隨著數(shù)控技術(shù)與CAD/ CAPP/ CAM 技術(shù)的飛速發(fā)展,使得企業(yè)可加工精度更高、形狀更復(fù)雜的零件。 另外一方面市場競爭的日益加劇,要求企業(yè)在產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的前提之下不斷壓縮產(chǎn)品生產(chǎn)時間。 所以如何利用計算機(jī)對數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計過程進(jìn)行輔助,以期提高數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計的質(zhì)量,減少生產(chǎn)時間就成為當(dāng)務(wù)之急。

　　但是現(xiàn)有的數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計系統(tǒng)主要是提供一個可以進(jìn)行數(shù)控技術(shù)加工藝設(shè)計的人機(jī)交互式工具,并沒有針對零件的特征信息提供一套計算機(jī)輔助的機(jī)制對數(shù)控技術(shù)加工的工藝設(shè)計進(jìn)行指導(dǎo)。 這樣就導(dǎo)致在當(dāng)前的軟件環(huán)境中數(shù)控技術(shù)工藝人員只能手工填寫數(shù)控加工工藝,沒有充分利用已有的數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計軟件和計算機(jī)輔助的功能對數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計過程進(jìn)行進(jìn)一步的支持。 從而導(dǎo)致數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計效率低下,而且數(shù)控技術(shù)加工質(zhì)量完全依賴于數(shù)控技術(shù)工藝設(shè)計人員的水平,造成數(shù)控技術(shù)加工質(zhì)量的參差不齊。

　　在工廠實(shí)際設(shè)計零件的數(shù)控技術(shù)加工工藝中,由于零件大多形狀復(fù)雜,導(dǎo)致數(shù)控技術(shù)加工設(shè)計復(fù)雜,如何減輕數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計人員的勞動量,使得數(shù)控技術(shù)加工工藝人員可以將更多的精力投入到創(chuàng)造性的勞動中就成為數(shù)控技術(shù)加工工藝輔助設(shè)計的重要研究課題。 本課題將研究在數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計中匯集數(shù)控技術(shù)加工工藝專家智慧,并且充分利用這些數(shù)控技術(shù)加工工藝知識,進(jìn)行邏輯判斷推理,以期探索出一條有效提高數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計質(zhì)量,縮短時間的途徑,從而輔助數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計人員的數(shù)控技術(shù)加工工藝決策過程。

1 適于數(shù)控技術(shù)加工決策支持的零件信息描述

　　現(xiàn)有的大部分?jǐn)?shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計系統(tǒng)注重的只是零件的幾何表達(dá),而對于各種技術(shù)和公差精度等信息只能作為標(biāo)注處理,而在進(jìn)行數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計時往往要重新察看甚至是輸入這些工藝信息,這樣不僅造成大量人力物力重復(fù)投入,而且對于數(shù)據(jù)的及時準(zhǔn)確傳輸也是一個障礙,從而造成了工藝決策系統(tǒng)效率低下,也就不能完全體現(xiàn)出加工工藝決策輔助支持帶來的好處。 本課題將以特征技術(shù)作為數(shù)控技術(shù)加工工藝決策系統(tǒng)的輸入信息。

　　基于對數(shù)據(jù)集成和數(shù)控技術(shù)加工工藝決策系統(tǒng)效率的要求,必須建立一種全新的信息承載體。 該承載體不但能夠承載傳統(tǒng)的幾何信息,而且能夠承載工藝所需要的其它信息(例如公差精度以及材料等信息) 。 包括特征幾何信息和工藝特征信息兩大類。 特征幾何信息是產(chǎn)品CAD 過程中必須提供有關(guān)特征的幾何參數(shù),只有這樣才能利用特征進(jìn)行CAD 建模。 而工藝特征信息包括如幾何特征種類(花鍵、外圓、螺紋、環(huán)槽等) 、各項(xiàng)技術(shù)要求(尺寸公差、位置公差、熱處理要求等) ,這些特征信息實(shí)質(zhì)上反映了CAPP 系統(tǒng)所必須的加工特征參數(shù)。 由此可見,特征應(yīng)是零件的幾何特征和加工特征的結(jié)構(gòu)體,但它又是某種特定功能的反映。 綜上所述,本文將特征分為以下5 個廣義特征:

　　(1) 形狀特征。 用于描述具有一定工程意義的功能幾何形狀;

　　(2) 精度特征。 與產(chǎn)品的幾何許可變動量相關(guān)的信息集合,如表面粗糙度、形狀位置公差及其基準(zhǔn)面、尺寸公差等;

　　(3) 技術(shù)特征。 用于描述零件的性能、作用等相關(guān)的信息集合;

　　(4) 材料特征。 用于描述零件材料的類型等;

　　(5) 管理特征。 用于描述零件的管理信息,如零件名稱、批量等。

　　零件信息將建立在上述5 類特征上,從而把特征作為零件數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計的基本單元。 這樣將多個特征組織在一起就可以形成完整的零件特征,不但可以完成零件設(shè)計者的意圖,也可以為以后的數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計的輔助化工作提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 數(shù)控技術(shù)加工工藝知識的表達(dá)

　　只有特征數(shù)據(jù)并不足以使系統(tǒng)對數(shù)控技術(shù)加工工藝決策進(jìn)行輔助。 系統(tǒng)還需要對數(shù)控技術(shù)加工知識進(jìn)行總結(jié)抽象,以達(dá)到計算機(jī)存儲的要求;才能使得數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計系統(tǒng)得到知識的支持,從而達(dá)到對數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計的輔助。

　　2.1 數(shù)控技術(shù)加工知識的建立原則

　　數(shù)控技術(shù)加工知識庫存儲管理大量工藝專家經(jīng)驗(yàn)、規(guī)則、事實(shí)、概念,并向用戶提供方便的查詢和檢索手段,為數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計提供知識支持。 在所提供的內(nèi)容豐富的工藝知識庫基礎(chǔ)上,進(jìn)一步建立企業(yè)專用的機(jī)床、刀具、夾具、切削參數(shù)、材料、典型工藝庫等。 鑒于數(shù)控技術(shù)加工知識涉及的種類繁多,信息量大,必須嚴(yán)格按照以下幾條原則建立數(shù)控技術(shù)加工知識庫和數(shù)控技術(shù)資源庫,以便提供系統(tǒng)全面的知識存儲和快速高效的檢索查詢。

　　(1)數(shù)控技術(shù)加工工藝知識的信息模型必須在綜合、全面的分析數(shù)控技術(shù)加工的需要和各類數(shù)控技術(shù)加工工藝規(guī)程、文件的基礎(chǔ)上建立。 既要全面地反映數(shù)控技術(shù)工藝規(guī)程和文件中需求的信息,又要方便清晰地反映對象的客觀存在。

　　(2)類對象應(yīng)盡量保持?jǐn)?shù)控技術(shù)加工工藝規(guī)范的完整性。 類屬性的確定既要將數(shù)控技術(shù)加工工藝規(guī)程中出現(xiàn)的信息反映在對應(yīng)的類屬性中,又要考慮到一些數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計時所需參考的數(shù)據(jù)。

　　(3) 類屬性、名稱采取企業(yè)的習(xí)慣。 在確定類屬性時,不僅要考慮到理論上的需要,而且還要充分調(diào)查企業(yè)的使用情況,盡量的保留企業(yè)現(xiàn)有的習(xí)慣。

　　(4) 類的層次應(yīng)該盡量簡便,減少不必要的復(fù)雜度。 盡可能地合并類、減少類的個數(shù),這樣,不但可以提供給用戶一個簡潔的類視圖,方便以后的更改,而且可以提供系統(tǒng)方便的查詢,降低系統(tǒng)的開發(fā)難度。

　　2.2 面向?qū)ο蟮臄?shù)控技術(shù)加工工藝表達(dá)方式

　　所謂面向?qū)ο蟮臄?shù)控技術(shù)工藝知識信息建模就是指利用面向?qū)ο蟮姆椒ǚ治鰯?shù)控技術(shù)加工工藝系統(tǒng)中各個實(shí)體之間、對象之間的關(guān)系,以及對象所需要的屬性,形成可以正確反映數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計過程的對象模型。

　　將數(shù)控技術(shù)加工工藝所用到的加工方法鏈、數(shù)控技術(shù)機(jī)床、刀具、夾具、切削參數(shù)定義為不同的類。 將這些類作為一個基礎(chǔ),在此基礎(chǔ)上分別定義各自的子類,利用類的繼承和派生的特點(diǎn),合理安排類的結(jié)構(gòu)以便擴(kuò)充和使用的方便。 在工藝模型中,為了便于用戶進(jìn)行數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計和數(shù)控技術(shù)加工工藝數(shù)據(jù)的管理,保證數(shù)控技術(shù)加工工藝信息的規(guī)范性和集成性,需要確定對屬性的取值進(jìn)行約束:

　　(1) 對象的屬性值必須有明確的值域,例如工件的材料分為鋁合金、淬火鋼等。 不能出現(xiàn)黑色金屬這種內(nèi)涵過于廣泛而在計算機(jī)中很難處理的詞匯,必須對屬性的值域有一個明確的限定,才可以保證在整個加工決策的過程中正確合理的使用這些對象。

　　(2) 對象屬性之間的關(guān)系必須明確。 例如刀具的總長必須大于刀刃的長度,類似這些屬性值的限制是保證對象是否真實(shí)存的關(guān)鍵。

　　2.3 實(shí)例說明

　　將數(shù)控技術(shù)刀具分為數(shù)控技術(shù)銑刀、數(shù)控技術(shù)車刀、數(shù)控技術(shù)鉆頭,然后再根據(jù)這三個方面的具體使用情況再次進(jìn)行小類別的劃分,例如其中的銑刀就可以分為一般銑刀、T 形銑刀等,同樣的分類方式可以應(yīng)用到其它數(shù)控技術(shù)刀具中。 利用這樣的分類形式就可以真實(shí)地反映數(shù)控技術(shù)刀具的客觀存在情況,而且提供用戶可以方便地管理和使用數(shù)控技術(shù)刀具的具體實(shí)例。 這樣數(shù)控技術(shù)刀具就在分類層次少的基礎(chǔ)上盡可能的涵蓋所有數(shù)控技術(shù)刀具,做到了分類清楚、全面,管理靈活、方便。

3 決策支持的方法與推理過程

　　有了特征信息作為系統(tǒng)輸入,并建立了數(shù)控技術(shù)加工的知識庫與資源庫,系統(tǒng)就具備了對數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計決策過程進(jìn)行輔助的基本條件,以下將論述本系統(tǒng)的構(gòu)成和整個推理過程。

　　3.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

　　各個模塊的作用主要是根據(jù)工藝人員輸入的零件信息配合數(shù)控技術(shù)加工工藝知識庫中數(shù)控技術(shù)加工工藝知識和數(shù)控資源庫的數(shù)控技術(shù)資源信息,利用一定的推理規(guī)則實(shí)現(xiàn)零件數(shù)控技術(shù)加工工藝的決策支持,其中包括數(shù)控技術(shù)加工方法的選擇,確定夾具、刀具、數(shù)控技術(shù)加工參數(shù)以及數(shù)控技術(shù)加工設(shè)備。

　　3.2 推理規(guī)則

　　整個決策過程的核心是數(shù)控技術(shù)加工方法鏈的決策過程。 由于本系統(tǒng)采用的數(shù)控技術(shù)加工工藝知識庫主要是依據(jù)不同的特征建立相對應(yīng)的加工方法鏈,所以數(shù)控技術(shù)加工工藝輔助決策的推理機(jī)制主要是采取演繹推理的形式。 數(shù)控技術(shù)加工工藝輔助決策推理方式是利用特征設(shè)計所給出的特征信息來匹配數(shù)控技術(shù)加工知識庫中符合條件的加工方法鏈。 由用戶確定使用哪個數(shù)控技術(shù)加工方法鏈作為理想的加工方法鏈。

　　下面是一個簡單例子,說明系統(tǒng)是如何使用演繹推理的方法輔助數(shù)控技術(shù)加工工藝的決策。

　　規(guī)則1 : IF{形狀是簡單孔,直徑范圍1～20 ,長度范圍1 ～ 40 , 頂角范圍1 ～ 180 , 表面粗糙度>Ra10 ,尺寸精度> IT11}

　　THEN{加工方法鏈:DRILL IN G}

　　規(guī)則2 : IF{形狀是簡單孔,直徑范圍1～20 ,長度范圍30～120 ,頂角范圍1～180 ,表面粗糙度>Ra10 ,尺寸精度> IT11}

　　THEN{加工方法鏈:PECK DRILL IN G}

　　規(guī)則3 : IF{形狀是沉頭孔,大孔直徑范圍1～60 ,大孔深度范圍1～40 ,小孔直徑范圍1～30 ,整體孔深度范圍10～80 ,頂角范圍1～180 ,表面粗糙度> Ra10 ,尺寸精度> IT11}

　　THEN{加工方法鏈:DRILL IN G- COUNTER2BORIN G}

　　而今有如下特征:特征信息= 簡單孔,直徑=15 ,長度= 30 ,頂角= 118 ,表面粗糙度= Ra11 ,尺寸精度= IT12。 推理過程為:

　　第一步:幾何特征為簡單孔,滿足規(guī)則1 、2 的要求;

　　第二步:直徑、長度、頂角、表面粗糙度、尺寸精度的值落在規(guī)則一的屬性值域范圍內(nèi),推理結(jié)果是DRILL IN G成為系統(tǒng)推薦的加工方法鏈。

　　 系統(tǒng)首先是依據(jù)輸入的特征信息自動匹配出加工方法庫中適合的加工方法。 而后由數(shù)控技術(shù)加工工藝人員從中選定一種加工方法鏈作為認(rèn)定的理想加工方法鏈,如果數(shù)控技術(shù)工藝設(shè)計人員認(rèn)為沒有適合的加工方法鏈,則可以手動輸入或者修改當(dāng)前的加工方法鏈,直至得到理想的數(shù)控技術(shù)加工方法鏈。

　　3.3 推理過程的控制

　　系統(tǒng)的核心是理想加工方法鏈的生成過程。 但是推理過程的控制對于整個系統(tǒng)而言也十分重要,這是因?yàn)橥评磉^程的控制主要是解決求解過程中知識的選擇和應(yīng)用順序,也就是說合理的控制策略可以減少推理過程中推理費(fèi)用,以達(dá)到減少知識匹配費(fèi)用以及知識應(yīng)用費(fèi)用的目的。

　　將對每一條所選的數(shù)控技術(shù)加工方法鏈提供夾具和機(jī)床選擇的決策支持,而對于每一個數(shù)控技術(shù)加工鏈中的數(shù)控技術(shù)加工方法則提供了數(shù)控技術(shù)刀具和數(shù)控技術(shù)加工參數(shù)的決策支持。

4 實(shí)　例

　　 本工序需要加工的是該零件中間的槽。 這個槽的尺寸是50 60 20 ,其表面精度是IT11 ,尺寸精度是Ra10。 系統(tǒng)將利用演繹的方法在加工知識庫中自動匹配相應(yīng)的加工方法鏈。 數(shù)控技術(shù)知識庫中對應(yīng)該特征的加工方法鏈有: PLANAR-MILL ; PLANAR-MILL-finishing-PLANAR MILL ; CAVITY -MILL ; ZL-EVEL-FOLLOW-CAVITY。 結(jié)果發(fā)現(xiàn)數(shù)控技術(shù)加工知識庫中適合該特征的加工方法鏈僅有兩條: ①PLANAR-MILL ; ②CAVITY-MILL。 而后系統(tǒng)將這兩條數(shù)控技術(shù)加工方法鏈提供數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計人員以供選擇。 如果數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計人員認(rèn)為系統(tǒng)提供的數(shù)控技術(shù)加工方法鏈?zhǔn)强梢允褂玫?可以選擇其中一條加工方法鏈譬如加工方法2 ,系統(tǒng)則會生成與該加工方法鏈有相關(guān)的信息,并根據(jù)該加工方法鏈匹配適合的加工參數(shù)、加工刀具、機(jī)床。 而后數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計人員就可以利用CAM 軟件的功能再微調(diào)一些數(shù)據(jù),最后就可以自動生成該工序所需要的數(shù)控技術(shù)加工的走刀軌跡。 

5 結(jié)　論

　　本系統(tǒng)以零件數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計過程為研究對象,通過特征技術(shù),為零件的數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計提供了方便高效的手段。 本系統(tǒng)可以對已知特征的數(shù)控技術(shù)加工提供輔助決策功能,不但提高了數(shù)控技術(shù)加工工藝的編制效率,而且大大提高了企業(yè)數(shù)控技術(shù)加工工藝的編制質(zhì)量。 另外通過數(shù)控技術(shù)加工知識庫可以保留以前企業(yè)數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn),在一定程度上解決了數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計技術(shù)延續(xù)性不強(qiáng)的問題,使企業(yè)的數(shù)控技術(shù)加工工藝設(shè)計技術(shù)更上一個臺階。