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新型数控技术体系的研发与运用剖析

发布于:08-18

1基于特征和知识库的数控加工工艺决策机制

1?1特征识别



CAD?CAPP的集成方法主要包括:特征识别法、数据交换法和特征设计等。本系统采用特征识别法研发基于特征的CAPP系统。



特征识别法是对CAD的输出结果进行分析,按照一定的算法和识别规则抽取出工艺设计特征,以克服手工输入的种种弊端,实现零件CAD信息向CAPP、CAM等系统的自动传输。



UG是一个基于特征的高端三维CAD?CAM?CAE集成软件,提供了内建的特征造型功能并维护着一个特征实例库。本系统利用UG?OPEN?API编程接口获取零件特征实例信息,进行特征识别。



将UG软件中零件模型特征分为形状特征和非形状特征(材料特征、精度特征、技术特征和管理特征等)?,并将非形状特征作为属性赋值给形状特征,从而建立两者之间的联系,并能被调用。进行特征识别的主要步骤如下。



1)通过规则或交互式方式选择对象。



2)利用UG的API函数识别对象的形状特征。



3)提取与该形状特征相联系的非形状特征,?UG中对部件或对象属性的操作函数位于uf?attr.?.?h中。



4)将识别结果存入数据库供决策使用。



1?2知识库设计及工艺优化设计规则



1?2?1知识表示知识库中存放系统求解问题所需的知识,要求这些知识的表达方式简单、易懂,并能清晰、明确地表达领域专家知识,其组织结构应是模块化,以便扩充、修改与应用。人工智能常用的知识表示方法有:语义网络表示法、规则表示法、框架表示法、一阶谓词表示法等。本系统中采用产生式规则描述工艺设计知识。



产生式规则是前因后果式表达模型,由两部分组成,前一部分称为条件,如状态、前提、原因等,后一部分称为结果,如活动、结论、后果等,一般表示形式为:?IF前提THEN结论(或动作)。例如:IF加工特征为平底槽THEN用平底圆柱立铣刀1?2?2工艺优化设计规则要获得较好的加工质量,同时保证生产效率,选择合适的工艺参数和要素显得尤为重要。工艺设计的一般原则为:保证零件的加工精度和表面粗糙度要求;缩短走刀路线,减少进、退刀时间和其他辅助时间;尽可能使用大切削用量,提高加工效率;方便数值计算,减少编程工作量。



本文主要对影响零件加工质量的要素进行分析,讨论相应加工参数的确定原则,并对影响这些参数选择的因素进行了综合分析,初步得出了一些理想的选择方案和确定原则,在保证加工质量的前提下提高加工效率,以更有效地指导工艺过程设计与NC编程。



1?2?2?1切削刀具的优化选择一般情况下,球头刀适用于曲面加工,特别是精加工,因为球面与曲面接触能获得较好的表面粗糙度,同时也能提高加工精度。



质量和效率是数控加工的目标,刀具应尽可能选择硬度高、刚性好的材料。本文主要讨论常用的高速钢(HSS)和硬质合金材料。



1?2?2?2工步切深与切削宽度本文根据实际加工经验,对于不同工件材料,总结出在粗加工时切深和切削宽度的参考值所示。



1?2?2?3进给速度由于进给速度受多种复杂因素影响,较难给出定量的最优值域。影响进给速度与主轴转速比值的因素主要包括零件加工精度、表面粗糙度、刀具材料、毛坯材料、刀具直径、切深和切削宽度。UGII软件平台提供了进给率计算功能,能根据后五个参数自动确定主轴转速和切削速度。这两个参数使用UG提供的进给率自动生成器计算。该生成器对于不同的切削方式、毛坯材料、刀具材料和切深,搜索进给-速度(?feed?speed)表,获得表面速度(?surface?speed)和每齿进给量(?feed?per?tooth)?,再由此计算主轴转速和切削速度等。



1?2?2?4进、退刀方式的优化选择数控铣削加工中,进、退刀方式影响着刀轨路线的安全性。鉴于安全性,一律沿刀轴方向退刀。选择进刀方式需要考虑刀具类型、工件材料、加工方式等因素。



如果采用平头刀,一般不允许垂直于工件表面进刀,应沿工件侧向切入,或者从预钻孔处进刀。



如果采用球头刀加工易切削材料,可以垂直进刀。对于粗加工而言,可以采用与平头刀相同的进刀方式,也可采用螺旋线进刀。精加工适合采用斜线进刀。



1?2?2?5走刀方式走刀方式决定了零件表面纹理方向。商用CAM软件提供的走刀,行铣方式需通过设置切削方向可以确定纹理方向。对于通用的曲面一般采用行铣或环铣的形式。行铣的切削方向一般取平行于X轴或Y轴。对于回转体表面,以母线方向为切削方向。同心圆方式主要用于边界为圆的平坦曲面。放射状方式较适用于中心对称的曲面。这些方式基本可以满足一般零件的加工要求,其中行铣和环铣方式在曲面加工中最常用。实际设置时应尽量保证零件表面纹理一致。



2系统的实现



2?1系统的基本组成及功能



本系统基于UG平台,嵌入在UG的Application模块中。



1)将定义在典型工艺库中的工艺导入到当前UG文件的CAM模块中。



2)对零件特征进行识别,完成在UG?CAM模块的操作导航器中的配置。



3)根据用户输入的加工要求,将相似要求曲面在操作导航器中分类配置到各操作组中。



4)查询工艺知识库,经过推理来确定工步余量、工序公差、行距等加工参数,生成工步组并在UG?CAM模块中自动生成NC加工工艺。



具体算法如下:(?1)获取零件材料属性以及曲面最小曲率半径;(?2)选择刀具类型,并根据零件材料属性,查询知识库,选择合适的刀具材料,根据曲面最小曲率半径选择刀具半径;(?3)获取用户为特征曲面定义的加工要求(表面粗糙度、加工精度)?;(?4)查询知识库,根据加工要求找到相应的精、半精、粗加工的工序余量(?s?1、s?2、s?3)和最大切深dM?,以及建议工艺路线(精、半精加工的刀数n?1、n?2)?;(?5)获取用户输入曲面的特征尺寸值;(?6)根据铣削方法确定精、半精、粗加工的经济精度,并计算对应的偏差值i?1、o?1、i?2、o?2、i?3、o?3;(?7)获取用户输入实际余量值astock值;(?8)初始化总余量stock=?0,上、下偏差intol=?i?0,outtol=?o?0,循环变量j=?0;(?9)当stock


2?2系统开发关键技术



使用软件平台提供的二次开发工具,使用户能够根据实际需要,开发出与系统高度集成的自动化工具,实现对CAD?CAM功能的扩展。UGNX提供的二次开发工具主要有Open?API、Open?GRIP、UIStyler、Menu?Script等,其中UIStyler、MenuScript用于制作扩展应用程序的外壳(如程序界面)?,?Open?API与Open?Grip是核心程序和数据库接口的编写工具。



Open?GRIP是UGII提供的二次开发工具之一。其程序结构类似于FORTRAN,与UG系统紧密集成。利用GRIP程序可以完成与UG系统的各种常用交互工作。Open?API也是UGII提供的二次开发工具之一,是UG与外部应用程序之间的接口,是一系列函数的集合,可以通过C语言编程调用这些函数,从而扩展UG应用程序功能。



3应用实例



在图形区内选择曲面特征,定义加工要求所示,系统将相关信息写入数据文件,并将相似要求曲面在操作导航器中分类配置到各操作组中。在图形区选择一组加工要求相似的曲面,系统将获取用户选择的同一方位面上某组加工要求相同的曲面,然后根据工件材料、曲面特性与加工要求(表面粗糙度、精度等级)等条件,查询工艺知识库中的规则,经过推理来确定工步余量、工序公差、行距等加工参数,生成工步组并在UG?CAM模块中



4结语



本文介绍了基于UG平台二次开发和知识库的数控加工CAPP系统,通过借鉴已有工艺设计经验和经实践验证的工艺参数,初步制定了一套工艺优化设计规则并建立了知识库,在此基础上快速生成零件对应加工特征的加工工艺以及NC程序的自动生成,实现了CAD?CAPP与数控编程的一体化操作和信息的有效集成,提高了数控编程的效率和质量,帮助工艺人员快速、精密地完成零件的加工制造。




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