创成式CAPP系统刀具选择模糊性研究

    1引言
   
    数控加工中各个单元形面的加工工艺生成后，需要为每个工步选择刀具。考虑影响刀具选择的因素，以一定的决策方法选择刀具后，还要统计每把刀加工的单元形面，以合并相同的刀具系统，并进行单元形面的排列，因此刀具系统选择合理与否直接影响到工步排序。本文主要就影响刀具选择的各个因素进行分析，并据此建立了刀具选择优化目标和理论模型，并对此理论模型进行求解，从而在创成式CAPP系统实现刀具合理自动的选择。
   
    2刀具选择的影响因素分析
   
    根据影响因素的属性可分为2个层次。
   
    (1)第一层影响因素现代制造业已趋于集成化、智能化、柔性化，要求更综合地考虑产品的制造问题。选择刀具应在加工中保证优质、高产、低耗"三化"目标要求。即要求刀具的切削性能好，能满足零件的各项技术指标;加工时间短，切除效率高，换刀及操作方便;资源损耗少，刀具磨损、能量消耗低;生产成本低，刀具成本小，机床损耗及其他费用低。因此可将时间、质量、成本、资源消耗作为影响刀具的第一层影响因素。
   
    (2)第二层影响因素因为选刀时还要基于待加工特征，可确定基于待加工特征的影响因素作为刀具选择的第二层影响因素。故将零件的特征尺寸、表面粗糙度和零件材料作为刀具选择的第二层影响因素。
   
    3刀具选择决策的优化目标体系与优化目标
   
    刀具优化选择问题是刀具使用方案优化决策问题，即从针对某加工特征的若千可能的刀具方案中选取其中最优或相对较优的方案。实际上它是一个多目标的，定性与定量相结合的复杂决策问题。基于上述刀具选择影响因素分析，本系统将以时间(t)、质量(q).成本(c)及资源(r)作为决策目标的重要因素，即总体优化目标，建立如图1所示的刀具决策目标体系。这个决策目标体系各目标间存在着密切联系，共同构建了刀具决策的目标体系。

    4刀具优化选择的理论模型建立与求解
   
    由于刀具优选问题复杂，设计因素与需考虑因素众多，且建立的目标选择模型中许多目标难以进行定量计算与分析，故考虑采用模糊数学中的模糊综合评判进行定量分析、专家打分进行定性推理相结合来解决这一问题。
   
    综合评判是人类一种重要的智力活动。它对某一事物根据多种因素(或多个评判者)分别给出的评判结果归纳出一个综合各因素的评判结果。
   
    应用模糊评判法和层次分析法的主要步骤如下。
   
    (1)建立评判矩阵

    (2)建立权重

    (3)综合评判结果
   

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    5实例
   
    本例选取一箱体零件粗铣右端面的工序来验证刀具优化选择模块的过程。
   
    (1)建立备择集
   
    备选刀具有4把:硬质合金立铣刀XDLY06,XDLY07、粗齿锥柄立铣刀XDLZCI1,XDLZC12。即建立备择集T=(XDLY06,XDLY07,XDLZC11,XDLZC12)。
   
    (2)建立评判矩阵
   
    评判因素的等级划分及其相应隶属度值见表1,

    (3)建立第二层影响因素权重集(层次分析法略)

    (4)第一层影响因素评分集
   

    (5)第一层影响因素权重集
   
    可用层次分析法确定。考虑是粗加工，加工时主要侧重于减少加工时间、降低成本方面，因此可建立如下权重集A=(0.5,0.1,0.3,0.1)
   
    (6)选刀具总评分集
   

    总之，CAPP系统是个复杂的决策过程，刀具选择是其重要组成部分，刀具选择的合理与否影响着切削加工的质量、效率和成本，是机械专业重要的研究方向。本文以模糊优化理论为基础，建立了刀具优选的目标模型并进行求解，且所开发的系统与创成式CAPP相结合，为在数控加工中更好更快地进行箱体类零件加工生产提供了理论依据。