搜索知識(shí)工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用
2013-05-15 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線
羅能武 胡仲勛 來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:知識(shí)工程 UG/KF 麻花鉆 3D CAD
介紹了KBE技術(shù)的內(nèi)涵,闡述了知識(shí)驅(qū)動(dòng)下的產(chǎn)品開發(fā)原理。將KBE技術(shù)應(yīng)用于麻花鉆的三維設(shè)計(jì)中,建立了麻花鉆三維設(shè)計(jì)的KBE系統(tǒng)框架。在此基礎(chǔ)上,運(yùn)用UG/KF、Ulstyler、Menuseript工具開發(fā)了麻花鉆三維CAD模塊,并給出了設(shè)計(jì)實(shí)例。
在機(jī)械加工中,孔加工占機(jī)械加工的比例在30%以上,特別是在汽車與航空等行業(yè)中麻花鉆的應(yīng)用極為廣泛。由于長(zhǎng)期以來,麻花鉆的設(shè)計(jì)大多是靠工程師的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行,在設(shè)計(jì)過程中,難免會(huì)出現(xiàn)重復(fù)性的工作,從而降低了設(shè)計(jì)效率。同時(shí)通常的設(shè)計(jì)都是在二維圖紙上進(jìn)行設(shè)計(jì),不能得到可視化的麻花鉆三維造型,這就阻礙了麻花鉆的數(shù)控刃磨加工及利用一些分析軟件對(duì)麻花鉆的鉆削過程進(jìn)行分析。文獻(xiàn)[1]介紹了在微機(jī)上開發(fā)的麻花鉆CAD/CAM系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及各功能模塊,但是開發(fā)出來的只是麻花鉆的二維模塊。文獻(xiàn)[2,3]介紹了在UG環(huán)境下麻花鉆的三維建模方法,但是建模時(shí)間長(zhǎng),不能實(shí)現(xiàn)麻花鉆的三維快速設(shè)計(jì)。因此,下面采用知識(shí)工程(KBE)技術(shù),將麻花鉆設(shè)計(jì)的相關(guān)知識(shí)和設(shè)計(jì)人員在長(zhǎng)期工作中積累的經(jīng)驗(yàn)運(yùn)用到麻花鉆設(shè)計(jì)中來,并結(jié)合麻花鉆三維建模技術(shù),利用知識(shí)工程語言(UG/KF)、UIstyler、Menuseript工具來實(shí)現(xiàn)麻花鉆三維圖形的變參數(shù)設(shè)計(jì),從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計(jì)。
1 知識(shí)工程KBE技術(shù)
KBE是一種存儲(chǔ)并處理與產(chǎn)品模型有關(guān)的知識(shí),且基于產(chǎn)品模型的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)。其技術(shù)內(nèi)涵可總結(jié)為:①KBE是關(guān)于設(shè)計(jì)、制造等的處理過程;②KBE是領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)的總結(jié)和集成的過程;③KBE是CAD/CAM/CAE技術(shù)與AI技術(shù)的綜合與集成過程。
KBE的本質(zhì)是“再利用”。即將知識(shí)創(chuàng)造性地應(yīng)用到一個(gè)工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)和生產(chǎn)制造的過程中,充分利用各種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、專家知識(shí)以及其他有關(guān)的信息。這些“知識(shí)”可能以很多種形式存在,如:①電子計(jì)算表格(Spreadsheets);②手冊(cè);③工程計(jì)算公式;④專用軟件;⑤設(shè)計(jì)人員的主觀判斷和經(jīng)驗(yàn)。
在基于KBE技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,知識(shí)是驅(qū)動(dòng)力,構(gòu)型和工程規(guī)則驅(qū)動(dòng)幾何。具體知識(shí)驅(qū)動(dòng)下的產(chǎn)品開發(fā)方法為:設(shè)計(jì)師在商品化軟件平臺(tái)上進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時(shí),可以通過客戶的輸入和規(guī)劃、詳細(xì)說明、預(yù)先定義好的幾何約束生成詳細(xì)的幾何CAD模型或通過調(diào)用已存在的設(shè)計(jì)實(shí)例或工程規(guī)則就可以完成產(chǎn)品的方案或詳細(xì)設(shè)計(jì),用戶只須輸入、改變工程參數(shù)或與設(shè)計(jì)相關(guān)的其他參數(shù)或添加、修改工程規(guī)則,而無須關(guān)心CAD系統(tǒng)的具體功能,系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)這些工程規(guī)則來計(jì)算工程參數(shù)或相關(guān)參數(shù)對(duì)產(chǎn)品幾何參數(shù)的影響,從而驅(qū)動(dòng)最終的幾何造型。其原理如圖1所示。
圖1知識(shí)庫驅(qū)動(dòng)幾何模型的過程
由于UG/KF是將KBE技術(shù)與UG系統(tǒng)集成的高級(jí)技術(shù),它可以將產(chǎn)品知識(shí)、專家經(jīng)驗(yàn)和一些重復(fù)工作直接構(gòu)架于模型中,實(shí)現(xiàn)知識(shí)的再利用,因此本文選擇UG/KF語言作為麻花鉆三維CAD研究平臺(tái)。
2 麻花鉆的三維CAD模塊開發(fā)
2.1麻花鉆KBE系統(tǒng)框架的組成
麻花鉆的KBE系統(tǒng)主要由人機(jī)界面、知識(shí)庫(產(chǎn)品實(shí)例庫、工程數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)規(guī)則庫、設(shè)計(jì)參數(shù)庫)及其管理模塊、三維實(shí)體模塊等組成,其中,知識(shí)庫是KBE系統(tǒng)的核心,存儲(chǔ)著大量領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗(yàn)和知識(shí)、及已知的事實(shí)和采用這些知識(shí)的規(guī)則數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)框架如圖2所示。
圖2麻花鉆三維設(shè)計(jì)的KBE系統(tǒng)框架
2.2系統(tǒng)界面開發(fā)
系統(tǒng)采用UG提供的兩個(gè)模塊MenuScript和UIStyler進(jìn)行菜單、對(duì)話框設(shè)計(jì)。在磁盤下(比如c盤)建立一個(gè)名為TDclass的文件夾,并在該文件夾下建立三個(gè)子文件夾,分別命名為:Dfa、Startup、Application。通過編輯純文本的Menu(菜單腳本文件,文件的擴(kuò)展名為.men)來創(chuàng)建麻花鉆三維設(shè)計(jì)的主菜單及下拉菜單(見圖4)。利用UIStyler(文件的擴(kuò)展名為.dig)的可視化環(huán)境快速生成“麻花鉆三維設(shè)計(jì)”對(duì)話框(如圖5所示),保證.dig和.dfa文件的文件名相同,從而實(shí)現(xiàn)程序與界面的連接。各應(yīng)用程序的放置如圖3所示的目錄結(jié)構(gòu):
圖3應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)
圖4麻花鉆三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)菜單
圖5麻花鉆三維設(shè)計(jì)對(duì)話框
再在UG安裝目錄下的ugii—env.dat文件中增加一個(gè)人口:
UGII_USER—DIR=C:\TD class
此時(shí),麻花鉆三維CAD模塊便可以無縫集成到UG中。
2.3設(shè)計(jì)實(shí)例
麻花鉆螺旋槽徑向截形有很多種,各廠家所采用的也有所相同。為了避免鉆頭在熱處理時(shí)產(chǎn)生裂紋,并且在鉆削過程中便于排屑,鉆溝輪廓須采用平滑的圓弧連接起來,這樣才能保證切屑在沿螺旋槽向外排出的過程中所受阻力盡可能的小。因此本文采用三段圓弧作為螺旋槽的徑向截形,后刀面采用錐面刃磨法,用UG/KF語言編程來實(shí)現(xiàn)麻花鉆的三維幾何造型。
打開UG,點(diǎn)擊“麻花鉆三維設(shè)計(jì)”(如圖4)來調(diào)出圖5所示的“麻花鉆三維設(shè)計(jì)”對(duì)話框,也可以打開“知識(shí)融合”工具條,點(diǎn)擊當(dāng)中的“應(yīng)用”按鈕來調(diào)出此對(duì)話框。通過修改對(duì)話框中的一些參數(shù),便可以得到不同型號(hào)的麻花鉆三維模型。圖6和圖7為不同半徑和鉆心半徑的麻花鉆(β=300°2φ=118°)。
3 結(jié)論
KBE技術(shù)應(yīng)用于麻花鉆三維設(shè)計(jì)易于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化,產(chǎn)品的系列化;在產(chǎn)品的開發(fā)過程中,能夠充分利用各種實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、專家知識(shí)及有關(guān)信息,減少產(chǎn)品開發(fā)過程中的重復(fù)設(shè)計(jì),提高了產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率,使設(shè)計(jì)人員能有更多的時(shí)間進(jìn)行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)。
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