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        楔橫軋模具加工特征排序1

        2010-9-16 11:58:24 來源:北京科技大學機械工程學院 作者:楊宏青王寶雨楊翠蘋胡正寰 編輯:admin
        在楔橫軋模具CAD/CAPP 集成化信息模型基礎上應用基于知識的創成式工藝決策 方法和VC++面向對象編程技術構造了楔橫軋模具加工特征排序算法通過合理安排模具工 藝決策各階段的子任務和構造相應的約束保證生成模具工藝路線的可行性和靈活性同時 針對典型楔橫軋模具進行實例分析驗證該加工特征排序方法的實用性

            研制實用有效的CAPP 系統需解決的關鍵技術就是加工特征排序問題目前國內外學者對加工特征排序問題進行了許多研究文獻[1 2]提出一種分兩步走的方案首先應用SOSG Self-Organized Setup Generation 方法產生一個初始規劃方案然后采用EAM EpisodalAssociativeMemory方法對族內的關聯特征進行排序但該方法的分類幾何函數僅適用于銑鉆加工不適用于車削加工文獻[3] 提出一種基于知識的加工特征自動排序但其適用范圍是回轉體零件的常規車削加工特征

            鑒于楔橫軋模具車削加工特征的復雜性和特殊性本文根據文獻[4,5] 的思想從實用性角度將分級規劃與專家系統方法和傳統創成方法相結合基于楔橫軋模具CAD/CAPP 集成化信息模型[6] 構造了一種實際可行的加工特征排序方法基本解決了楔橫軋模具加工特征排序問題.

        1 排序算法的基本思路

        根據分級規劃原理將楔橫軋模具創成式工藝決策中加工特征排序問題分解成四個階段進行求解決策預處理工序工步集創成加工特征工步排序加工特征工步優化排序每個階段包含若干基于約束求解的子任務如圖1 所示加工特征排序的過程就是各個階段的子任務在相應約束下的求解過程系統每求解一個階段的問題就向工藝設計結果趨近一步直至所有階段的問題解決為止加工特征排序問題即告完成2 是某對稱楔橫軋模具展開示意圖, 3 是對應該模具的特征二叉樹鏈表,本文將以該模具為例對基于分級約束的楔橫軋模具加工特征排序算法進行論述.

         

        1 楔橫軋模具加工特征排序方法

        Fig.1 Sequencing algorithm of machining features for CWRT

        2 某對稱楔橫模具展開示意圖

        Fig.2 Stretching diagram of a symmetrical CWRT

        3 模具二叉樹與加工方法鏈接

        Fig.3 Binary tree and machining method list for the tool diagram

         

         

        2 決策預處理

            決策預處理是后續加工特征排序階段的重要基礎其主要任務是模具信息模型加載和決策預設置模具信息加載是指將模具CAD 特征建模信息導入CAPP 系統中在CAPP 系統中建立基于特征的模具CAD/CAPP集成化信息模型而決策預設置的內容主要有判斷模具加工屬性如模具具體類型加工基準等確定工序排序規則因楔橫軋模具加工主要為數控車削其他工序內容固定變化少故排序預處理中對一定類型模具的數控車削選定其主工序路線同類加工特征加工方向設置考慮同類特征用同一種加工方法的多個加工工步排序需遵循原則工步安排方式模具數控加工工步的組織方式系統默認方式按特征類型與加工方法安排即將同一特征類型采用同一種加工方法的特征安排在一起加工確定裝夾方式等等以上這些任務性質各異經驗性強采用專家系統決策和人機交互的方式進行.

        3 工序工步集創成

        工序工步集創成的任務是初步生成基于工序的模具加工特征集合任務求解策略主要分為兩個子任務模具特征加工鏈的生成和基于工序的加工特征工步集排序.

        3.1 特征加工鏈的選擇

            根據文獻[7] 可知不管模具組成如何復雜都可以看成是由其基本特征單元實例拼合而成模具的加工可描述為各特征的形成過程因此各種特征的加工方法鏈的生成是工藝路線生成的基礎實施時就是利用加工方法鏈生成規則.采用圖4 所示特征加工鏈生成算法生成組成模具各特征的加工方法鏈系統以特征的類型和加工要求為依據從加工方法鏈生成規則庫中自動搜索到與某一特征相匹配的加工方法鏈生成規則其結論鏈表就是該特征的加工方法鏈將結論鏈表掛在模具特征二叉樹的每一個節點之上就完成了該特征加工方法鏈的生成若某一特征是全新的特征或加工要求特殊在加工方法鏈生成規則庫中找不到相應的加工方法鏈生成規則時系統可以方便地采取該特征生成規則實例化方式將其存入加工方法鏈生成規則庫中供下次決策時使用針對圖2 所示的模具應用上述算法得到圖3 二叉樹表中各特征對應的加工方法鏈.

        3.2 基于工序的加工特征工步集排序

            其主要任務是初步生成模具基于工序的工步集合具體是指將模具特征加工鏈上各結點進行拆分同時參照工步集初排規則的約束求解策略在模具工藝數組中將其加入并實例化工藝結點相關宏設計參數本次排序主要是解決加工特征工步在工序中加工的問題工步劃分的基本原則是一個被加工特征的一種加工方法對應著一個工步任務求解結束后整個模具加工工步集合即告生成本次排序的主要約束是工序決策預處理的結果模具信息模型加工方法鏈選擇結果及圖5 所示排序算法圖中cur_pro指向當前工cur 指向當前特征結點cur_name 為當前加工方法名特征結點Plist 指向其加工方法鏈由圖5 所示算法可見工序工步集創成不僅考慮工序名與特征加工方法的關系而且在每一工序加入工步單元的順序均遵循特征由主到輔的層次關系因此該階段排序后在一定程度上已初步形成模具加工工藝方案對圖2 示例模具經工序工步集創成后形成的工步集合如圖6 所示本圖只示例給出各工序下特征號的排序結果其工步名即為特征號。

        4 加工特征工步排序

            加工特征工步排序任務是總體安排工步集合中模具各加工特征工步的先后次序此次排序的主要約束是加工特征工步排序規則與算法以及工序工步集初排結果顯然工步排序規則與模具類型特征以及實際加工可行性有關加工特征排序求解算法描述如下

        (1)CTypedPtrArray 定義LastProcessArray 終排工步數組

        (2)從選定總體加工規則集結論鏈表的首結點開始將其與模具初始工步集合FirstProcessArray數組中各加工特征進行比較若當前工步的加工方法和特征類型與結論鏈表當前結點相同則將該特征工步對象加入LastProcessArray 工步數組否則轉下一FirstProcessArray 數組元素

        (3)對于總體加工規則集結論鏈表的結點必須與模具初始工步集合FirstProcessArray 數組每一元素進行比較則該結點加工特征處理完成

        (4)重復上述步驟直至總體加工規則集結論鏈表中的所有結點處理完畢則此次加工特征排序即告結束.

            根據楔橫軋模具加工特征的實際加工經驗得到楔橫軋模具一條常用總體工步排序規則集IF {工序名稱數控車粗車精車輔車}THEN {0.99(頂圓粗加工槽粗加工展寬角粗加工槽精加工展寬角精加工成形角粗加工成形角精加工軋齊加工槽棱邊倒圓角成形角棱邊倒圓角) 結論鏈表中從左至右表示了模具中各加工特征的加工次序此處值得說明的是選擇模具加工特征規則集時除了滿足前提要求還應兼顧考慮其結論鏈圖包含該模具所有加工特征方法圖7 為示例模具應用上述規則得到排序結果.

        5 加工特征工步優化排序

            加工特征工步優化排序是基于加工特征族的刀軌優化同時對存在刀軌干涉的工步在局部進行調整和進一步處理此次排序的主要約束是加工特征工步排序結果和刀軌優化與干涉規則與算法排序算法如圖8 所示該排序算法主要由基于遺傳算法槽粗加工優化子任務展寬特征優化子任務槽精加工優化子任務和刀軌干涉交互排序子任務構成其中槽粗加工優化子任務應用遺傳算法對槽粗加工工序進行優化排序達到輔助加工距離最短的目的第二三子任務的求解策略基本思路大致相同求解過程首先是對欲優化工步分析若其滿足優化規則則將相關特征工步合并然后向LastProcessArray工藝數組加入優化工步最后通過工步排序數組UsefulStepProcessList 變量交互實現工步排序其中展寬優化主要考慮刀軌過渡因素的影響槽精加工優化工步則根據刀具劃分至于刀軌干涉排序子任務則主要是對有特殊要求的工步動態拖動交互排序圖9 為示例模具應用該算法得到排序結果此即為示例模具加工特征最終工藝路線的工步安排.

        6 結論

            本文針對楔橫軋模具加工工藝的復雜性和特殊性基于VC++面向對象技術從層次規劃和實用性角度構造了一種可行的楔橫軋模具加工特征排序方法排序方法既保證滿足模具特征空間關聯特性又兼顧考慮楔橫軋模具特征實際加工可行性基本解決了楔橫軋模具加工特征排序問題同時通過對一典型對稱楔橫軋模具進行實例化分析驗證該加工特征排序方法的實用性該加工特征排序算法已在楔橫軋模具數控編程系統CWRT–1 中得到應用.

        參考文獻

        1 Philip Chen C L, Steven R Leclair. Integration of design and manufacture: solving setup generation and feature equencing using an unsupervised learning approach [J]. Computer-Aided Design, 1994, 26(1):59

        2 Salomons O W, Van Houten F, Kals H J J. Review of research in feature-based design [J]. J Message Flow Graph Syst, 1993, 129(2): 65

        3 潘雙夏, 馮培恩, 周生祥. 加工特征排序及NC 代碼映射[J]. 計算機輔助設計與圖形學報, 2000, 12(2),90

        4 蔡力鋼, 李培根. 回轉類零件基于分級約束的加工方法排序算法[J]. 機械工程學報, 2000, 36(2): 426

        5 蔡力鋼,李培根,姚素琴. 基于分級規劃的工藝決策任務分解與求解策略[J]. 華中理工大學學報, 1998, 26(11): 62

        6 楊宏青, 王寶雨, 胡正寰. 楔橫軋模具CAD/CAPP 成化信息模型[J]. 北京科技大學學報. 2002 24 (3)299

        7 胡正寰,. 楔橫軋理論與應用[M]. 北京: 冶金工業出版社, 1996

         

        Machining Features Sequencing of Cross Wedge Rolling Tools

        YANG Hongqing, WANG Baoyu YANG Cuiping, HU Zhenghuan

        Mechanical Engineering School, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China

        ABSTRACT On the basis of the computer-aided design/computer-aided process planning (CAD/CAPP) integration information model of cross wedge rolling tools (CWRT), a machining features sequencing algorithm for CWRT was constructed with the creative decision-making method based on knowledge and VC++ object-oriented programming technique. Through properly arranging subtasks and defining constraints at different stages, the feasibility and agility of tool process planning were guaranteed. The practicability of this machining features sequencing algorithm was proved by analyzing a typical CWRT.

        KEY WORDS CWRT; CAPP; machining features sequencing

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