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楔横轧模具加工特征排序1

2010-9-16 11:58:24 来源:北京科技大学机械工程学院 作者:杨宏青王宝雨杨翠苹胡正寰 编辑:admin
在楔横轧模具CAD/CAPP 集成化信息模型基础上应用基于知识的创成式工艺决策 方法和VC++面向对象编程技术构造了楔横轧模具加工特征排序算法通过合理安排模具工 艺决策各阶段的子任务和构造相应的约束保证生成模具工艺路线的可行性和灵活性同时 针对典型楔横轧模具进行实例分析验证该加工特征排序方法的实用性

    研制实用有效的CAPP 系统需解决的关键技术就是加工特征排序问题目前国内外学者对加工特征排序问题进行了许多研究文献[1 2]提出一种分两步走的方案首先应用SOSG Self-Organized Setup Generation 方法产生一个初始规划方案然后采用EAM EpisodalAssociativeMemory方法对族内的关联特征进行排序但该方法的分类几何函数仅适用于铣钻加工不适用于车削加工文献[3] 提出一种基于知识的加工特征自动排序但其适用范围是回转体零件的常规车削加工特征

    鉴于楔横轧模具车削加工特征的复杂性和特殊性本文根据文献[4,5] 的思想从实用性角度将分级规划与专家系统方法和传统创成方法相结合基于楔横轧模具CAD/CAPP 集成化信息模型[6] 构造了一种实际可行的加工特征排序方法基本解决了楔横轧模具加工特征排序问题.

1 排序算法的基本思路

根据分级规划原理将楔横轧模具创成式工艺决策中加工特征排序问题分解成四个阶段进行求解决策预处理工序工步集创成加工特征工步排序加工特征工步优化排序每个阶段包含若干基于约束求解的子任务如图1 所示加工特征排序的过程就是各个阶段的子任务在相应约束下的求解过程系统每求解一个阶段的问题就向工艺设计结果趋近一步直至所有阶段的问题解决为止加工特征排序问题即告完成2 是某对称楔横轧模具展开示意图, 3 是对应该模具的特征二叉树链表,本文将以该模具为例对基于分级约束的楔横轧模具加工特征排序算法进行论述.

 

1 楔横轧模具加工特征排序方法

Fig.1 Sequencing algorithm of machining features for CWRT

2 某对称楔横模具展开示意图

Fig.2 Stretching diagram of a symmetrical CWRT

3 模具二叉树与加工方法链接

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

 

 

2 决策预处理

    决策预处理是后续加工特征排序阶段的重要基础其主要任务是模具信息模型加载和决策预设置模具信息加载是指将模具CAD 特征建模信息导入CAPP 系统中在CAPP 系统中建立基于特征的模具CAD/CAPP集成化信息模型而决策预设置的内容主要有判断模具加工属性如模具具体类型加工基准等确定工序排序规则因楔横轧模具加工主要为数控车削其他工序内容固定变化少故排序预处理中对一定类型模具的数控车削选定其主工序路线同类加工特征加工方向设置考虑同类特征用同一种加工方法的多个加工工步排序需遵循原则工步安排方式模具数控加工工步的组织方式系统默认方式按特征类型与加工方法安排即将同一特征类型采用同一种加工方法的特征安排在一起加工确定装夹方式等等以上这些任务性质各异经验性强采用专家系统决策和人机交互的方式进行.

3 工序工步集创成

工序工步集创成的任务是初步生成基于工序的模具加工特征集合任务求解策略主要分为两个子任务模具特征加工链的生成和基于工序的加工特征工步集排序.

3.1 特征加工链的选择

    根据文献[7] 可知不管模具组成如何复杂都可以看成是由其基本特征单元实例拼合而成模具的加工可描述为各特征的形成过程因此各种特征的加工方法链的生成是工艺路线生成的基础实施时就是利用加工方法链生成规则.采用图4 所示特征加工链生成算法生成组成模具各特征的加工方法链系统以特征的类型和加工要求为依据从加工方法链生成规则库中自动搜索到与某一特征相匹配的加工方法链生成规则其结论链表就是该特征的加工方法链将结论链表挂在模具特征二叉树的每一个节点之上就完成了该特征加工方法链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链生成规则库中找不到相应的加工方法链生成规则时系统可以方便地采取该特征生成规则实例化方式将其存入加工方法链生成规则库中供下次决策时使用针对图2 所示的模具应用上述算法得到图3 二叉树表中各特征对应的加工方法链.

3.2 基于工序的加工特征工步集排序

    其主要任务是初步生成模具基于工序的工步集合具体是指将模具特征加工链上各结点进行拆分同时参照工步集初排规则的约束求解策略在模具工艺数组中将其加入并实例化工艺结点相关宏设计参数本次排序主要是解决加工特征工步在工序中加工的问题工步划分的基本原则是一个被加工特征的一种加工方法对应着一个工步任务求解结束后整个模具加工工步集合即告生成本次排序的主要约束是工序决策预处理的结果模具信息模型加工方法链选择结果及图5 所示排序算法图中cur_pro指向当前工cur 指向当前特征结点cur_name 为当前加工方法名特征结点Plist 指向其加工方法链由图5 所示算法可见工序工步集创成不仅考虑工序名与特征加工方法的关系而且在每一工序加入工步单元的顺序均遵循特征由主到辅的层次关系因此该阶段排序后在一定程度上已初步形成模具加工工艺方案对图2 示例模具经工序工步集创成后形成的工步集合如图6 所示本图只示例给出各工序下特征号的排序结果其工步名即为特征号。

4 加工特征工步排序

    加工特征工步排序任务是总体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约束是加工特征工步排序规则与算法以及工序工步集初排结果显然工步排序规则与模具类型特征以及实际加工可行性有关加工特征排序求解算法描述如下

(1)CTypedPtrArray 定义LastProcessArray 终排工步数组

(2)从选定总体加工规则集结论链表的首结点开始将其与模具初始工步集合FirstProcessArray数组中各加工特征进行比较若当前工步的加工方法和特征类型与结论链表当前结点相同则将该特征工步对象加入LastProcessArray 工步数组否则转下一FirstProcessArray 数组元素

(3)对于总体加工规则集结论链表的结点必须与模具初始工步集合FirstProcessArray 数组每一元素进行比较则该结点加工特征处理完成

(4)重复上述步骤直至总体加工规则集结论链表中的所有结点处理完毕则此次加工特征排序即告结束.

    根据楔横轧模具加工特征的实际加工经验得到楔横轧模具一条常用总体工步排序规则集IF {工序名称数控车粗车精车辅车}THEN {0.99(顶圆粗加工槽粗加工展宽角粗加工槽精加工展宽角精加工成形角粗加工成形角精加工轧齐加工槽棱边倒圆角成形角棱边倒圆角) 结论链表中从左至右表示了模具中各加工特征的加工次序此处值得说明的是选择模具加工特征规则集时除了满足前提要求还应兼顾考虑其结论链图包含该模具所有加工特征方法图7 为示例模具应用上述规则得到排序结果.

5 加工特征工步优化排序

    加工特征工步优化排序是基于加工特征族的刀轨优化同时对存在刀轨干涉的工步在局部进行调整和进一步处理此次排序的主要约束是加工特征工步排序结果和刀轨优化与干涉规则与算法排序算法如图8 所示该排序算法主要由基于遗传算法槽粗加工优化子任务展宽特征优化子任务槽精加工优化子任务和刀轨干涉交互排序子任务构成其中槽粗加工优化子任务应用遗传算法对槽粗加工工序进行优化排序达到辅助加工距离最短的目的第二三子任务的求解策略基本思路大致相同求解过程首先是对欲优化工步分析若其满足优化规则则将相关特征工步合并然后向LastProcessArray工艺数组加入优化工步最后通过工步排序数组UsefulStepProcessList 变量交互实现工步排序其中展宽优化主要考虑刀轨过渡因素的影响槽精加工优化工步则根据刀具划分至于刀轨干涉排序子任务则主要是对有特殊要求的工步动态拖动交互排序图9 为示例模具应用该算法得到排序结果此即为示例模具加工特征最终工艺路线的工步安排.

6 结论

    本文针对楔横轧模具加工工艺的复杂性和特殊性基于VC++面向对象技术从层次规划和实用性角度构造了一种可行的楔横轧模具加工特征排序方法排序方法既保证满足模具特征空间关联特性又兼顾考虑楔横轧模具特征实际加工可行性基本解决了楔横轧模具加工特征排序问题同时通过对一典型对称楔横轧模具进行实例化分析验证该加工特征排序方法的实用性该加工特征排序算法已在楔横轧模具数控编程系统CWRT–1 中得到应用.

参考文献

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 潘双夏, 冯培恩, 周生祥. 加工特征排序及NC 代码映射[J]. 计算机辅助设计与图形学报, 2000, 12(2),90

4 蔡力钢, 李培根. 回转类零件基于分级约束的加工方法排序算法[J]. 机械工程学报, 2000, 36(2): 426

5 蔡力钢,李培根,姚素琴. 基于分级规划的工艺决策任务分解与求解策略[J]. 华中理工大学学报, 1998, 26(11): 62

6 杨宏青, 王宝雨, 胡正寰. 楔横轧模具CAD/CAPP 成化信息模型[J]. 北京科技大学学报. 2002 24 (3)299

7 胡正寰,. 楔横轧理论与应用[M]. 北京: 冶金工业出版社, 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