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11/14制造装备与系统研究所方向一:并联构型装备(ParallelKinematicMachines)是以并联机构为全部或部分进给机构的机器人或机床系统。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,轨迹规划,开放式数控系统开发以及装备的可重构布局设计等方面做了大量研究工作,取得一批理论成果。样机建造与产业化Stewart型并联机床受到国家863高技术发展计划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。三平动自由度并联机床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,该机床采用平行四边形原理,具有刚度和精度高等特点。该项目后得到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。球面并联机构三自由度球面并联机构是在国家“863”计划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,可作成各种高速跟踪装置。高速轻型并联机械手Diamond机构是国家“863”计划资助下,由天津大学发明的2平动自由度并联机构,是国际著名Delta并联机械手的一种2维形式,具有速度高、制造成本低等优点,特别适合在完成电子、轻工、食品和医药行业中的高速抓取操作,目前已出售4台,并在电池制造企业得到应用。22/145坐标可重构混联机械手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,其结构突破了国际著名的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、可重构性强等优点,可广泛应用于汽车、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:精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控制技术的研究工作,开发既可作为精密机床辅助工作台、也可作为精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法,探索精密机床动态加工误差的在线补偿策略,进而有效地提高精密机床的加工精度。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:瞄准高技术IC制造装备领域中的国际前沿课题,研究面向IC封装装备的高速精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精密定位系统样机,并将其用于实际生产。高速精密定位系统设计理论和关键技术是发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发展规划范畴,具有重要研究意义和工程实用价值。研究内容:33/14(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精密定位系统的总体布局、结构动态设计理论方法、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法、定位系统性能预估技术、高速运动状态下定位系统的精密反馈控制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控制方向三: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:利用高速牙科手机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导致陶瓷牙齿的早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控制等。本项目针对上述问题,拟通过对口腔磨削修复过程的物理仿真,研究利用高速牙科手机及金刚石磨料磨具修复齿科陶瓷材料的若干关键技术,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。项目研究主要内容:(1)模拟口腔环境下的高速牙科手机磨削修复物理仿真(2)高速牙科手机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,建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手机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44/14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。因此用高科技手段提高临床医疗效率和质量是一个重大现实问题。义齿CAD/CAM系统的出现为此提供了很好的解决方案。国内目前还没有达到临床应用阶段的义齿CAD/CAM系统,引进国外系统价格昂贵(160万元)。本项目研究目的旨在探索义齿CAD/CAM的关键技术,开发具有我国自主知识产权的固定义齿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,提高国人生存质量。项目研究主要内容:1)建立标准牙数据库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。以前临床上施行这类手术通常是采用有机玻璃、聚四氟乙稀、硅胶等型材,医生在手术过程中根据患者颅骨缺损形状剪取。这类手术方法有一些明显的缺点,比如强度低、与头颅接合部难处理、头形复原精度差等等。相比之下,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,但是由于成型功能差、强度弱等缺点,未能在临床上推广。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越来越高,对于缺损颅骨修补手术质量的要求也就越来越高,不仅对功能的恢复有所要求,而且对头形的复原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,同时可以根据患者的个体情况,对颅骨进行计算机辅助设计,达到理想的功能恢复效果和视觉效果。然而引进国外产品一是价格昂贵,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。项目研究主要内容: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、更有效方法;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55/14意义与目的:该研究方向集机械系统动力学、流体力学、现代控制理论和机械结构设计方法为一体,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自由度防爆喷涂机器人的研究工作,其研究成果具有很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过程,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要地位,具有非常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法;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。切削过程动力学目的与意义:通过数控切削过程切削力建模、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路径,以达到提高加工效率和质量的目的,研究成果具有重要理论和应用价值。研究内容:1.常规数控铣削过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;66/147.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。承担天津市科技发展计划项目、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价、基于人体生物力学的自行车量身定做设计方法等方面做了大量的工作,发表研究论文10余篇,在自行车行业有一定的声誉。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)是有限元法与模态试验法结合,以提高机器动态性能为目标的现代设计方法。天津大学在国内较早开展了这类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,先后开展了数控磨床、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、方法与技术*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)77/14二、成果转化与产业化*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衡*螺旋搅拌桨五轴加工振动消除*齿轮加工机床的结构优化与切削加
本文标题:天津大学下属的研究所
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