位相結(jié)合的方法，以滿足大尺寸、長距離工況下的作業(yè)位置和姿態(tài)定位要求。

[1]高檔數(shù)控機(jī)床與基礎(chǔ)制造裝備重大專項(xiàng)—編寫組專家對(duì)重大專項(xiàng)的解讀[J].金屬加工(冷加工)，2009，（6）.