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英 语原文： In w e a c is a of be on a or a of to of an c e is c a of An e e c c of of in I. n s to c c yc in a c in t On c e or a of An at to of a h h a is an c an be to e In we an c an in c an be c In to c to a of a of a of to be c an be c by h in a w As c w be w be to w be I is a of h w as in by c in a ec II is a of c of c of as V. c w a of w ec . De on c at ic of a or to e s). to e, of le of be on a c is to a of c am er 6 8 n . to is c by a c MT c of c a w be in A. Re re is a c in is if on of on of on do e to of a c of c 21, 1 to c 12 tos a 15 w h is to a On i 16 e of w en et 13 a In of to c al sc al c an be 9. he of MT w c w h c to of to w h 3. c c of e of is L w be to c w h in A of of a of of is to to A of a of es c by In a as an of a we of . A a al w h on it c an be to a t. A w to w a to h c as or , on is or to w C. se le h of as w as w to in c in or tw by of a e c er ac as in is to es of w h to t of es be to T = be c es of a c c an be to . A w AD is n . It is c of of by 1 in , er tw is by on of . A 351 0 0 0 2 0 1 0 0 3 6 6 0 0 1 100 4 0 0 0 1 5 7 7 0 0 0 0 1 0 T of 155 500N . . . (a) V6 (b) V8 2. ns tw o D. nc e a of be of by of of of of of of be to a to to e er c of w h . be w t to y. of of in e, is on c e c e s is so is c In w we us on c c of a is 6. is c w w e to c In h c In be“c of MT is is of n ; 8 is c As n, at w al sw In w e h of of c as w as c A. ac h a w e it c a a c w be of c h as is ID as h, w h c In h c w c es w h as or c is a it be of of he of a be e in is in a c c an be in c be w I/O a c to of c or it be as a e of w h is in a c B. he e is e c . C. he e w a of to c on sw h c e. to c to of c to of to e In h, we a al ac h of c w of a of to be in a w c to be in to e c of a We a we c c w w to k of RC w ho in t. 中文译文 组合机床与控制设计 摘要 在本文中， 我们描述一个系统的设计程序的可重构机床及其控制系统。为设计的出发点是一组操作，必须在一个 给定的部分或部分家庭进行。这些操作被分解成一组的功能，机器必须执行的功能映射到机器模块，每一个都有一个相关联的机器控制模块。一旦机器构造的一组模块，电机控制模块连接。操作顺序控制模型 模块，用户接口控制模块，模式切换逻辑，完成控制设计。集成的机械和控制设计的机床的可重构性进行了详细的描述。 引言 在当今竞争激烈的 市场，制造系统必须快速响应不断变化的客户需求和产品生命周期逐渐减少。传统的传输线是专为大批量的生产，在一个固定的自动化模式操作，因此不能很容易地容纳在产品设计上的变化。另一方面，传统的数控系统的 “柔性”制造系统提供广义柔度但通常是缓慢的和前 沉思的因为他们不是任何特定产品或一类产品的优化。 在密歇根大学的努力，旨在发展理论和可重构制造系统的使能技术。而每一次新的部分是需要从头开始建立一个加工系统，现有的系统可以重新配置，以产生新的部分。在本文中，我们描述了如何一体机和控制设计策略能够使机床能够迅速和容易地配置和重新配置。 为了 提供准确的功能和容量，需要处理的零件族， 计围绕一个给定的零件族。给定一组要执行的操作，可以通过安装合适的机器 块配置。在图书馆，每个有源模块与控制 模块。当我 装配机械模块，控制模块将被连接的机器将准备就绪。广泛的和耗时的专用控制系统的设计不需要。第二部分介绍了机器的设计，从一组基本的机械模块。 支持这项研究部分由 接在一个明确的时尚，和第三部分的 文士如何控制同样是由控制模块里 图书馆。这种模块化施工机械和控制允许多层次的可重构性描述在第四章本文的结论的描述未来的工作在第五部分。 机械设计 在密歇根大学对制造系统的配置正在进行的工作的一部分地址从起动问题（ 或部分家庭 ）的描述和提取的加工操作需要产生部分（的）。的操作是根据公差 组合，执行顺序，和所需的时间周期的系统，与意向每个操作“集群”可以在一个单一的机床生产。使用集群是为凸轮塔帽上的 缸头，如图 1 所示的一套孔钻。对可重构机床设计过程的输入是由工艺师生成此操作 化集群的刀位数据。数据包括定位和钻井资料。 计 过程分为三个主要阶段：任务澄清，模块的选择，评价。一个简短的文献回顾后，这三个阶段将在本节概述。 A：相关研究 由于 可重构 加工系统中一个相对较新的概念，是很少的，如果任何，对可重构机床设计文献。然而，组合机床已在市场上几年，一些已发表的文章在模块化机器人， 模块化的机器和装配有可重构机床设计的一些相关。例如， 出了一种方法，用于生成机床的结构配置。他们的机床结构分解成简单的几何形式：如盒，圆筒，等。燕、陈 21 ， 1 扩展这项工作的加工中心结构设计。 12 适用于组合机床的合成和 方法开发一个枚举机床模块的方法。 15 确定模块化组件的配置是最适合执行特定的任务。在系统前，罗杰斯和 16 讨论了可重构制造系统的意义，和欧文等人。 13 开发的模块化可重构制造系统综 合程序用于教育目的。 在我们的工作中 ，传统的运动表示和拓扑方法（即螺旋理论，图论，等）被用于捕获的皮肤的特点。这些数学方法用于拓扑合成，功能分解，和绘图程序；细节中可以找到 9 。 图 1 B：任务说明 一个机床设计从任务澄清，这需要对刀具位置数据来确定所需要的函数集来完成所需的运动运动。有三个步骤。首先，图表生成抽象 表示。 图 3 这样的操作序列的抽象表示来自 据，将被用来设计顺序控制的动作。这些图被分解为功能，和最后的功能映射到机床模块中存在的图书馆。 该机床结构的图形表示允许备用配置系统的枚举，还提供了一种的不同构的图形识别方法。图表示也用于簿记分配机模块的图形元素。一个图包括一组由边缘连接在一起的顶点。在使用图形作为机床结构的抽象表示，我们定义了顶点的两种不同的类型： 0 型和 1 型。一个顶点表示的物理对象的两个 端 口， 每个端口的位置；代表的对象，它可以连接到一个相邻的对象。 0 型顶点有输入和输出端口，尊重对方在线，而 1 型顶点具有输入和输出端口，互相垂直的。加工任务也分为 0 型或 1 型，这取决于该工具是平行或垂直于工件。 市售的 模块，从模块库中选为每个函数（结构以及运动），映射到任务澄清阶段图。在图书馆的每个模块存储的数据包括齐次变换矩阵表示其运动或结构功能，扭曲矢量辅以运动信息的范围，代表刚柔度矩阵模块，模块的连接信息，和功率要求（有源模块如主轴和幻灯片）。 在模块选择的第一步是要比较的齐次变换矩阵的模块与 任务需求矩阵，在适当的时候选择模块以满足任务的要求，所有模块矩阵的乘积应等于所需的任务矩阵： T = 2 能有一个给定的结构的模块配置许多可能的选择 。 图 6 显示不同的幻灯片，主轴的结构元素，并可按图 4 组装。 滑动模块，其 型转化为 矩阵，如图 7 所示。它能够线性运动的一个方向，通过它的变换矩阵的 1 变量表示。它的数据库条目，见表 1， 不仅存储 其变换矩阵，而且制造商的名称，型号，初始位置，功率电平，和运动数据。扭曲向量是增加了信息的最小值，初始模块的最大位移。 表 1 组合机床的数据库信息 和文件在图 7 中显示出来 A 351 0 0 0 2 0 1 0 0 3 6 6 0 0 1 100 4 0 0 0 1 5 7 7 0 0 0 0 1 0 T of 155 500N 7 (a) 器 (b) 器 图 2 为两个不同的部分可重构机床 设计 。 D：评估 一旦 一组动可行的模块已被选择，导致机器的设计必须进行评估。对可重构机床通过上述系统的程序综合评价标准包括工作信封，自由度的数目，所使用的模块的数量，和动态刚度。 由此产生 的 设计必须与预期的精度评 价。整个机床的刚度，一个在 性能最重要的因素，是基于 模块性矩阵和连接方法估 计。 控制设计 由于机器 构建模块的元素，所以是控 制。在这项工作中，我们专 注 于测序和协调机模块的逻辑 控制；离散事件系统的形式用 来 6 。有一个控制模块与 每个活跃机模块相关；我们 称之为机控制模块。在机械设计，有被动元件，连接主动元件。在控制设计，还必须有“胶水”模块，连接本机控制模块。一个机床控制系统的总体结构如图 9 所示。对于这两个机器，如图 8 所示的结构是相似的；对于 器，没有 Y 轴控制模块。如图所示，机器控制模块在最低水平；这些相互作用直接与机械系统。三个模块处理模式切换逻辑。在本节中，我们简要地描述这些类型的控制模块以及它们之间的相互作用和协调。 A. 机器控制 模块 每台机器 控制模块具有良好定义的接口规范：它接受从给定的一组离散事件的命令，并返回从给定的一组离散事件的反应。在控制模块将所有的连续变量的控制，如轴伺服控制。这种连续的控制 是利用 标准的 法和轴功率等参数的惯性，设计，丝杠螺距，来自机模块定义。此外，每个机控制模块将包含任何与机器相关的模块控制机服务，如润滑或冷却液。因此，每个机控制模块是它伴随机模块独立的控制器，可以设计和测试，独立于机器的其他部分。 图 10 一 机控制 模块的设计必须只有一次在图书馆每个机器 模块完成。当 过机模块中使用的机械设计，控制模块可用于相关的控制的 标志。控制模块可以独立使用，有自己的处理能力， I/O 和一个网络连接到控制系统的其余部分，或者它可能作为一块整体机控制器，是以一个集中的方式实现。 B. 操作序列 操作程序模块由刀位数据由图 3 中的高层次的 序列定义。 C. 模块化控制 结构 用户 接口控制模块，通过一组按钮把控制系统和用户之间的相互作用，控制模式开关，和单步操作序列。它的主要功能是通过用户命令，通过控制器的休息，并显示当前的机器状态的用户。 结论和未来的工作 从历史上看 ，机床的设计是基于经验 的。在本研究中，我们描述和可重构机床及其相关的控制器综合评价的数学基础。本文的研究工作已经解决了代机床配置和模块化控制设计。系统的设计过程开始的加工要求。 所提出的方法对机床的合成使机床模块库可以编译并存储在数据库中，独立的控制器和随时可以在任何机器的设计。该方法也 可以确保 所有运动学可行的和明显不同的配置系统枚举减少错过一个好设计的机会。 我们已经开发了一个基于 程序，自动机械设计过程；我们正在将控制设计程序在现有的 框架 。 作者要感谢 支持和从参加这个项目的 业成员的宝贵意见。
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