專利名稱：智能選擇切削參數(shù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能化切削加工技術(shù)領(lǐng)域，具體的是一種智能選擇切削參數(shù)的方法。
現(xiàn)有技術(shù)目前，B.Arezoo, K.Ridgway, A.M.A.Al-Ahmari 等人用 Prolog 語(yǔ)言開發(fā)了 ExpertComputer Aided Tool Selection System (EXCATS)系統(tǒng),它能分析和優(yōu)化切削工具和切削條件，用戶能通過(guò)修改系統(tǒng)以滿足個(gè)性化的需求。加拿大溫莎大學(xué)開發(fā)了基于零件特征進(jìn)行機(jī)床和刀具選擇的專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)用專家系統(tǒng)開發(fā)工具EXSYS進(jìn)行開發(fā)，知識(shí)表示采用產(chǎn)生式規(guī)則，推理方式為逆向推理。英國(guó)的DUNDEE大學(xué)開發(fā)了智能刀具選擇系統(tǒng)(ITS)，該系統(tǒng)包括知識(shí)庫(kù)、知識(shí)獲取處理、數(shù)據(jù)獲取處理等子系統(tǒng)，可利用知識(shí)庫(kù)中已有的信息或算術(shù)邏輯尋找最佳切削加工條件。中國(guó)的西北工業(yè)大學(xué)開發(fā)了宇航難加工材料切削專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)介紹了用人工智能技術(shù)在PC機(jī)上Turbo-Prolog環(huán)境下,建立一個(gè)能夠根據(jù)工件材料牌號(hào)判別其所屬種類及切削加工性，并能夠給出相應(yīng)的加工對(duì)策，它利用產(chǎn)生式表示法建立規(guī)則庫(kù)，并在判定材料類型模塊、推斷材料加工型模塊和推斷切削對(duì)策模塊時(shí)分別運(yùn)用正向推理、混合推理和反向推理作為推理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)宇航難加工材料切削方案的咨詢。但是，現(xiàn)有的這些技術(shù)還存在一些不足的地方，例如:
(1)開發(fā)語(yǔ)言專一且不易與其他程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言嵌套，使以專家系統(tǒng)為子系統(tǒng)的應(yīng)用系統(tǒng)(如DSS)開發(fā)受到影響；
(2)切削數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源于手冊(cè)、文獻(xiàn)，數(shù)據(jù)不夠優(yōu)化，對(duì)影響切削加工的因素考慮的不夠，不能夠全面地反映切削加工的過(guò)程；
(3)零件工藝信息的獲取較為單一，一般通過(guò)人機(jī)交互手工輸入，不夠智能化；
(4)推理機(jī)效率較低，不夠靈活；
(5)系統(tǒng)較為孤立，很少能與其它CAD/CAM系統(tǒng)集成在一起。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種智能選擇切削參數(shù)的方法，可實(shí)現(xiàn)切削參數(shù)的自動(dòng)和智能化選擇。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
一種智能選擇切削參數(shù)的方法，將機(jī)械加工技術(shù)與人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、編程技術(shù)結(jié)合在一起，其特征是，采用編程技術(shù)結(jié)合SQL語(yǔ)言系統(tǒng)平臺(tái)，采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，推理機(jī)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)，但推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)分離，將知識(shí)庫(kù)擴(kuò)充專家系統(tǒng)，其具體的決策步驟為:
(1)采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，針對(duì)用戶提供的切削初始事實(shí)進(jìn)行推理；
(2)根據(jù)加工特征選出符合要求的刀具；
(3)根據(jù)所選的刀具自動(dòng)計(jì)算加工余量； (4)針對(duì)各個(gè)加工過(guò)程選擇合理的切削用量參數(shù)；
(5)調(diào)用參數(shù)優(yōu)化模塊對(duì)選取的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法的積極效果是:
(I)采用編程技術(shù)結(jié)合SQL語(yǔ)言系統(tǒng)平臺(tái)，解決了不同格式零件信息的導(dǎo)入和零件工藝信息的識(shí)別，并實(shí)現(xiàn)了專家系統(tǒng)與其他CAD/CAM系統(tǒng)的集成。(2)本發(fā)明利用的數(shù)據(jù)不僅來(lái)自切削文獻(xiàn)和手冊(cè)，專家的經(jīng)驗(yàn)也得到了極大的體現(xiàn)，并且調(diào)用優(yōu)化算法對(duì)推薦的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，得到了合理、科學(xué)的切削參數(shù)。(3)用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)專家系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)和構(gòu)造推理機(jī)，對(duì)知識(shí)進(jìn)行有效的管理，同時(shí)也有利于推理機(jī)的工作，通過(guò)應(yīng)用程序與后臺(tái)聯(lián)接，方便了用戶對(duì)數(shù)據(jù)的操作，降低了數(shù)據(jù)的冗余，數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性較高。(4)優(yōu)化了工藝決策的過(guò)程，可用智能化決策系統(tǒng)取代人工決策，決策更科學(xué)，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本更低。


附圖1為本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法的決策步驟框 附圖2為本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的切削參數(shù)選擇應(yīng)用模塊界面；
附圖3為本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的刀片管理系統(tǒng)界面；
附圖4為本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的優(yōu)化系統(tǒng)界面；
附圖5為本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的知識(shí)庫(kù)管理系統(tǒng)界面；
圖中結(jié)構(gòu)包括規(guī)則表(Rule_List)、規(guī)則前提表(Rule_Pre)、規(guī)則結(jié)論表(Rule_Con)、事實(shí)庫(kù)(Fact_List)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖再具體解釋本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法。參見(jiàn)附圖2，本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法的總體技術(shù)方案
本發(fā)明將機(jī)械加工技術(shù)與人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、編程技術(shù)結(jié)合在一起，采用編程技術(shù)結(jié)合SQL語(yǔ)言系統(tǒng)平臺(tái)，采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，推理機(jī)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)，但推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)分離，將知識(shí)庫(kù)擴(kuò)充專家系統(tǒng)。本發(fā)明采用Visual C++編制主要應(yīng)用模塊:例:針對(duì)某典型軸類零件，其直徑、長(zhǎng)度為IOOmmX 160mm，材料為45#鋼，其他參數(shù)如I圖所示；當(dāng)用戶選擇切削參數(shù)選擇應(yīng)用模塊時(shí)，點(diǎn)擊圖1中的讀入特征信息按鈕，將自動(dòng)讀入零件的加工特征信息以及工件的相關(guān)信息、機(jī)床信息等并顯示在各相應(yīng)的編輯框當(dāng)中，當(dāng)點(diǎn)擊調(diào)用推理機(jī)按鈕時(shí)，后臺(tái)的專家系統(tǒng)推理機(jī)將依次對(duì)求解目標(biāo)進(jìn)行推理求解:首先，程序?qū)Φ毒卟牧线M(jìn)行推斷，其次，程序?qū)Φ镀那八奈淮a進(jìn)行推理；根據(jù)這二者的推理結(jié)果，系統(tǒng)在刀具庫(kù)中搜索符合條件的刀具型號(hào)，再自動(dòng)計(jì)算加工余量，然后根據(jù)已有條件推斷出合理的切削用量；最后調(diào)用優(yōu)化模塊對(duì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。具體設(shè)計(jì)步驟為(參見(jiàn)附圖1):
(O刀具材料的選擇
工件材料和加工性質(zhì)對(duì)刀具材料選擇的影響較大，因此賦予其較大的選擇權(quán)重，而其他的相關(guān)因素，如加工環(huán)境、機(jī)床等選用較小的權(quán)重。以此為原則歸納刀具材料選擇的專家經(jīng)驗(yàn)并存儲(chǔ)到規(guī)則庫(kù)中，然后根據(jù)實(shí)際獲得的初始事實(shí)并利用推理機(jī)推理確定刀具材料。(2)刀片型號(hào)前四位代碼 在刀片型號(hào)前四位的代碼中，
I號(hào)位表示車刀刀片的夾緊方式，它與加工條件、工件材料等有關(guān)；
2號(hào)位表示車刀刀片形狀，它與加工的對(duì)象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃數(shù)有關(guān)；
3號(hào)位表示車刀頭部形狀，它與主偏角有關(guān)；
4號(hào)位表示車刀刀片法后角，它與工藝系統(tǒng)剛性、工件材料有關(guān)。以此為原則歸納前四位刀具代碼選擇的專家經(jīng)驗(yàn)，將之存儲(chǔ)到規(guī)則庫(kù)中，然后根據(jù)實(shí)際獲得的初始事實(shí)并利用推理機(jī)推理確定前四位代碼。(3)切削刀具的選擇
根據(jù)推理得到的刀具材料和刀片型號(hào)前四位代碼，利用ADO技術(shù)連接訪問(wèn)刀具數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢符合條件的刀具(刀片管理系統(tǒng)如附圖3所示)。(4)切削用量的選取
切削用量包括切削速度(主軸轉(zhuǎn)速)、背吃刀量、進(jìn)給量。切削用量的大小對(duì)切削力、切削功率、刀具磨損、加工質(zhì)量和加工成本均有顯著影響。以專家經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際操作知識(shí)為依據(jù)，利用切削用量初選模塊初步確定切削深度值以及進(jìn)給量和切削速度的合理范圍值。切削用量的選擇原則是:首先是根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量，其次是根據(jù)已加工表面的粗糙度要求選取較小的進(jìn)給量，最后是在保證刀具使用壽命的前提下，盡可能選取較高的切削速度。然后以此為原則歸納切削用量選擇的專家經(jīng)驗(yàn)，將之存儲(chǔ)到規(guī)則庫(kù)中，然后根據(jù)實(shí)際獲得的初始事實(shí)并利用推理機(jī)推理確定切削用量。( 5 )切削參數(shù)優(yōu)化模塊
參見(jiàn)附圖4，調(diào)用參數(shù)優(yōu)化選項(xiàng)，選擇最高生產(chǎn)率、最低加工成本或者多目標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，并確定其他輔助加工時(shí)間和設(shè)備成本，點(diǎn)擊優(yōu)化按鈕，通過(guò)調(diào)用復(fù)合型優(yōu)化算法計(jì)算得到優(yōu)化后的參數(shù)。本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)的設(shè)計(jì)方案。采用基于規(guī)則方法表示知識(shí)，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)構(gòu)造推理機(jī)
產(chǎn)生式規(guī)則表示的基本形式是IF P THEN Q，其中P是產(chǎn)生式的前提，Q是一組結(jié)論或動(dòng)作。下面為本系統(tǒng)中用產(chǎn)生式表示的一條規(guī)則:
If (WpMateriaI==High-quaIity_carbon_steel)
(Turn_Mode==rough_turn)
(Process_Condition==good)
(IT==6)
Then (Tool_Material==YT15)
規(guī)則的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)將影響到搜索方式和搜索效率，為了符合推理的形式以及提高系統(tǒng)的效率，本發(fā)明將一條產(chǎn)生式規(guī)則拆分為條件、結(jié)論、置信度和描述(解釋)，規(guī)則庫(kù)分為刀具選擇規(guī)則庫(kù)和切削參數(shù)選擇規(guī)則庫(kù)，各規(guī)則庫(kù)由規(guī)則表(Rule_List)、條件構(gòu)成表(Rule_Pre)、結(jié)論構(gòu)成表( Rule_Con)、事實(shí)表(Fact_List)組成；將一條產(chǎn)生式規(guī)則拆分為條件、結(jié)論、置信度和描述(解釋)，將其用不同的表表示出來(lái)，再利用Sql表中主鍵和外鍵的關(guān)系，將其重新連接成產(chǎn)生式規(guī)則的結(jié)構(gòu)，以適用于推理。各表的組成字段如附圖5所示。本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的推理機(jī)的具體推理步驟為:
(I)在進(jìn)行推理之前,首先將規(guī)則表(Rule_ List)中的Rule_Act_Pres字段置為0，表示當(dāng)前所有規(guī)則的所有條件沒(méi)有一條被激活，同時(shí)，將規(guī)則表(Rule_List)的RUle_USed字段、條件構(gòu)成表(Rule_Pre)和結(jié)論構(gòu)成表(Rule_Con)的Fact_Act字段、事實(shí)表(Fact_List)的Fact_Known字段和黑板數(shù)據(jù)表(Blackboard)的FactJJsed字段設(shè)置為O ;(本推理程序?qū)⑽粗O(shè)置為0，已知設(shè)置為I)。(2)清空黑板數(shù)據(jù)表(Blackboard)，將獲得的初始事實(shí)和原始數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到黑板數(shù)據(jù)表(Blackboard),并設(shè)置已用標(biāo)識(shí)FactJJsed字段為I。(3)檢查黑板數(shù)據(jù)表(Blackboard)中是否已經(jīng)包含了問(wèn)題的解,若有,則求解結(jié)束，并成功退出；
否則執(zhí)行下一步。(4)判斷黑板數(shù)據(jù)表(Blackboard)是否存在一條事實(shí)所對(duì)應(yīng)的Fact_used字段為O，若不存在，則轉(zhuǎn)到7 ；
若存在，則將其置為1，同時(shí)將這些事實(shí)對(duì)應(yīng)的Fact_ID字段值存入到解釋表(Exp)中，并將事實(shí)表(Fact_List)中的相應(yīng)的事實(shí)的Fact_Known字段置為I。(5)針對(duì)已有事實(shí)，在條件構(gòu)成表(Rule_Pre)當(dāng)中查找相關(guān)前提事實(shí)，然后將條件構(gòu)成表(Rule_Pre)中相應(yīng)事實(shí)的Fact_Act字段置為T，表示該事實(shí)已被激活，同時(shí)將規(guī)則表(Rule_List)中該激活事實(shí)所對(duì)應(yīng)的規(guī)則的已激活規(guī)則條件數(shù)Rule_Act_Pres字段加一，然后判斷此激活事實(shí)對(duì)應(yīng)的規(guī)則條件數(shù)RUle_Pre_NUmS字段和已激活規(guī)則條件數(shù)RUle_Act_Pres字段是否相等，若不相等，則說(shuō)明該規(guī)則的所有條件尚未全部滿足，則轉(zhuǎn)到4 ；
若相等，則執(zhí)行下一步。(6)將規(guī)則表(Rule_List)中該規(guī)則的Rule_used字段置為1，然后將結(jié)論構(gòu)成表(Rule_Con)中相應(yīng)規(guī)則號(hào)對(duì)應(yīng)的結(jié)論Fact_Act字段置為1，同時(shí)將事實(shí)表(Fact_List)中相應(yīng)的事實(shí)的Fact-Known字段置為1，然后將該事實(shí)添加到全局?jǐn)?shù)據(jù)表，然后轉(zhuǎn)到3。(7)詢問(wèn)用戶是否可進(jìn)一步補(bǔ)充新的事實(shí)，若可補(bǔ)充，則轉(zhuǎn)到2 ;
否則表示求不出解，推理失敗。本發(fā)明智能選擇切削參數(shù)的方法采用的系統(tǒng)可以集成到上海電氣集團(tuán)中央研究院自主開發(fā)的SE300數(shù)控系統(tǒng)中，并作為其配套系統(tǒng)，這對(duì)SE300數(shù)控系統(tǒng)的完善、推廣應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作產(chǎn)生了積極的作用，對(duì)自主研發(fā)智能化數(shù)控系統(tǒng)有重要的意義。
權(quán)利要求
1.一種智能選擇切削參數(shù)的方法，將機(jī)械加工技術(shù)與人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、編程技術(shù)結(jié)合在一起，其特征在于，采用編程技術(shù)結(jié)合SQL語(yǔ)言系統(tǒng)平臺(tái)，采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，推理機(jī)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)，但推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)分離，將知識(shí)庫(kù)擴(kuò)充專家系統(tǒng)，其具體的決策步驟為: (1)采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，針對(duì)用戶提供的切削初始事實(shí)進(jìn)行推理； (2)根據(jù)加工特征選出符合要求的刀具； (3)根據(jù)所選的刀具自動(dòng)計(jì)算加工余量； (4)針對(duì)各個(gè)加工過(guò)程選擇合理的切削用量參數(shù)； (5)調(diào)用參數(shù)優(yōu)化模塊對(duì)選取的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。
全文摘要
本發(fā)明涉及智能化切削加工技術(shù)，是一種智能選擇切削參數(shù)的方法，它將機(jī)械加工技術(shù)與人工智能技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、編程技術(shù)結(jié)合在一起，采用編程技術(shù)結(jié)合SQL語(yǔ)言系統(tǒng)平臺(tái)，采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，推理機(jī)結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)，但推理機(jī)與知識(shí)庫(kù)分離，將知識(shí)庫(kù)擴(kuò)充專家系統(tǒng)，其具體的決策步驟為①采用基于規(guī)則推理的技術(shù)，針對(duì)用戶提供的切削初始事實(shí)進(jìn)行推理；②根據(jù)加工特征選出符合要求的刀具；③根據(jù)所選的刀具自動(dòng)計(jì)算加工余量；④針對(duì)各個(gè)加工過(guò)程選擇合理的切削用量參數(shù)；⑤調(diào)用參數(shù)優(yōu)化模塊對(duì)選取的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。其積極效果是解決了不同格式零件信息的導(dǎo)入和零件工藝信息的識(shí)別，優(yōu)化了工藝決策過(guò)程。
文檔編號(hào)G05B19/4093GK103105822SQ20111035363
公開日2013年5月15日 申請(qǐng)日期2011年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月10日
發(fā)明者黃李沖, 于忠海, 陳 田 申請(qǐng)人:上海電機(jī)學(xué)院, 上海電氣集團(tuán)股份有限公司中央研究院