基于特征的数控技术加工工艺的决策支持

　　随着数控技术与CAD/ CAPP/ CAM 技术的飞速发展,使得企业可加工精度更高、形状更复杂的零件。 另外一方面市场竞争的日益加剧,要求企业在产品质量不断提高的前提之下不断压缩产品生产时间。 所以如何利用计算机对数控技术加工工艺设计过程进行辅助,以期提高数控技术加工工艺设计的质量,减少生产时间就成为当务之急。

　　但是现有的数控技术加工工艺设计系统主要是提供一个可以进行数控技术加工艺设计的人机交互式工具,并没有针对零件的特征信息提供一套计算机辅助的机制对数控技术加工的工艺设计进行指导。 这样就导致在当前的软件环境中数控技术工艺人员只能手工填写数控加工工艺,没有充分利用已有的数控技术加工工艺设计软件和计算机辅助的功能对数控技术加工工艺设计过程进行进一步的支持。 从而导致数控技术加工工艺设计效率低下,而且数控技术加工质量完全依赖于数控技术工艺设计人员的水平,造成数控技术加工质量的参差不齐。

　　在工厂实际设计零件的数控技术加工工艺中,由于零件大多形状复杂,导致数控技术加工设计复杂,如何减轻数控技术加工工艺设计人员的劳动量,使得数控技术加工工艺人员可以将更多的精力投入到创造性的劳动中就成为数控技术加工工艺辅助设计的重要研究课题。 本课题将研究在数控技术加工工艺设计中汇集数控技术加工工艺专家智慧,并且充分利用这些数控技术加工工艺知识,进行逻辑判断推理,以期探索出一条有效提高数控技术加工工艺设计质量,缩短时间的途径,从而辅助数控技术加工工艺设计人员的数控技术加工工艺决策过程。

1 适于数控技术加工决策支持的零件信息描述

　　现有的大部分数控技术加工工艺设计系统注重的只是零件的几何表达,而对于各种技术和公差精度等信息只能作为标注处理,而在进行数控技术加工工艺设计时往往要重新察看甚至是输入这些工艺信息,这样不仅造成大量人力物力重复投入,而且对于数据的及时准确传输也是一个障碍,从而造成了工艺决策系统效率低下,也就不能完全体现出加工工艺决策辅助支持带来的好处。 本课题将以特征技术作为数控技术加工工艺决策系统的输入信息。

　　基于对数据集成和数控技术加工工艺决策系统效率的要求,必须建立一种全新的信息承载体。 该承载体不但能够承载传统的几何信息,而且能够承载工艺所需要的其它信息(例如公差精度以及材料等信息) 。 包括特征几何信息和工艺特征信息两大类。 特征几何信息是产品CAD 过程中必须提供有关特征的几何参数,只有这样才能利用特征进行CAD 建模。 而工艺特征信息包括如几何特征种类(花键、外圆、螺纹、环槽等) 、各项技术要求(尺寸公差、位置公差、热处理要求等) ,这些特征信息实质上反映了CAPP 系统所必须的加工特征参数。 由此可见,特征应是零件的几何特征和加工特征的结构体,但它又是某种特定功能的反映。 综上所述,本文将特征分为以下5 个广义特征:

　　(1) 形状特征。 用于描述具有一定工程意义的功能几何形状;

　　(2) 精度特征。 与产品的几何许可变动量相关的信息集合,如表面粗糙度、形状位置公差及其基准面、尺寸公差等;

　　(3) 技术特征。 用于描述零件的性能、作用等相关的信息集合;

　　(4) 材料特征。 用于描述零件材料的类型等;

　　(5) 管理特征。 用于描述零件的管理信息,如零件名称、批量等。

　　零件信息将建立在上述5 类特征上,从而把特征作为零件数控技术加工工艺设计的基本单元。 这样将多个特征组织在一起就可以形成完整的零件特征,不但可以完成零件设计者的意图,也可以为以后的数控技术加工工艺设计的辅助化工作提供基础数据。

2 数控技术加工工艺知识的表达

　　只有特征数据并不足以使系统对数控技术加工工艺决策进行辅助。 系统还需要对数控技术加工知识进行总结抽象,以达到计算机存储的要求;才能使得数控技术加工工艺设计系统得到知识的支持,从而达到对数控技术加工工艺设计的辅助。

　　2.1 数控技术加工知识的建立原则

　　数控技术加工知识库存储管理大量工艺专家经验、规则、事实、概念,并向用户提供方便的查询和检索手段,为数控技术加工工艺设计提供知识支持。 在所提供的内容丰富的工艺知识库基础上,进一步建立企业专用的机床、刀具、夹具、切削参数、材料、典型工艺库等。 鉴于数控技术加工知识涉及的种类繁多,信息量大,必须严格按照以下几条原则建立数控技术加工知识库和数控技术资源库,以便提供系统全面的知识存储和快速高效的检索查询。

　　(1)数控技术加工工艺知识的信息模型必须在综合、全面的分析数控技术加工的需要和各类数控技术加工工艺规程、文件的基础上建立。 既要全面地反映数控技术工艺规程和文件中需求的信息,又要方便清晰地反映对象的客观存在。

　　(2)类对象应尽量保持数控技术加工工艺规范的完整性。 类属性的确定既要将数控技术加工工艺规程中出现的信息反映在对应的类属性中,又要考虑到一些数控技术加工工艺设计时所需参考的数据。

　　(3) 类属性、名称采取企业的习惯。 在确定类属性时,不仅要考虑到理论上的需要,而且还要充分调查企业的使用情况,尽量的保留企业现有的习惯。

　　(4) 类的层次应该尽量简便,减少不必要的复杂度。 尽可能地合并类、减少类的个数,这样,不但可以提供给用户一个简洁的类视图,方便以后的更改,而且可以提供系统方便的查询,降低系统的开发难度。

　　2.2 面向对象的数控技术加工工艺表达方式

　　所谓面向对象的数控技术工艺知识信息建模就是指利用面向对象的方法分析数控技术加工工艺系统中各个实体之间、对象之间的关系,以及对象所需要的属性,形成可以正确反映数控技术加工工艺设计过程的对象模型。

　　将数控技术加工工艺所用到的加工方法链、数控技术机床、刀具、夹具、切削参数定义为不同的类。 将这些类作为一个基础,在此基础上分别定义各自的子类,利用类的继承和派生的特点,合理安排类的结构以便扩充和使用的方便。 在工艺模型中,为了便于用户进行数控技术加工工艺设计和数控技术加工工艺数据的管理,保证数控技术加工工艺信息的规范性和集成性,需要确定对属性的取值进行约束:

　　(1) 对象的属性值必须有明确的值域,例如工件的材料分为铝合金、淬火钢等。 不能出现黑色金属这种内涵过于广泛而在计算机中很难处理的词汇,必须对属性的值域有一个明确的限定,才可以保证在整个加工决策的过程中正确合理的使用这些对象。

　　(2) 对象属性之间的关系必须明确。 例如刀具的总长必须大于刀刃的长度,类似这些属性值的限制是保证对象是否真实存的关键。

　　2.3 实例说明

　　例如数控技术刀具分类如图1 所示,将数控技术刀具分为数控技术铣刀、数控技术车刀、数控技术钻头,然后再根据这三个方面的具体使用情况再次进行小类别的划分,例如其中的铣刀就可以分为一般铣刀、T 形铣刀等,同样的分类方式可以应用到其它数控技术刀具中。 利用这样的分类形式就可以真实地反映数控技术刀具的客观存在情况,而且提供用户可以方便地管理和使用数控技术刀具的具体实例。 这样数控技术刀具就在分类层次少的基础上尽可能的涵盖所有数控技术刀具,做到了分类清楚、全面,管理灵活、方便。

 
图1 　数控刀具分类