一種數(shù)控加工刀具智能選擇方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)控加工刀具智能選擇方法及其系統(tǒng)，系統(tǒng)由零件加工信息錄入模塊、刀具類型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊、切削加工實(shí)例庫管理模塊塊以及切削加工實(shí)例檢索配置模塊組成，通過向本發(fā)明系統(tǒng)輸入加工零件的相關(guān)信息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輸出實(shí)例庫中加工該類似零件所使用的刀具，工藝人員只需直接調(diào)用或適當(dāng)修改刀具的幾何參數(shù)便可以直接使用及加工，方便快捷，大大降低了對(duì)操作人員的專業(yè)化要求。
【專利說明】一種數(shù)控加工刀具智能選擇方法及其系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明及刀具選擇系統(tǒng)，尤其涉及一種基于規(guī)則推理（RBR)及實(shí)例推理（CBR)的 數(shù)控加工刀具智能選擇方法及其系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 刀具是生產(chǎn)制造系統(tǒng)中的重要組成部分，合理的刀具選擇對(duì)零件加工的幾何形 狀，尺寸精度，表面質(zhì)量及加工成本等方面具有很大影響。近年來，隨著機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，客 戶對(duì)產(chǎn)品的要求越來越高，伴隨而來的是零件的加工要求不斷提高，零件的種類也越來越 多。為了滿足零件的加工要求，生產(chǎn)中所使用的各類刀具的種類也越來越多。這就導(dǎo)致在 生產(chǎn)之前，刀具的準(zhǔn)備工作越來越復(fù)雜，對(duì)工藝人員的專業(yè)化要求也越來越高。因此，基于 上述問題，對(duì)刀具的智能選擇進(jìn)行研究有著重要的實(shí)際意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本 申請(qǐng)人:針對(duì)上述現(xiàn)有問題，進(jìn)行了研究改進(jìn)，提供一種數(shù)控加工刀具智能選擇 方法及其系統(tǒng)，該方法基于相集成的規(guī)則推理和實(shí)例推理，充份利用現(xiàn)有加工經(jīng)驗(yàn)，快速有 效的選擇出符合加工要求的刀具。
[0004] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0005] -種數(shù)控加工刀具智能選擇方法，包括以下步驟：
[0006] 第一步：向零件加工信息錄入模塊中錄入加工零件的信息，其中錄入加工零件的 信息包括零件自身的固有屬性、零件的加工性質(zhì)以及零件的加工要求屬性三大類；
[0007] 第二步：將第一步錄入的零件自身的固有屬性、零件的加工性質(zhì)，結(jié)合刀具類型及 材料選擇規(guī)則庫管理模塊并通過規(guī)則推理得出所需選擇刀具的刀具類型及刀具材料；
[0008] 第三步：將第一步錄入的零件的加工性質(zhì)、第二步所得刀具類型及刀具材料，通過 切削加工實(shí)例庫管理模塊進(jìn)行初步檢索，得出候選實(shí)例集；
[0009] 第四步：利用切削加工實(shí)例檢索匹配模塊將第一步錄入零件的加工要求屬性結(jié)合 實(shí)例推理與第三步所得候選實(shí)例集進(jìn)行相似度匹配，從切削加工實(shí)例庫管理模塊中檢索匹 配出與錄入加工零件信息相似度最高的實(shí)例。
[0010] 其進(jìn)一步技術(shù)方案在于：
[0011] 所述零件自身的固有屬性由零件的加工特征及零件材質(zhì)組成；所述零件的加工要 求屬性由零件特征尺寸、加工精度范圍以及加工表面粗糙度組成；
[0012] 所述刀具類型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊包含規(guī)則前提管理模塊，規(guī)則體管理模 塊，規(guī)則結(jié)論管理模塊；規(guī)則前提管理模塊用于存儲(chǔ)零件加工特征、零件材質(zhì)、零件的加工 性質(zhì)；規(guī)則結(jié)論管理模塊用于存儲(chǔ)相應(yīng)的刀具類型、刀具材料；規(guī)則體管理模塊，則用來存 儲(chǔ)規(guī)則，所述規(guī)則為規(guī)則前提與規(guī)則結(jié)論之間的對(duì)應(yīng)映射關(guān)系。
[0013] -種數(shù)控加工刀具智能選擇系統(tǒng)，由零件加工信息錄入模塊、刀具類型及材料選 擇規(guī)則庫管理模塊、切削加工實(shí)例庫管理模塊塊以及切削加工實(shí)例檢索配置模塊組成，所 述零件加工信息錄入模塊用于獲取加工零件的信息；刀具類型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊 用于對(duì)獲取加工零件的信息進(jìn)行規(guī)則推理并得出規(guī)則結(jié)論；切削加工實(shí)例庫管理模塊用于 存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)中已有的加工實(shí)例；切削加工實(shí)例檢索匹配模塊根據(jù)錄入加工信息、以及 依據(jù)規(guī)則推理得出的規(guī)則結(jié)論從切削加工實(shí)例庫中檢索匹配出與錄入問題最相似的實(shí)例， 并直接調(diào)用或適當(dāng)修改實(shí)例所用刀具的幾何參數(shù)作為錄入問題的解。
[0014] 本發(fā)明的有益效果如下：
[0015] 本發(fā)明充分利用企業(yè)現(xiàn)有的加工信息，通過向本發(fā)明系統(tǒng)輸入加工零件的相關(guān)信 息，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)輸出實(shí)例庫中加工該類似零件所使用的刀具，工藝人員只需直接調(diào)用或適 當(dāng)修改刀具的幾何參數(shù)便可以直接使用及加工，方便快捷，大大降低了對(duì)操作人員的專業(yè) 化要求。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為本發(fā)明方法的流程示意圖。
[0017] 圖2為刀具類型及材料選擇規(guī)則庫中的部分表格結(jié)構(gòu)及映射圖。
[0018] 圖3為切削加工實(shí)例庫管理模塊的示意圖。
[0019] 圖4SX< V時(shí)，計(jì)算區(qū)間屬性相似度的高斯函數(shù)分布圖（X，_y表示區(qū)間中值，u 表示區(qū)間的長度）。
[0020] 圖5為時(shí)，計(jì)算區(qū)間屬性相似度的高斯函數(shù)分布圖。
[0021] 圖6為X = _y時(shí)，計(jì)算區(qū)間屬性相似度的高斯函數(shù)分布圖。

【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖，說明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0023] -種數(shù)控加工刀具智能選擇方法及其系統(tǒng)，包括以下步驟：
[0024] 第一步：向零件加工信息錄入模塊中錄入加工零件的信息，其中錄入加工零件的 信息包括零件自身的固有屬性、零件的加工性質(zhì)以及零件的加工要求屬性三大類；其中零 件自身的固有屬性由零件的加工特征（車外圓、銑平面、銑槽、鉆孔、絞孔等）、零件材質(zhì) (40Cr、45#等）組成；零件的加工性質(zhì)（粗加工、半精加工、精加工）組成；而零件的加工要 求屬性則由零件特征尺寸（長度、寬度、曲率半徑、槽寬、槽深等）、加工精度范圍及加工表 面粗糙度組成。
[0025] 第二步：將第一步錄入的零件自身的固有屬性、零件的加工性質(zhì)，結(jié)合刀具類型及 材料選擇規(guī)則庫管理模塊并通過規(guī)則推理得出所需選擇刀具的刀具類型及刀具材料。
[0026] 上述規(guī)則推理（RBR)是指對(duì)相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜以谄漕I(lǐng)域內(nèi)實(shí)踐、研究經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，這 種經(jīng)驗(yàn)通過一定的編碼方式提取、歸納，內(nèi)置到規(guī)則中，并以規(guī)則的形式表現(xiàn)出來。其知識(shí) 表達(dá)通常采用產(chǎn)生式，表達(dá)形式為IF (條件滿足），THEN (動(dòng)作執(zhí)行），上述規(guī)則推理為已有 公知技術(shù)。
[0027] 上述刀具類型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊用于存儲(chǔ)和維護(hù)生產(chǎn)上根據(jù)所零件的 加工特征、零件材質(zhì)、零件的加工性質(zhì)與所選用刀具之間的關(guān)系總結(jié)出來的規(guī)則。刀具類型 的選擇主要取決于零件的加工性質(zhì)和零件加工特征，刀具材料的選擇則主要由零件加工性 質(zhì)和零件材質(zhì)決定。
[0028] 根據(jù)上述原則建立刀具類型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊，規(guī)則庫管理模塊的部分 表格結(jié)構(gòu)如圖2所示，刀具類型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊包含三個(gè)子模塊：規(guī)則前提管 理模塊，規(guī)則體管理模塊，規(guī)則結(jié)論管理模塊。規(guī)則前提管理模塊用于存儲(chǔ)零件加工特征、 零件材質(zhì)、零件的加工性質(zhì)等前提條件。規(guī)則結(jié)論管理模塊用于存儲(chǔ)相應(yīng)的刀具類型、刀具 材料等信息。規(guī)則體管理模塊，則用來存儲(chǔ)具體的規(guī)則，即規(guī)則前提與規(guī)則結(jié)論之間的對(duì)應(yīng) 映射關(guān)系。如圖2所示，規(guī)則前提和規(guī)則結(jié)論通過規(guī)則體連接，即在滿足規(guī)則前提的條件 下，通過規(guī)則體的規(guī)則映射匹配，得到最終的規(guī)則結(jié)論。
[0029] 第三步：將第一步錄入的零件的加工性質(zhì)、第二步所得刀具類型及刀具材料這三 個(gè)屬性作為初始索引條件，先進(jìn)入切削加工實(shí)例庫管理模塊中進(jìn)行檢索，檢索出初步滿足 要求的候選實(shí)例集，由此在實(shí)例推理前對(duì)實(shí)例庫進(jìn)行了一次預(yù)判，大大提高了實(shí)例獲取的 精確度，且使獲取的實(shí)例集合規(guī)模大為縮小，使實(shí)例推理更具針對(duì)性。
[0030] 其中切削加工實(shí)例庫管理模塊用于存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)中已有加工實(shí)例的相關(guān)信息 知識(shí)。已有加工實(shí)例的管理通常包含實(shí)例的組織表示和實(shí)例的存儲(chǔ)維護(hù)兩個(gè)方面的內(nèi)容。 其中實(shí)例的組織表示是實(shí)例推理中最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)，其表示的好壞對(duì)實(shí)例推理的效率和 應(yīng)用范圍影響很大。采用面向?qū)ο蟮闹R(shí)表示方法來表示零件加工中的刀具選擇實(shí)例，建 立了如下的實(shí)例模型：Case (Q, R) = Case [ (ql, q2,......, qn), (rl, r2,......, rn)],其中：Q = (ql, q2,......, qn), Q是實(shí)例的問題描述部分，qi包括零件特征、零件材質(zhì)、加工性質(zhì)、特征 尺寸、精度范圍、表面粗糙度等；R = (rl, r2,......, rn)，R是問題的解決方案部分，ri包括 使用何種刀具、刀具物料組成、加工切削參數(shù)等。綜上所述一個(gè)實(shí)例包含問題描述和問題解 決方法兩方面的內(nèi)容。實(shí)例的存儲(chǔ)維護(hù)是指根據(jù)實(shí)例的組織表示結(jié)構(gòu)將實(shí)例存入系統(tǒng)數(shù)據(jù) 庫，為便于后期的檢索維護(hù)，對(duì)實(shí)例按照一定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行層次分類存儲(chǔ)。
[0031] 如圖3所示，切削加工實(shí)例庫管理模塊中第一層按照零件加工類型進(jìn)行分類，零 件加工類型主要由車削、銑削、鉆削、鏜削等等組成，同時(shí)對(duì)零件不同的加工類型給與不同 的編碼代號(hào)（如車C，銑X，鉆Z，鏜T，磨M，鉸J，拉L，刨B，插H，攻絲G等）。第二層則按照 零件的形狀特征進(jìn)行分類（零件的形狀特征例如平面、曲面、槽、孔等），同樣對(duì)上述零件不 同的形狀特征進(jìn)行編碼代號(hào)（例如平面P、側(cè)面E、曲面Q、槽C，孔K，螺紋L，倒角D)，將上述 特征以一定的編碼規(guī)則編入案例編號(hào)，便于后期對(duì)實(shí)例庫進(jìn)行檢索和維護(hù)，例如XP00001， 其中XP代表加工特征為銑削平面，00001代表實(shí)例流水號(hào)。
[0032] 第四步：通過切削加工實(shí)例檢索匹配模塊將第一步錄入的零件的加工要求屬性結(jié) 合實(shí)例推理與第三步所得候選實(shí)例集進(jìn)行相似度匹配，從切削加工實(shí)例庫管理模塊中檢索 匹配出與錄入加工零件信息相似度最高的實(shí)例。
[0033] 實(shí)例推理（CBR)是指在已有切削加工實(shí)例庫管理模塊中找到與當(dāng)前加工問題最 相似的實(shí)例，通過直接調(diào)用或修改過去解決問題的方法、來形成現(xiàn)在新問題的解決方法。其 核心在于用過去求解問題的經(jīng)驗(yàn)來解決當(dāng)前新問題?；静襟E為：問題描述、實(shí)例檢索、實(shí) 例修改、實(shí)例復(fù)用。
[0034] 由于第三步中已經(jīng)進(jìn)行了初步檢索，因此在該步驟中只需要對(duì)候選實(shí)例集中的實(shí) 例屬性進(jìn)行相似度匹配（即實(shí)例匹配），需要進(jìn)行相似度匹配（實(shí)例匹配）的實(shí)例屬性為零 件的加工要求屬性，而零件的加工要求屬性又包括零件特征尺寸、加工精度范圍、加工表面 粗糙度，其中零件特征尺寸和加工表面粗糙度是模糊數(shù)字型屬性，而加工精度范圍是模糊 區(qū)間型屬性，采用基于模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)理論的相似度計(jì)算方法，選擇典型高斯函數(shù)作為 隸屬函數(shù)來計(jì)算實(shí)例屬性間的相似度，能有效計(jì)算出實(shí)例和錄入問題之間數(shù)字型和區(qū)間型 屬性的相似度。對(duì)于模糊數(shù)字型屬性μ s(z)的相似度計(jì)算方法，其計(jì)算公式為：
[0035]

【權(quán)利要求】
1. 一種數(shù)控加工刀具智能選擇方法，其特征在于包括以下步驟： 第一步：向零件加工信息錄入模塊中錄入加工零件的信息，其中錄入加工零件的信息 包括零件自身的固有屬性、零件的加工性質(zhì)以及零件的加工要求屬性三大類； 第二步：將第一步錄入的零件自身的固有屬性、零件的加工性質(zhì)，結(jié)合刀具類型及材料 選擇規(guī)則庫管理模塊并通過規(guī)則推理得出所需選擇刀具的刀具類型及刀具材料； 第三步：將第一步錄入的零件的加工性質(zhì)、第二步所得刀具類型及刀具材料，通過切削 加工實(shí)例庫管理模塊進(jìn)行初步檢索，得出候選實(shí)例集； 第四步：利用切削加工實(shí)例檢索匹配模塊將第一步錄入零件的加工要求屬性結(jié)合實(shí)例 推理與第三步所得候選實(shí)例集進(jìn)行相似度匹配，從切削加工實(shí)例庫管理模塊中檢索匹配出 與錄入加工零件信息相似度最高的實(shí)例。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控加工刀具智能選擇方法，其特征在于：所述零件自身 的固有屬性由零件的加工特征及零件材質(zhì)組成；所述零件的加工要求屬性由零件特征尺 寸、加工精度范圍以及加工表面粗糙度組成。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種數(shù)控加工刀具智能選擇方法，其特征在于：所述刀具類型 及材料選擇規(guī)則庫管理模塊包含規(guī)則前提管理模塊，規(guī)則體管理模塊，規(guī)則結(jié)論管理模塊； 規(guī)則前提管理模塊用于存儲(chǔ)零件加工特征、零件材質(zhì)、零件的加工性質(zhì)；規(guī)則結(jié)論管理模塊 用于存儲(chǔ)相應(yīng)的刀具類型、刀具材料；規(guī)則體管理模塊，則用來存儲(chǔ)規(guī)則，所述規(guī)則為規(guī)則 前提與規(guī)則結(jié)論之間的對(duì)應(yīng)映射關(guān)系。
4. 一種數(shù)控加工刀具智能選擇系統(tǒng)，其特征在于：由零件加工信息錄入模塊、刀具類 型及材料選擇規(guī)則庫管理模塊、切削加工實(shí)例庫管理模塊塊以及切削加工實(shí)例檢索配置模 塊組成，所述零件加工信息錄入模塊用于獲取加工零件的信息；刀具類型及材料選擇規(guī)則 庫管理模塊用于對(duì)獲取加工零件的信息進(jìn)行規(guī)則推理并得出規(guī)則結(jié)論；切削加工實(shí)例庫管 理模塊用于存儲(chǔ)和管理系統(tǒng)中已有的加工實(shí)例；切削加工實(shí)例檢索匹配模塊根據(jù)錄入加工 信息、以及依據(jù)規(guī)則推理得出的規(guī)則結(jié)論從切削加工實(shí)例庫中檢索匹配出與錄入問題最相 似的實(shí)例，并直接調(diào)用或適當(dāng)修改實(shí)例所用刀具的幾何參數(shù)作為錄入問題的解。
【文檔編號(hào)】G06F17/30GK104267671SQ201410500536
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】吉衛(wèi)喜, 錢德成, 孫斌, 堵士俊, 王煜 申請(qǐng)人:江南大學(xué)