数控机械制造装备创新开发进展

董丽丽，李 超

（1.唐山科技职业技术学院，河北 唐山 063001；2.河北机车车辆厂高级技校，河北 唐山 063030）

1 虚拟样机技术及新产品开发应用技术

虚拟样机技术（VPT)是一种基于虚拟样机的数字化设计方法，是各领域CAx/DFx技术的发展和延伸。虚拟样机技术进一步融合了先进建模/仿真技术，现代信息技术，先进设计制造技术和现代管理技术，将这些技术应用于复杂产品全生命周期和全系统的设计，并对他们进行综合管理。与传统产品设计技术相比，虚拟样机技术强调系统的观点，涉及产品全生命周期，支持对产品的全方位测试，分析与评估，强调不同领域的虚拟化的协同设计。该技术主要进行创新设计方法与虚拟样机仿真技术研究，在该共性技术的基础上研究了新产品开发应用技术，用于方案的创新设计、数字样机的性能仿真、方案修改、整机性能预测与补偿控制。已在几十种新产品设计及样机创新开发中进行了应用。

2 多轴联动复合数控机床的创新研究开发

多轴联动复合数控机床由于用途广泛，精度高，工艺先进，使得其研究及创新开发越来越受到国内外学术界和企业界的广泛关注，出现了多种类型的复合数控机床，如多种加工功能复合及加工方法复合的复合加工机床、粗精加工机构复合的粗精加工复合机床、并联与串联原理复合的混联机床等等。进行了如下多轴联动复合数控机床的研究与开发:①六轴联动混联数控机床;②六轴联动卧式复合数控机床;③六轴联动立式复合数控机床;④玉轴联动复合激光加工机床;⑤五轴联动电火花铣加工机床;⑥五轴联动精整加工数控机床。

（1）六轴联动混联数控机床6PM2。传统的机床是完全串联原理，其优点是作业空间大、运动算法简单;缺点是各轴的运动误差累加、悬臂结构刚度弱、运动件质量大而限制了速度的提高。并联机构的优点是运动件质量小，速度快，比刚度高，运动误差不累加;缺点是作业空间小、运动算法复杂、关节刚度低。因此将串联和并联原理结合起来兼具一者优点的混联原理机床是非常有发展前景和应用价值的新型复合数控机床。

（2）六轴联动卧式复合数控机床HC80。复合加工机床由于一次装夹可以完成所加工零件的大部或全部工序的加工，因此可以减少安装定位次数，降低定位误差，提高加工精度;减少工装夹具的件数，缩短准备时问，降低成本;降低工序转换所需的等待、上下料及装夹等辅助时问，提高生产率。

（3）六轴联动立式复合数控机床VC80。VC80采用串联与并联复合、多功能复合。可组成立式车铣复合、车铣磨复合数控机床。采用双转台极坐标形式，容易进行模块化可重组设计。数控系统为自主开发的开放式数控系统。

（4）五轴联动复合激光加工机床SLC-1。在3轴复合激光加工机床的基础上，进一步研究开发了5轴联动复合激光加工机床SLC-1，可实现5轴联动沪丁进行空间复杂曲面激光淬火、激光切割、激光焊接等激光加工。数控系统为自主开发的开放式数控系统。

（5）五轴联动电火花铣加工机床。在3轴电火花加工机床的基础上，研究开发4轴和5轴联动电火花铣加工机床，可进行空问复杂形位的电火花铣加工。样机研制正在进行中。

（6）多轴联动精整加工数控机床。采用虚拟样机技术研究成果，进行了3轴联动、4轴联动、5轴联动精整加工的数控机床研究开发。可进行复杂型面的高速精整加工。样机研制正在进行中。

3 机器人创新开发

机器人可以分为固定机器人(机器人底座固定不动)和移动机器人。移动机器人可以分为轮式移动机器人、履带式移动机器人和步足移动机器人。自动导航轮式移动机器人(AGWMR)包含轮式移动机构和作业操作机构(即作业机器人)。只包含轮式移动机构的AGWMR又可以称为自动导航车(AGV)。

（1）自动导航轮式移动物流机器人。研究与开发的轮式移动机器人的类型有:① 2自由度(自动行走、自动转弯、自动原地自旋)和3自由度(自动行走、自动转弯、自动原地自旋、自动全方位地面移动)的A GV，导航方式有无线遥控、激光扫描、视觉、超声波、陀螺、电子罗盘;②由轮式移动机构和作业机器人组成的物流AGWMR,AGWMR的移动机构部分与上述的A GV相同，作业部分为有1～6个自由度的物流作业 (抓取、搬运)机器人。

研究开发的样机和产品，采用的数控系统均为自主开发的开放式数控系统，均具有位置和姿态自动定位功能。

（2）自动导航牵引车AGT50。研究与开发的自动导航牵引车 (AGT)，AGT50属于具有牵引移动功能的轮式移动机器人。AGT50可拖动多辆拖车无人驾驶自动行驶，牵引力为5000N。导航方式可按上节所述的AGV选择配置。采用的数控系统为自主开发的开放式数控系统，根据不同的路况及要求可开环控制或闭环控制;具有位置和姿态的自动校正定位功能。

（3）作业机器人。研究与开发的作业机器人的类型有:喷漆机器人、焊接机器人、切削机器人、检测机器人。喷漆机器人采用基于椭圆双R漆膜模型的轨迹规划技术，焊接机器人采用激光焊缝跟踪技术。

上述机器人可以独立进行作业，也可以与前述AGV组成轮式移动运动机器人，主要用于大尺寸、长距离工况下的作业，如大型罐、大型集装箱、长管道等的喷漆、焊接、局部切削加工及检测作业。当组成为轮式移动机器人时，由于上述作业的精度比轮式移动物流机器人的作业精度要求高，因此其位置和姿态定位要求更高。采用AGV位姿定位与作业机器人自身位姿定位相结合的方法，以满足大尺寸、长距离工况下的作业位置和姿态定位要求。

[1]高档数控机床与基础制造装备重大专项—编写组专家对重大专项的解读[J].金属加工(冷加工)，2009，（6）.