天津大学下属研究所.docx
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天津大学下属研究所.docx
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天津大学下属研究所
方向一:
并联构型装备
(ParallelKinematicMachines)是以并联机构为全数或部份进给机构的机械人或机床系统。
设计理论与关键技术
在并联机构的拓扑结构创新设计,运动学分析与尺度综合,精度设计与运动学标定,静、动态刚度分析与动态设计,轨迹计划,开放式数控系统开发和装备的可重构布局设计等方面做了大量研究工作,取得一批理论功效。
样机建造与产业化
受到国家863高技术进展打算和国家自然科学基金资助,与清华大学合作,于1997年在国内率先开展Stewart型并联机床设计理论、关键技术和原型样机建造工作,内容涉及工作空间分析与综合等方面,为原型样机的设计提供了理论依据。
该项目通过国家教育部鉴定,发表高水平论文多篇,1999年获中国高校科技进步2等奖。
3-HSS并联机床是在天津市科技攻关和天津大学211工程项目资助下研制成功的我国首台商品化三坐标并联机床,该机床采纳平行四边形原理,具有刚度和精度高等特点。
该项目后取得天津市重大科技攻关项目支持,开发基于主模块的5坐标加工中心,目前已开发出立式和卧式两种机型并出售2台。
三自由度球面并联机构是在国家“863”打算资助下研制成功的新型数控装置,能够实现绕三个正交轴的转动,可作成各类高速跟踪装置。
Diamond机构是国家“863”打算资助下,由天津大学发明的2平动自由度并联机构,是国际闻名Delta并联机械手的一种2维形式,具有速度高、制造本钱低等优势,专门适合在完成电子、轻工、食物和医药行业中的高速抓取操作,目前已出售4台,并在电池制造企业取得应用。
TriVariant机械手是在国家自然基金资助下,由天津大学发明的5坐标混联机械手,其结构冲破了国际闻名的Tricept机械手的知识产权,具有速度高、结构简单、操作空间体积比大、可重构性强等优势,可普遍应用于汽车、航空、建筑等行业的焊接、切割、喷涂、高速加工和装配等操作。
最近,在TriVariant机械手的基础上,黄田教授发明了一种球坐标机械手。
方向二:
周密制造技术
多自由度纳米进给平台
基于动态设计理论,研制了一种具有姿态调整能力的纳米级磨削辅助微定位平台(技术指标:
动平台直径120毫米,最大进给量12微米,进给分辨率5纳米,最大动态响应频率766赫兹),该微定位平台采用多压电陶瓷驱动器并联直接驱动方式,有效地提高了进给方向上的静、动态刚度,且通过三个压电陶瓷驱动器的闭环控制,能够实现对动平台姿态误差的补偿。
意义与目的:
通过开展多作动器纳米级微进给平台的结构动态设计和复合操纵技术的研究工作,开发既可作为周密机床辅助工作台、也可作为周密测量进给机构的微进给平台。
研究一类多作动器微进给平台动力学建模、动态误差建模和在线误差补偿方式,探讨周密机床动态加工误差的在线补偿策略,进而有效地提高周密机床的加工精度。
该项研究对提高国内纳米制造技术水平具有重要意义和理论价值。
研究内容:
(1)一类多自由度纳米级微定位平台结构动态设计理论与关键技术;
(2)多自由度纳米微进给系统闭环控制方法;
(3)基于微定位辅助平台的超精密磨床系统动力学建模与仿真技术;
(4)精密磨削过程微进给平台与工件热场在线测试、热变形误差建模和在线补偿技术;
(5)一类多自由度纳米级微定位平台制造工艺与试验。
面向IC封装装备的多自由高速精密定位平台
基于高性能音圈电机,研制了一种新型二自由度笛卡坐标型高速高精度定位系统,(
意义与目的:
对准高技术IC制造装备领域中的国际前沿课题,研究面向IC封装装备的高速周密定位系统设计理论与关键技术,开发基于音圈电机直驱的新型高速周密定位系统样机,并将其用于实际生产。
高速周密定位系统设计理论和关键技术是进展具有自主知识产权的IC制造装备的重要基础,属国家和天津市中长期科技战略进展计划范围,具有重要研究意义和工程有效价值。
研究内容:
(1)针对IC芯片封装装备的功能要求,研究基于音圈电机直驱的一类运动坐标解偶的高速周密定位系统的整体布局、结构动态设计理论方式、系统结构动力学建模与动态特性分析、运动误差建模与补偿方式、定位系统性能预估技术、高速运动状态下定位系统的周密反馈操纵算法与实施策略等一系列关键技术理论;
(2)建立高速精密定位系统性能指标测试和技术开发平台;
(3)研究高速精密定位系统关键零部件制造与整机装配技术,建造三自由度平动高速精密定位系统样机;
(4)通过实际IC芯片封装试验,演示系统的有效性,为进一步推广应用奠定基础。
理论研究
(1)微进给系统结构创新设计
(2)微铣削过程建模与物理仿真
(3)微小型超精密机床的设计理论与方法
(4)高速精密切削理论方法
(5)IC电子芯片引线键合机的机构设计与操纵
方向三:
生物制造技术
1齿科陶瓷口腔磨削修复物理仿真及机理研究
项目研究目的:
利用高速牙科电话进行口腔修复齿科陶瓷是口腔修复医学中的关键技术难题,问题的难点包括:
口腔环境的复杂性,陶瓷材料的去除困难,极易产生磨削微裂纹和微破坏而致使陶瓷牙齿的初期微观破坏和突发性宏观破坏,动态磨削力、振动及金刚石磨具的磨损难于操纵等。
本项目针对上述问题,拟通过对口腔磨削修复进程的物理仿真,研究利用高速牙科电话及金刚石磨料磨具修复齿科陶瓷材料的假设干关键技术,目的旨在为训练和指导牙科医生进行口腔临床齿科陶瓷的快速精准修复提供理论依据。
项目研究要紧内容:
(1)模拟口腔环境下的高速牙科电话磨削修复物理仿真
(2)高速牙科电话磨削力和磨削振动特性研究
(3)牙用金刚石磨具磨损机制的研究
(4)口腔修复中冷却液的化学辅助机制研究
(5)齿科陶瓷口腔修复培训平台的建立
在
(1)、
(2)、(3)和(4)的研究基础上,成立具有多感知信息测试与监控功能的模拟口腔修复的培训平台,用以训练和指导牙科医生利用牙科电话和金刚石磨具对齿科陶瓷进行快速精准修复;并以此为依据,指导牙科医生的临床实践
义齿CAD/CAM技术研究与系统开发
项目研究目的:
据调查,我国口腔疾病患病率94.8%,有近30亿颗龋齿需要修复。
另一方面,我国口腔医生与人群的比例约为1:
36000,与国际相差近20倍。
因此用高科技手腕提高临床医疗效率和质量是一个重大现实问题。
义齿CAD/CAM系统的显现为此提供了专门好的解决方案。
国内目前尚未达到临床应历时期的义齿CAD/CAM系统,引进国外系统价钱昂贵(160万元)。
本项目研究目的旨在探讨义齿CAD/CAM的关键技术,开发具有我国自主知识产权的固概念齿CAD/CAM系统。
打破国外系统对中国市场的垄断,用高技术造福人民,提高国人一辈子存质量。
项目研究要紧内容:
1)成立标准牙数据库
2)单冠设计理论与技术
3)三(四)单位冠桥设计理论与技术
4)生物陶瓷固定义齿加工机床研制
5)医学临床验证
缺损颅骨个体化CAD/CAM技术研究
项目研究目的:
颅骨缺损修补手术是脑外科比较常见的手术。
以前临床上实施这种手术一般是采纳有机玻璃、聚四氟乙稀、硅胶等型材,医生在手术进程中依照患者颅骨缺损形状剪取。
这种手术方式有一些明显的缺点,比如强度低、与头颅接合部难处置、头形恢复精度差等等。
相较之下,钛合金被公认是较理想的植入人体材料。
国内一些医院在上世纪90年代初曾经尝试用0.5mm厚的钛板修补破损颅骨,可是由于成型功能差、强度弱等缺点,未能在临床上推行。
随着人们生活水平的不断提高,人类对自身的生存质量要求愈来愈高,关于缺损颅骨修补手术质量的要求也就愈来愈高,不仅对功能的恢复有所要求,而且对头形的恢复程度也有很高的要求。
90年代末,国外个别公司推出了更高层次概念的钛金属个体化制造的颅骨。
这种颅骨制造技术不仅克服了上述缺点,同时能够依照患者的个体情形,对颅骨进行运算机辅助设计,达到理想的功能恢复成效和视觉成效。
但是引进国外产品一是价钱昂贵,二是周期长。
本项目研究目的是立足国内技术,研究开发钛金属个体化颅骨瓣的设计制造技术,填补国内空白,造福于国人。
项目研究要紧内容:
1)在自有医学影象三维重构的工作基础上,研究由颅骨CT信息向工程CAD数据转换的更准确、更有效方式;
2)研究开发缺失钛质颅骨瓣的理论设计方法和设计技术,初步形成规范化设计流程;
3)研究钛质颅骨瓣产品的成型工艺,适应人体生物特性、满足手术要求;
4)结合临床手术,研究钛质颅骨嵌入头颅的优化方法。
5)医学临床验证
方向四:
机械动力学
高速流体雾化与覆盖件自动涂装技术
意义与目的:
该研究方向集机械系统动力学、流体力学、现代操纵理论和机械结构设计方式为一体,以建造国产化的具有高技术附加值的自动静电喷涂装备,为国内汽车、家电等制造业提供先进的喷涂装备和单元技术支持为科研目标,着重开展流体物质高速离心雾化机理、自动静电涂装与关键单元技术、软仿形和硬仿形自动喷涂机和6自由度防爆喷涂机械人的研究工作,其研究功效具有专门好的工程背景和应用价值。
研究内容:
(1)流体物质高速离心雾化机理,气浮和磁浮离心涡轮转子系统结构动态设计理论与关键技术;
(2)气浮和磁浮离心涡轮系统单元制造和装备技术,综合性能检测与预估技术;
(3)6自由度防爆喷涂机器人结构设计、控制与制造技术;
(4)软仿形和硬仿形自动喷涂机结构设计与制造技术;
(5)汽车覆盖件自动喷涂生产线设计与制造技术。
机械结构动态设计与实验模态分析
目的与意义:
借助于结构动力学建模与仿真理论、有限元和结构动力学分析软件工具,将结构动态设计与实验分析的理念融入机电产品结构设计与开发的整个进程,通过结构动力优化和修改,提高机电产品的动态性能和品质。
机械结构动态设计与实验模态分析在现代机电产品设计与制造中占有重腹地位,具有超级重要理论和应用价值。
研究内容:
1.复杂系统动力学建模与仿真方式;
2.机械结构动力优化与修改技术;
4.机电产品的结构试验模态分析技术;
5.机械结构有限元建模和结构动力学分析方法;
6.高频带大推力激振系统与关键技术
7.振动环境模拟技术。
切削进程动力学
目的与意义:
通过数控切削进程切削力建模、加工工艺系统整机动力学建模、几何和物理仿真技术的研究,优化数控加工切削参数和刀具途径,以达到提高加工效率和质量的目的,研究功效具有重要理论和应用价值。
研究内容:
1.常规数控铣削进程动力学建模与高效仿真技术;
2.能够抑制切削过程颤振现象发生的新型刀具路径规划技术;
3.基于子结构综合理论的加工工艺系统整机动力学建模方法;
5.以加工效率和加工表面质量为优化目标的切削参数物理仿真技术;
6.数控铣削过程刀具路径和切削参数几何和物理仿真方法;
7.针对特殊加工材料的高速数控铣削过程铣削力建模与仿真方法;
8.纳米切削过程分子动力学仿真技术;
9.考虑干切削与微量润滑因素的高速数控铣削过程铣削力建模与仿真方法。
10.介观尺寸下的微铣削过程铣削力建模与仿真方法
方向五:
自行车创新设计
高端自行车关键技术研发
天津大学于2003年在国内率先开展了自行车设计理论及关键技术的研究工作。
承担天津市科技进展打算项目、天津市科技创新专项资金项目,及企业委托的自行车关键零部件设计及性能分析等项目。
在人-车建模、系统动力学仿真、自行车动态设计及性能评判、基于人体生物力学的自行车量身定做设计方式等方面做了大量的工作,发表研究论文10余篇,在自行车行业有必然的声誉。
产品设计与制造研究所
机械动态分析与设计
机械动态设计(MechanicalDynamicDesign)是有限元法与模态实验法结合,以提高机械动态性能为目标的现代设计方式。
天津大学在国内较早开展了这种设计理论和关键技术研究工作。
承担国家自然科学基金、天津市重点基金和重大科技攻关等项目,前后开展了数控磨床、加工中心、大型液压机等等多种装备动态设计与研究。
一、理论、方式与技术
*整机结构分析与优化
*结合面接触参数识别
*实验模态分析(运动模态分析)
*数控伺服系统动特性研究
*数控伺服系统机电藕合特性研究
*实验模态分析(运动模态分析)
二、功效转化与产业化
*日发龙门式加工中心结构优化
*日发轴承沟槽磨削振动波纹去除
*日发轴承精研机连杆机构动平稳
*螺旋搅拌桨五轴加工振动排除
*齿轮加工机床的结构优化与切削加工实验
*机车运动模态分析与货车车箱结构
静动态设计
可适应设计与制造信息化技术
可适应设计与制造(AdaptableDesignandManufacturingofMechatronicProduct)是面向产品生命周期的可持续产品开发方式。
制造企业面临经济、资源和环境的挑战,需要进展一种新型的设计模式来解决这些挑战。
可适应设计是如此一种方式,它通过适应设计和和产品知足新的需要,来取得经济和环境效益:
新技术、新的顾客需要、新的市场机遇、新的政府法规、新的挑战和竞争。
制造业信息化是泛指企业在产品市场调研、产品设计、开发、生产和营销的全生命周期中,利用运算机软、硬件技术,网络和数据库技术,搜集、利用和操纵产品生产活动中的各类数字化信息,实现企业的最正确经营。
可适应设计与制造信息化技术研究取得国家自然科学基金、天津市自然科学基金重点基金、天津市自然科学基金重大项目等支持。
一、理论、方式和技术
由于典型机电产品的创新设计是一个产品族体系的适应性设计,故模块化设计是其有力的工具,天津大学在模块化创新设计基础上通过昔时的尽力,进展了广义模块化设计技术。
对加工中心、大型组合框架势液压机,利用模块化设计技术、知识工程(KBE)建模、5CP(CAI、CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM)技术,实现产品快速响应用户的概念设计。
*机械产品广义模块化设计
受到国家自然科学基金资助,内容涉及:
基于模块矩阵的产品计划方式;基于变量化的用户化产品定制技术;广义产品平台和产品族设计;设计工具开发。
*机电产品可适应设计
受到国家自然科学青年基金资助,内容涉及:
先进的产品构架体系;基于超图的产品构造建模;机电产品平台与机电总线设计;基于可适应产品构造的产品布局与定制技术;设计工具开发。
*运算机辅助创新技术
以TRIZ为核心原理,以运算机辅助创新软件为工具支持。
天津大学于1998年率先引入美国IM公司的运算机辅助创新软件——TechOptimizer开展TRIZ理论的研究和教学,并在产品创新中进行应用。
2001年,与ANSYS合作,成立了IM软件产品技术支持与培训中心。
*CAD/CAPP/CAM
受到天津市自然科学基金及制造信息化项目资助,内容涉及典型机电产品快速响应设计与制造系统开发;典型CAD/CAE系统二次开发技术,CAD/CAPP/CAM/PDM集成技术;复杂曲面加工技术。
二、功效转化与产业化
*加工中心模块化快速设计系统
*大型液压机快速设计与制造系统
*汽车覆盖件模具快速设计/制造系统
*结晶反映釜用搅拌桨的参数化设计、分析与加工
*大型龙门式模具加工中心产品的开发
*粗纺机模块化设计系统
*液压集成块三维设计系统开发
*数控机床整机CAD技术研究
工程陶瓷加工技术
用现代制造技术把先进陶瓷材料开发成知足国民经济等部门日趋增加的需求产品;研究先进陶瓷产品设计、加工中的新理论、新方式、新工艺,把“加工技术”建设成集机械制造工程学、材料科学和运算机科学等高水平的交叉学科;
以高水平科研培育高层次研究型人材。
国家“九五”攻关1项;国家自然科学基金1项。
一、理论、方式和技术
*陶瓷及脆硬材料加工基础理论和实现技术
高效、周密加工机理;低粗糙度镜面加工技术;加工表面完整性和磨擦学特性;陶瓷磨削动力学。
*高效、周密、低本钱加工方式、工具和装备
高效磨削加工技术、工具与装备;镜面加工技术、工具和装备;孔类零件加工技术、工具和装备;特种加工技术、工具和装备。
*可加工陶瓷材料
可加工陶瓷材料的加工与切削加工性评判的研究,取得国家自然科学基金、教育部重点项目的资助。
对制备的稀土氧化物可加工陶瓷材料进行切削加工,并应用模糊理论、层次分析法等多目标决策方式,综合考虑各类可加工性阻碍因素,评判各类陶瓷材料的可加工性。
研究结果可应用于陶瓷材料的制备与加工技术。
二、功效转化与产业化
*先进陶瓷产品量产化技术
*产业化质量保证体系研究
随着现代科学技术的进展,以玻璃、高技术陶瓷、单晶硅和磁性材料为代表的硬脆材料在机械物理性能和其他功能特性等方面均取得显著进展,这一类材料的进展已经成为推动今世科学技术进展的源动力。
硬脆材料加工理论与现代制造技术是一门集机械制造工艺学、材料科学、物理学和运算机科学为一体的交叉学科,这门学科是硬脆材料可否大量应用于现实生活的工艺保证。
追踪并赶上发达国家的先进技术水平,提升我国、我校在那个领域的研究地位;推动国家产业结构的调整,使实验室成为国家在那个领域的领跑人;增进机械专业与材料、力学、热物理、信息、光学、生命、自动化和新能源等专业的交叉结合,开拓出一批新的学科增加点等,是本实验室的建设目标。
为此,本实验室以后将致力于多个研究平台的建设:
成立超周密加工技术开发平台,进行以弹性发射加工(EEM)为代表的非接触抛光技术研究及装备的研制工作,开展以磁流体磨削技术为代表的进行式机械化学抛光技术(P-MAC)的研究及装备的研制工作,开展超周密及纳米加工技术的实验研究;成立超高速、多功能、周密磨削平台;建设品质检测和质量保证技术研究平台;建设现代陶瓷制备科学中的新技术研究平台。
争取在已有的基础上,将实验室建成国内领先的工程陶瓷周密加工理论、方式和应用研究基地;造就3~4名国内著名的年轻学科带头人;成为国内闻名的工程陶瓷材料制品的研发基地;形成产学研结合良性循环机制。
进程操纵与大型装备开发
机电一体化技术进展,机械系统、液压系统与电气操纵系统取得有机的融合,使得单领域很难解决的问题变得简单易控,专门采纳了如PLC、DCS技术,系统的靠得住性取得大幅度的提高。
天津大学机械学院在该方面取得了几十项科研功效,及时转化为生产力,取得庞大的经济效益,并与大型企业(如中国海洋石油公司等)成立了长期的合作关系。
获部委科技奖励8项,在国内外重要学术刊物上发表论文几十篇,申请或授权国家专利5项。
大型中央操纵系统通过集散操纵系统和散布式PLC网络操纵系统实现,具有多总线传输、双机或多机冗余操纵、双网络热备等特点,通过上位机监控(HMI)实现现场实时监控和和实时数据库信息记录。
设备层采纳CONTROLNET、DEVICENET连接,监控层工作站经常使用ETHERNET连接,系统品级高、靠得住性强,操作方便等,目前普遍应用于石油平台中央操纵系统。
2.PLC进程操纵系统
设备级PLC操纵用于局部进程操纵,靠得住性高、保护性强、平均无端障时刻达6~10万小时。
由天津大学机械学院开发的设备操纵系统所采纳的PLC有美国AB、通用电气GE;德国SCHNEIDER、SIEMENS;日本三菱、欧姆龙、富士、日立等,有几十套系统应用于不同设备操纵。
大型机电一体化设备融合了机械系统、液压气动系统与电气操纵系统技术,设计、建造、安装及调试技术难度大,目前机械学院具有该方面交钥匙工程开发能力。
典型装备有:
(1)海洋平台灌浆机
2)大型结构物同步顶升系统
4.大规模楼宇智能操纵
目前常规的楼宇智能操纵品级较低,利用PLC技术,将现场探头烟、热、UV/IR、手报站、可燃气体、H2S浓度检测和输出操纵如风机、风门、HALON气体、CO2释放系统,通过PLC组成高品级的大规模楼宇智能操纵系统,实现严格的因果逻辑,并与中央操纵系统联网。
该技术在多个石油平台(埕北B平台、锦州JZ20-2平台、绥中SZ36-1A平台、明珠号大型油轮等)取得应用和中国船级社(CCS)的认证,系统长期运行稳固靠得住。
大型结构物滑移装船运算机监控技术研究
海底电缆\管线挖沟技术研究
大型结构物吊装优化技术研究
海底电缆\悬链线状态计算
拔桩系统测力系统研究
大型钢丝绳测力系统研究
数控机床精度操纵
随着柔性制造、敏捷制造的蓬勃进展,对数控机床加工精度的研究备受注视。
传统的螺距补偿技术已不能知足进展的需要,通过机床运动链误差(包括几何误差、热误差、载荷误差等)进行分析,利用多体系统理论成立多轴数控机床全误差模型,通过预补偿法实现误差修正,从而提高机床定位精度。
加工中心的质量检测问题也一直受到人们的重视。
加工中心在线检测技术是柔性加工的重要监测手腕之一,作为加工进程检测手腕的在线测头,可对工件定位、对刀、刀具磨损或破损和工件的形位尺寸等进行有效的监控,同时利用误差补偿技术提高检测检测,使加工机床具有高精度检测功能。
先进制造信息与治理研究所
先进制造信息与治理研究所立足于制造业信息化这一大的制造业进展和研究方向,开展相关的科研和教学工作。
研究所充分依托学院和天津大学CIMS工程中心跨学科研究平台、天津市CIMS工程中心的产业化进展平台所提供的学术条件、实验条件和产业化条件,形成了从关键技术理论研究到商业化产品开发的完备的产学研体系。
关于相关学科的进展具有良好的示范和辐射作用。
当前要紧研究方向包括:
机械人与汽车技术研究所
外科手术机械人技术
水下滑翔机械人技术
燃料电池接触特性
周密加工与材料成型技术
汽车结构轻量化设计
机械系统动力学与虚拟样机技术
数控与液压研究所
机械人技术
装配机械人及装配关键技术,道机械人,水下机械人,微创手术机械人及培训系统
数控与液压技术
特种加工及大型装配数控技术
建筑物迁移工程及迁移技术
机械传动研究
前身是天津大学机械原理与机械设计教研室。
当前研究所的要紧研究方向包括:
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