隨著數控技術與CAD/ CAPP/ CAM 技術的飛速發展,使得企業可加工精度更高、形狀更復雜的零件。 另外一方面市場競爭的日益加劇,要求企業在產品質量不斷提高的前提之下不斷壓縮產品生產時間。 所以如何利用計算機對數控技術加工工藝設計過程進行輔助,以期提高數控技術加工工藝設計的質量,減少生產時間就成為當務之急。

　　但是現有的數控技術加工工藝設計系統主要是提供一個可以進行數控技術加工藝設計的人機交互式工具,并沒有針對零件的特征信息提供一套計算機輔助的機制對數控技術加工的工藝設計進行指導。 這樣就導致在當前的軟件環境中數控技術工藝人員只能手工填寫數控加工工藝,沒有充分利用已有的數控技術加工工藝設計軟件和計算機輔助的功能對數控技術加工工藝設計過程進行進一步的支持。 從而導致數控技術加工工藝設計效率低下,而且數控技術加工質量完全依賴于數控技術工藝設計人員的水平,造成數控技術加工質量的參差不齊。

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

1 適于數控技術加工決策支持的零件信息描述

　　現有的大部分數控技術加工工藝設計系統注重的只是零件的幾何表達,而對于各種技術和公差精度等信息只能作為標注處理,而在進行數控技術加工工藝設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投入,而且對于數據的及時準確傳輸也是一個障礙,從而造成了工藝決策系統效率低下,也就不能完全體現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作為數控技術加工工藝決策系統的輸入信息。

　　基于對數據集成和數控技術加工工藝決策系統效率的要求,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。 特征幾何信息是產品CAD 過程中必須提供有關特征的幾何參數,只有這樣才能利用特征進行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、環槽等) 、各項技術要求(尺寸公差、位置公差、熱處理要求等) ,這些特征信息實質上反映了CAPP 系統所必須的加工特征參數。 由此可見,特征應是零件的幾何特征和加工特征的結構體,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。 與產品的幾何許可變動量相關的信息集合,如表面粗糙度、形狀位置公差及其基準面、尺寸公差等;

　　(3) 技術特征。 用于描述零件的性能、作用等相關的信息集合;

　　(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控技術加工工藝設計的基本單元。 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計者的意圖,也可以為以后的數控技術加工工藝設計的輔助化工作提供基礎數據。

2 數控技術加工工藝知識的表達

　　只有特征數據并不足以使系統對數控技術加工工藝決策進行輔助。 系統還需要對數控技術加工知識進行總結抽象,以達到計算機存儲的要求;才能使得數控技術加工工藝設計系統得到知識的支持,從而達到對數控技術加工工藝設計的輔助。

　　2.1 數控技術加工知識的建立原則

　　數控技術加工知識庫存儲管理大量工藝專家經驗、規則、事實、概念,并向用戶提供方便的查詢和檢索手段,為數控技術加工工藝設計提供知識支持。 在所提供的內容豐富的工藝知識庫基礎上,進一步建立企業專用的機床、刀具、夾具、切削參數、材料、典型工藝庫等。 鑒于數控技術加工知識涉及的種類繁多,信息量大,必須嚴格按照以下幾條原則建立數控技術加工知識庫和數控技術資源庫,以便提供系統全面的知識存儲和快速高效的檢索查詢。

　　(1)數控技術加工工藝知識的信息模型必須在綜合、全面的分析數控技術加工的需要和各類數控技術加工工藝規程、文件的基礎上建立。 既要全面地反映數控技術工藝規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)類對象應盡量保持數控技術加工工藝規范的完整性。 類屬性的確定既要將數控技術加工工藝規程中出現的信息反映在對應的類屬性中,又要考慮到一些數控技術加工工藝設計時所需參考的數據。

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

　　(4) 類的層次應該盡量簡便,減少不必要的復雜度。 盡可能地合并類、減少類的個數,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,而且可以提供系統方便的查詢,降低系統的開發難度。

　　2.2 面向對象的數控技術加工工藝表達方式

　　所謂面向對象的數控技術工藝知識信息建模就是指利用面向對象的方法分析數控技術加工工藝系統中各個實體之間、對象之間的關系,以及對象所需要的屬性,形成可以正確反映數控技術加工工藝設計過程的對象模型。

　　將數控技術加工工藝所用到的加工方法鏈、數控技術機床、刀具、夾具、切削參數定義為不同的類。 將這些類作為一個基礎,在此基礎上分別定義各自的子類,利用類的繼承和派生的特點,合理安排類的結構以便擴充和使用的方便。 在工藝模型中,為了便于用戶進行數控技術加工工藝設計和數控技術加工工藝數據的管理,保證數控技術加工工藝信息的規范性和集成性,需要確定對屬性的取值進行約束:

　　(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。 不能出現黑色金屬這種內涵過于廣泛而在計算機中很難處理的詞匯,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存的關鍵。

　　2.3 實例說明

　　將數控技術刀具分為數控技術銑刀、數控技術車刀、數控技術鉆頭,然后再根據這三個方面的具體使用情況再次進行小類別的劃分,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用到其它數控技術刀具中。 利用這樣的分類形式就可以真實地反映數控技術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控技術刀具的具體實例。 這樣數控技術刀具就在分類層次少的基礎上盡可能的涵蓋所有數控技術刀具,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輸入,并建立了數控技術加工的知識庫與資源庫,系統就具備了對數控技術加工工藝設計決策過程進行輔助的基本條件,以下將論述本系統的構成和整個推理過程。

　　3.1 系統的構成

　　各個模塊的作用主要是根據工藝人員輸入的零件信息配合數控技術加工工藝知識庫中數控技術加工工藝知識和數控資源庫的數控技術資源信息,利用一定的推理規則實現零件數控技術加工工藝的決策支持,其中包括數控技術加工方法的選擇,確定夾具、刀具、數控技術加工參數以及數控技術加工設備。

　　3.2 推理規則

　　整個決策過程的核心是數控技術加工方法鏈的決策過程。 由于本系統采用的數控技術加工工藝知識庫主要是依據不同的特征建立相對應的加工方法鏈,所以數控技術加工工藝輔助決策的推理機制主要是采取演繹推理的形式。 數控技術加工工藝輔助決策推理方式是利用特征設計所給出的特征信息來匹配數控技術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控技術加工方法鏈作為理想的加工方法鏈。

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

　　規則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則一的屬性值域范圍內,推理結果是DRILL IN G成為系統推薦的加工方法鏈。

　　 系統首先是依據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。 而后由數控技術加工工藝人員從中選定一種加工方法鏈作為認定的理想加工方法鏈,如果數控技術工藝設計人員認為沒有適合的加工方法鏈,則可以手動輸入或者修改當前的加工方法鏈,直至得到理想的數控技術加工方法鏈。

　　3.3 推理過程的控制

　　系統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而言也十分重要,這是因為推理過程的控制主要是解決求解過程中知識的選擇和應用順序,也就是說合理的控制策略可以減少推理過程中推理費用,以達到減少知識匹配費用以及知識應用費用的目的。

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

4 實　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。 系統將利用演繹的方法在加工知識庫中自動匹配相應的加工方法鏈。 數控技術知識庫中對應該特征的加工方法鏈有: PLANAR-MILL ; PLANAR-MILL-finishing-PLANAR MILL ; CAVITY -MILL ; ZL-EVEL-FOLLOW-CAVITY。 結果發現數控技術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。 而后系統將這兩條數控技術加工方法鏈提供數控技術加工工藝設計人員以供選擇。 如果數控技術加工工藝設計人員認為系統提供的數控技術加工方法鏈是可以使用的,可以選擇其中一條加工方法鏈譬如加工方法2 ,系統則會生成與該加工方法鏈有相關的信息,并根據該加工方法鏈匹配適合的加工參數、加工刀具、機床。 而后數控技術加工工藝設計人員就可以利用CAM 軟件的功能再微調一些數據,最后就可以自動生成該工序所需要的數控技術加工的走刀軌跡。 

5 結　論

　　本系統以零件數控技術加工工藝設計過程為研究對象,通過特征技術,為零件的數控技術加工工藝設計提供了方便高效的手段。 本系統可以對已知特征的數控技術加工提供輔助決策功能,不但提高了數控技術加工工藝的編制效率,而且大大提高了企業數控技術加工工藝的編制質量。 另外通過數控技術加工知識庫可以保留以前企業數控技術加工工藝設計人員的經驗,在一定程度上解決了數控技術加工工藝設計技術延續性不強的問題,使企業的數控技術加工工藝設計技術更上一個臺階。