基于模具曲面研拋專家系統(tǒng)的研究

林潔瓊　劉　虹

摘要：文章通過解析研拋加工的工藝過程、研磨理論等知識，以Visual C++為開發(fā)工具結(jié)合SQL Server數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，初步建立了模具自由曲面研拋的專家系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：自由曲面；研拋；專家系統(tǒng)；Visual C++；推理機(jī)

中圖分類號：TG701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2009）15-0016-02

采用數(shù)控和CAD/CAM等先進(jìn)制造技術(shù)，已基本能夠?qū)崿F(xiàn)模具曲面形狀加工的自動化，但最后的光潔度精加工還依靠手工操作，這種手工操作一般是研磨－測試－研磨，模具產(chǎn)品的一致性差，研磨工時(shí)占整個(gè)模具制造的37%～42%，在中國這個(gè)比例約為50%，極大地制約了目前占主導(dǎo)地位的多品種，小批量的生產(chǎn)模式。由于研磨知識和技術(shù)的體系化比較欠缺，這嚴(yán)重地影響著整個(gè)研磨過程的自動化和高效化，因此將研磨加工的知識和技術(shù)加以科學(xué)的分析，開發(fā)一套專家系統(tǒng)，這樣即使對研磨加工不熟悉的操作人員，也能正確地選擇研磨工具，合理有效地設(shè)計(jì)研磨工藝過程。本文通過解析熟練研磨工的經(jīng)驗(yàn)、研磨理論等知識，初步建立了自由曲面研磨專家系統(tǒng)的框架。

一、研拋的工藝過程

研磨加工是在形狀加工之后，使用一定粒度的研磨工具將形狀加工中的殘余留量、表面劃痕去除，降低表面粗糙度，獲取所需要的平滑表面的一種加工。有經(jīng)驗(yàn)的技師依賴他的經(jīng)驗(yàn)通過選取不同的研磨工藝參數(shù)和工具來獲取所需要的表面效果。將這些研磨工具以一定的順序組合加工，在最短的加工時(shí)間內(nèi)，達(dá)到預(yù)期的加工要求。當(dāng)研磨工具超過預(yù)設(shè)的閾值時(shí)，進(jìn)行更換，直到獲取所需要的表面狀況。

二、研拋專家系統(tǒng)

（一）專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

研磨加工專家系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中核心部分是知識的獲取、存放專門知識的知識庫和利用知識庫解決實(shí)際問題的推理機(jī)。如果輸入表面粗糙度的起始值和目標(biāo)值，系統(tǒng)根據(jù)知識庫中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、專家知識和已建立的數(shù)學(xué)模型等方法進(jìn)行推理、判斷，從而得到合理的研磨力、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、研磨次數(shù)和研磨工具。研磨加工專家系統(tǒng)是基于VC和SQL軟件建立的，其中VC作為專家系統(tǒng)的開發(fā)工具，SQL用于知識庫和推理機(jī)的建立和管理。

（二）專家系統(tǒng)的知識庫

研磨的知識庫包括一些從實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)庫、專家的經(jīng)驗(yàn)知識和已建立的模型等。根據(jù)我們所描述模型的特點(diǎn)，采用基于規(guī)則的符號化的方式。知識庫是研磨加工的專家系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，也就是如何獲得研磨次數(shù)與表面粗糙度/表面劃痕的關(guān)系曲線。

1．知識的獲得。為了獲得最佳研拋順序，結(jié)合各種研拋工具實(shí)驗(yàn)、通過解析研拋工人的經(jīng)驗(yàn)和研拋理論，可知研拋工具和研拋時(shí)間起重要作用。

2．知識的表現(xiàn)。知識表現(xiàn)數(shù)據(jù)庫if[曲面片的類型+研拋前表面粗糙度的最低值+研拋前表面粗糙度的最高值]→then[研拋工具類型+研拋工具粒度+可達(dá)到的表面粗糙度+粗糙度衰減系數(shù)+S/V+研拋壓力]。

3．評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：在一定表面質(zhì)量的前提下，研拋時(shí)間最短或研拋次數(shù)最少。

（三）推理機(jī)

專家系統(tǒng)通常以離線方式工作，而專家控制系統(tǒng)需要獲取在線動態(tài)信息，并對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。如果輸入曲面片信息、模具曲面片表面粗糙度的起始值和目標(biāo)值，系統(tǒng)根據(jù)知識庫中的曲面片的類型、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫、專家知識和已建立的數(shù)學(xué)模型等方法進(jìn)行推理、判斷，從而得到合理的研拋工具、研拋力、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和研拋次數(shù)。

采用Visual C++ 6.0軟件，在Windows2000/XP操作系統(tǒng)上編譯通過。

正向推理機(jī)Respond

void Respond（）

{

清空中間結(jié)果表

do{

if（此條件規(guī)則的Have Use標(biāo)記為“N”//此規(guī)則的Partl～Part都在事實(shí)表中）{

把這條規(guī)則的編號存入中間結(jié)果表

}

滾動到下一條規(guī)則

}while（未到規(guī)則表尾）

if（中間結(jié)果表非空//事實(shí)表中沒有結(jié)論表中的結(jié)論）{

在中間結(jié)果表中按沖突消解的原則選擇一條規(guī)則

在規(guī)則表中給這條規(guī)則作標(biāo)記

將這條規(guī)則的結(jié)論加入到事實(shí)表中

Respond（ ）；

}

}

在推理過程中使用while控制的原因是保證在每一輪推理過程中將所有可用的規(guī)則選中，然后進(jìn)行沖突消解。

三、結(jié)論

本文根據(jù)研拋理論知識及研拋工藝過程，初步建立了模具自由曲面研拋的專家系統(tǒng)框架，為實(shí)現(xiàn)自由曲面研拋的自動化和高效化提供一些依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]Srivastava A K，Rogers D B，Elbestawi MA．Workpiece burn and surface finish during controlled force robotic disk grinding[J]．Int．J．Mach．Tools Manuf，1992，（32）．

[2]Weule H，Timmermann S．Automation of the surface finishing in the manufacturing of dies and moulds[J]．Ann．CIRP，1992，（39）．

[3]Zhan J．M，Zhao J，Xu S X，Zhu P X．Study of the contact force in free form-surfaces compliant EDM polishing by robot[J]．Journal of Materials Processing Technology，2002，129（1～3）．

[4]王敏杰，宋滿倉．模具制造技術(shù)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[5]蔡自興．智能控制[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[6]Ahn J H，Shen Y F，Kim H Y，et al．Development of a sensor information integrated expert system for optimizing die polishing[J]．Robotics and Computer Integrated Manufacturing，2001，（17）.

基金項(xiàng)目：吉林省科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目（項(xiàng)目編號：20040510）。

作者簡介：林潔瓊（1969－），女，長春工業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院副教授，工學(xué)博士，研究方向：智能精密制造。