【正文】 較長的改裝時間和較高的改裝成本，且會造成整個生產系統(tǒng)的停滯，因而在實際應用中組合機床并沒有用于重構的目的，只作為一種高效的專用機床來使用。因此，組合機床既具有專用機床的高效率和結構簡單的特點，又具有能夠重新調整以適應新零件加工的特點。為了縮短專用機床的設計周期，便于組織機床功能零部件的專業(yè)化大規(guī)模生產，降低機床的制造成本，發(fā)展了組合機床。專用機床的主要問題是：一旦工序需求變化，難以實現經濟地轉換以適應新需求；當零件的生產量達不到機床的設計能力時，由于生產能力冗余而造成成本增加。它對某一種零件(或一組相似零件)的特定工序需求定制設計。模塊化機床設計不僅是對特定任務配置現有機床模塊，而是設計一種能闡釋模塊化科學理念。本文以實現機床的模塊化和定制化為目標，從：①模塊化機床設計基礎原理及方法學體系；②面向模塊化機床設計的工藝規(guī)劃中工序族的劃分和識別；③模塊化機床機械系統(tǒng)與控制器的同粒度、模塊化設計；④模塊化機床整個生命周期的配置設計幾個方面，對模塊化機床的設計理論與方法進行了系統(tǒng)的研究。這對應用該類機床的制造企業(yè)，在頻繁更換產品或改進產品時，縮短生產周期、提高生產率和降低生產成本等方面帶來顯著的經濟效益[3][4][5]。模塊化機床的這種對變化的需求能夠快速、經濟地轉換來重新配置的能力，稱為模塊化性。模塊化機床及其控制器是實現模塊化制造系統(tǒng)的主要組成部分，其系統(tǒng)的設計方法是構建模塊化制造系統(tǒng)的基石。模塊化制造系統(tǒng)正是適應這一需求的一條有效途徑，它通過配置合適功能的機床，對給定范圍的生產需求提供定制化柔性，當需求變化時，在最大化利用現有資源的基礎上，通過對制造系統(tǒng)結構及組成單元的快速重組或更新，經濟地轉換成新的制造系統(tǒng)，來定制地響應新需求模塊化制造系統(tǒng)的獨特性在于其系統(tǒng)、機床和控制結構都能快速、經濟地轉換，以響應市場/客戶需求的變化[1][2]。傳統(tǒng)的大量流水生產系統(tǒng)具有批量生產的經濟效益，但面對生產需求的變化不能快速地響應；而柔性制造系統(tǒng)雖能縮短產品的試制和生產周期，但投資巨大．回收周期長。目 錄1 概述 1 研究的背景 2 模塊化機床的基本特性 4 模塊化機床設計方法學 62 可重構制造系統(tǒng)的基本理論 7 可重構制造系統(tǒng)介紹 7 可重構制造系統(tǒng)現狀及前景 7 可重構制造系統(tǒng)的特點 7 可重構制造系統(tǒng)的研究內容 8 系統(tǒng)設計與集成 8 模塊化的可重構軟件 9 可重構制造系統(tǒng)的控制與故障診斷 10 產品與加工設備的模塊化設計 11 可重構制造系統(tǒng)的布局設計 12 可重構制造系統(tǒng)的評價 14 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 163 鉆床設計 17 深孔鉆床總體方案分析 17 課題要求 17 性能指標 17 方案分析 17 臥式深孔機床可重構化思路 18 深孔零件族分析 18 深孔刀輔具分析 19 成本最低，能迅速響應市場 21 機床結構的功能模塊化設計 22 模塊化的形成 22 結構可行性方案及可重構性分析 22 臥式深孔機床關鍵機械結構設計 23參 考 文 獻 30致 謝 311 概述全球化經濟激發(fā)的市場激烈競爭和客戶對產品需求的日益?zhèn)€性化趨勢，引起產品品種增多及市場生命周期不斷縮短。在這種環(huán)境下，制造企業(yè)的生產需求(產品品種和產量)將變化莫測，如何使現有制造系統(tǒng)快速、經濟地響應生產需求的變化，是當今制造業(yè)面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。因此，迫切需要一種既具有規(guī)模生產的經濟效益，又能快速適應動態(tài)多變的制造環(huán)境的新型制造系統(tǒng)。 當制造系統(tǒng)的生產需求變化時，相應地，其組成工作站(機床)的工序需求(加工特征和周期)也將發(fā)生波動。模塊化機床對給定范圍的工序需求能定制設計，當工序需求變化時，能快速、經濟地轉換其硬、軟件來重新配置，從而定制地響應新需求，因而模塊化機床是有成本效益的(costeffective)。模塊化性是模塊化機床的一個本質特征，它不但有效地縮短了機床的設計前置期，更關鍵的是減少了機床的制造、安裝、鬩試時間和成本。模塊化機床的另一個本質特征是定制化，包括定制化柔性和控制，它使得機床的冗余生產能力和，或功能最小化。模塊化機床及其系統(tǒng)的設計方法學是構建模塊化制造系統(tǒng)的基石。 研究的背景 專用機床是適應早期大批量生產環(huán)境的一種具有規(guī)模經濟效益的機床。除了一些標準件外，其余大部分零件都要單獨地設計和制造，勞動量大，生產周期長，制造成本高。因此，專用機床缺乏適應產品設計和加工過程變化的柔性，同時也不適合任何形式的產品混合加工。對于工序需求的變化，組合機床能夠利用已有的通用部件和改裝部分專用部件組成滿足新需求的機床。由于組合機床使用了大量的通用零部件，因此，在理論上它可以實現重構以適應加工對象的變化。雖然，組合機床在很大程度上解決了專用機床的初始投資大的問題，但它仍然是一種剛性設計機床，對少品種(甚至單一品種)的大批量生產具有經濟效益。 為了提高單件和小批量生產的自動化水平．從20世紀60年代起，人們開發(fā)了柔性的數控機床，并且很快在制造業(yè)中得到了廣泛地應用。因此，數控機床將其初始投資的風險分布在了機床的整個生命周期中，同時也極大地降低了由于生產模式改變所需的機床重新沒計和調試時間。這不但使數控機床的成本升高而且可靠性降低[6]。為此，機床制造企業(yè)正在增加傳統(tǒng)專用機床和組臺機床[7][8]。它具有以下一些基本特征：機床是由一些基本模塊根據功能需求組合而成的；機床結構和布局可以根據產品的變化進行快速重組；機床的模塊結構(硬件、軟件、控制系統(tǒng))是標準化的；模塊之間具有統(tǒng)一的、標準化的界面；機床的設計是以產品族為基礎的；機床的功能可以改變，但基本無功能冗余；機床與制造系統(tǒng)的接口也是標準化的，以便于整個系統(tǒng)的重組。如果不考慮時間和成本，任何機床都可以實現重構。為此，所設計的模塊化機床應體現如下基本原理：（1）模塊化機床為獲得定制化柔性設計模塊化制造系統(tǒng)的設計是為了獲得定制化柔性，正如它對特定范圍的生產需求設計。機床的選擇需求根據特定工作站的工序需求（如加工特征和加工周期）來定。對于那些批量需求小且經常地以未知方式變化的工序需求，柔性的數控機床是臺適的機床選擇。因此，模塊化機床應該為獲得定制化柔性設計，這樣它對特定范圍的工序需求就具有經濟(有成本效益)的響應能力，模塊化機床應該針對工序族定制設計。工序組成機床之間的分配決定了每臺機床的配置型式和功能需求。零件族和工序族分別決定了模塊化生產系統(tǒng)（或生產線）和模塊化機床的重構。（2）工序族是一組相似的工序組合集合工序組合是一組以滿足零件質量或提高加工效率為目的而聚在同一機床上完成的工序，每一個工序組合來自于零件族的不同零件。（3）模塊化機床應該以模塊化為出發(fā)點設計 為了對工序族的需求變化提供定制化柔性與控制，模塊化機床從一開始就需要考慮其對不同工序需求的模塊化性。（4）模塊化機床應該易于集成設計 模塊化機床的機械系統(tǒng)和控制器應該都具有模塊化結構且粒度相同，從而使模塊化機床易于集成。（5）模塊化機床應該為減少批量之間的轉換時間和成本設計 模塊化制造系統(tǒng)通過縮短批量之間的轉換時間，來降低批量生產的周期；通過提高批量轉換之間的資源利用率，來降低批量生產的成本。（6）模塊化機床必須在投資成本與模塊化之間取得平衡 通常，機床模塊度越大，模塊化性越好。但是，在刀具和夾具系統(tǒng)上的投資成本也將提高。 模塊化機床的基本特性 重構機床的關鍵特性是模塊化性和定制化，這使得模塊化機床有別于傳統(tǒng)機床。模塊化機床的基本特性如下：(1) 模塊化性 對于變化的工序需求，模塊化機床具有轉換其硬、軟件來重新配置機床，從而快速、經濟地響應新