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《重庆大学》 2007年
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基于可重构的轮辋压窝冲孔机的研究

田波  
【摘要】: 随着我国国民经济的发展和科学技术的进步,作为重要交通休闲工具的摩托车正向美观、豪华、舒适方向发展。而轮辋作为摩托车的重要组成部分,则呈现出系列化和个性化的特点。对于轮辋辐条孔的加工,国内外普遍采用轻型冲床加工和刚性自动加工两种方式。前者产品适应性好,但存在生产效率低、加工精度差、废品率高等缺点;后者虽然克服了前者的不足,但又存在加工产品单一、系列设备投资大等缺点。可否研制出兼具二者优点同时又弥补二者缺点的轮辋加工“通机”?这是市场的强烈要求!为此,重庆市机电设计研究院立项进行开发,并得到了科技部技术创新基金的无偿资助(立项代码:01C26215110225)。本文在借鉴国外同类设备的先进技术、参考重庆市机电设计研究院研制的刚性轮辋自动压窝冲孔机基本原理和三腔活塞复合油缸专利技术(专利号ZL 00 2 45062.3)的基础上,针对摩托车轮辋系列产品的成组特性,应用可重构技术的基本内涵,在设计思路、总体布局、机械结构、自动控制等方面实施创新,成功研制可重构轮辋压窝冲孔机。在此基础上,对可重构策略、多级重构机理及可重构机床的内涵进行了比较深入的研究,发明了不对称齿形链结构及其传动,应用自动控制理论、有限元计算分析和基于PID的液压控制系统仿真技术对压窝冲孔工作头及其控制系统进行了理论研究,制造样机进行实验研究并投放市场试生产。经过近五年的研究,取得了具有一定理论内涵和市场价值的研究成果。 ①通过对轮辋产品的材质、规格、编网要求、窝孔尺寸和窝孔组制等系列化参数的分析及实验表明,轮辋产品族具有较好的可重构特性,根据可重构技术的基本内涵,可据此进行轮辋压窝冲孔机的可重构策略研究和样机研制。 ②提出了多级重构金字塔模型,并将无级调整纳入可重构范畴,丰富了可重构技术内涵。据此成功制定轮辋压窝冲孔机的可重构策略:基于轮辋切向角、俯仰角及偏移量等编网参数的无极系列化,应用调整重构策略;基于轮辋规格和窝孔尺寸的有极系列化,应用更换重构策略;基于轮辋辐条窝孔组制的系列化和气门芯孔的加工,应用集成重构策略;基于轮辋材质的系列化,应用创新重构策略;基于上述系列化参数的有序组合,梯次应用调整重构、更换重构、集成重构和创新重构策略。 ③根据可重构策略创新设计轮辋压窝冲孔机的三级可重构结构。总体布局可根据轮辋辐条窝孔组制和气门芯孔的加工要求进行一级重构,压冲组件模块可根据轮辋规格和编网参数进行二级重构,压冲工作头模块可根据窝孔尺寸进行三级重构,对于轮辋材质的变化则可通过重构压窝冲孔软件模块予以满足。研究和实践证明,该三级可重构结构可满足轮辋国家标准GB/T13202—1997的所有规格的辐条孔加工,对于市场用户的特殊要求只要符合可重构策略也可满足其加工。 ④针对升降系统因移动系重量而导致的升降不均衡负荷且频繁启动的特殊工况,发明了不对称齿形链传动(专利号ZL 00 1 32060.2),缓解了啮合冲击,提高了抗力学爬高能力,降低了跳齿程度,延长了使用寿命,提高了传动效率。不对称齿形链传动在主传动方向(上升)具有更优越的传动性能,同时在副传动方向(下降)同样具有滚子传动链的基本性能。 ⑤通过对压窝冲孔工作头建立数学模型进行有限元数值分析,并进行试验模态计算,求出了固有频率及其在固有频率下的振型。应用AMESim液压仿真软件对液压控制系统进行建模和运动仿真,分析其动态特性。对比分析表明:有限元模态计算和试验模态得到的固有频率基本一致,其误差不超过5%,验证了有限元模态计算和试验模态计算的准确性,进一步说明了压窝冲孔工作头具有较好的冲击稳定性。 ⑥研制可重构轮辋压窝冲孔机样机二台投放市场,对不同材质、不同规格、不同编网参数和不同窝孔尺寸的轮辋产品族进行中小批量生产。结果表明:样机完全适应现有轮辋系列化的柔性加工要求,重构可靠,稳定性好,产品精度高。目前,可重构机床研究尚处于开始阶段,整个研究工作还没有形成完整的体系,研究的深入程度不够,理论突破也有限。本文项目虽谓之可重构轮辋压窝冲孔机,但离真正的可重构机床尚有一定差距,一些关键技术尚不成熟,如可重构策略标准、模块化机床结构、模块化控制器及软件、重构效率与重构成本等,尚待深入研究。但无论如何,可重构轮辋压窝冲孔机的成功研制,满足了轮辋产品族中/小批量混流生产要求,具备了可重构机床的基本内涵,且多台样机已投放市场正常生产,可谓可重构机床的原型突破,是对可重构技术的验证和发展,有助于可重构技术的深入研究。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TG385.1

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