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(lái)源:仿真在線
羅能武 胡仲勛 來(lái)源:萬(wàn)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(lái),麻花鉆的設(shè)計(jì)大多是靠工程師的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行,在設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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(lái)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(lái),并結(jié)合麻花鉆三維建模技術(shù),利用知識(shí)工程語(yǔ)言(UG/KF)、UIstyler、Menuseript工具來(lái)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(guò)程;②KBE是領(lǐng)域?qū)＜抑R(shí)的總結(jié)和集成的過(guò)程;③KBE是CAD/CAM/CAE技術(shù)與AI技術(shù)的綜合與集成過(guò)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(guò)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(guò)客戶的輸入和規(guī)劃、詳細(xì)說(shuō)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(guò)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(wú)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(lái)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(kù)驅(qū)動(dòng)幾何模型的過(guò)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(yǔ)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(kù)(產(chǎn)品實(shí)例庫(kù)、工程數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)計(jì)規(guī)則庫(kù)、設(shè)計(jì)參數(shù)庫(kù))及其管理模塊、三維實(shí)體模塊等組成,其中,知識(shí)庫(kù)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(guò)編輯純文本的Menu(菜單腳本文件,文件的擴(kuò)展名為.men)來(lái)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(wú)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(guò)程中便于排屑,鉆溝輪廓須采用平滑的圓弧連接起來(lái),這樣才能保證切屑在沿螺旋槽向外排出的過(guò)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(yǔ)言編程來(lái)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(lái)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(lái)調(diào)出此對(duì)話框。通過(guò)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(guò)程的自動(dòng)化,產(chǎn)品的系列化;在產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)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(guò)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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