知識工程在麻花鉆三維CAD中的應用

2013-05-15 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

羅能武胡仲勛來源:萬方數據
關鍵字:知識工程 UG/KF 麻花鉆 3D CAD
介紹了KBE技術的內涵,闡述了知識驅動下的產品開發(fā)原理。將KBE技術應用于麻花鉆的三維設計中,建立了麻花鉆三維設計的KBE系統框架。在此基礎上,運用UG/KF、Ulstyler、Menuseript工具開發(fā)了麻花鉆三維CAD模塊,并給出了設計實例。

在機械加工中,孔加工占機械加工的比例在30%以上,特別是在汽車與航空等行業(yè)中麻花鉆的應用極為廣泛。由于長期以來,麻花鉆的設計大多是靠工程師的經驗來進行,在設計過程中,難免會出現重復性的工作,從而降低了設計效率。同時通常的設計都是在二維圖紙上進行設計,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控刃磨加工及利用一些分析軟件對麻花鉆的鉆削過程進行分析。文獻[1]介紹了在微機上開發(fā)的麻花鉆CAD/CAM系統的總體結構及各功能模塊,但是開發(fā)出來的只是麻花鉆的二維模塊。文獻[2,3]介紹了在UG環(huán)境下麻花鉆的三維建模方法,但是建模時間長,不能實現麻花鉆的三維快速設計。因此,下面采用知識工程(KBE)技術,將麻花鉆設計的相關知識和設計人員在長期工作中積累的經驗運用到麻花鉆設計中來,并結合麻花鉆三維建模技術,利用知識工程語言(UG/KF)、UIstyler、Menuseript工具來實現麻花鉆三維圖形的變參數設計,從而實現產品的快速設計。

1 知識工程KBE技術

KBE是一種存儲并處理與產品模型有關的知識,且基于產品模型的計算機軟件系統。其技術內涵可總結為:①KBE是關于設計、制造等的處理過程;②KBE是領域專家知識的總結和集成的過程;③KBE是CAD/CAM/CAE技術與AI技術的綜合與集成過程。

KBE的本質是“再利用”。即將知識創(chuàng)造性地應用到一個工業(yè)產品的設計開發(fā)和生產制造的過程中,充分利用各種實踐經驗、專家知識以及其他有關的信息。這些“知識”可能以很多種形式存在,如:①電子計算表格(Spreadsheets);②手冊;③工程計算公式;④專用軟件;⑤設計人員的主觀判斷和經驗。

在基于KBE技術的產品設計中,知識是驅動力,構型和工程規(guī)則驅動幾何。具體知識驅動下的產品開發(fā)方法為:設計師在商品化軟件平臺上進行產品開發(fā)時,可以通過客戶的輸入和規(guī)劃、詳細說明、預先定義好的幾何約束生成詳細的幾何CAD模型或通過調用已存在的設計實例或工程規(guī)則就可以完成產品的方案或詳細設計,用戶只須輸入、改變工程參數或與設計相關的其他參數或添加、修改工程規(guī)則,而無須關心CAD系統的具體功能,系統就會根據這些工程規(guī)則來計算工程參數或相關參數對產品幾何參數的影響,從而驅動最終的幾何造型。其原理如圖1所示。

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圖1知識庫驅動幾何模型的過程

由于UG/KF是將KBE技術與UG系統集成的高級技術,它可以將產品知識、專家經驗和一些重復工作直接構架于模型中,實現知識的再利用,因此本文選擇UG/KF語言作為麻花鉆三維CAD研究平臺。

2 麻花鉆的三維CAD模塊開發(fā)

2.1麻花鉆KBE系統框架的組成

麻花鉆的KBE系統主要由人機界面、知識庫(產品實例庫、工程數據庫、設計規(guī)則庫、設計參數庫)及其管理模塊、三維實體模塊等組成,其中,知識庫是KBE系統的核心,存儲著大量領域專家的經驗和知識、及已知的事實和采用這些知識的規(guī)則數據。其系統框架如圖2所示。

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圖2麻花鉆三維設計的KBE系統框架

2.2系統界面開發(fā)

系統采用UG提供的兩個模塊MenuScript和UIStyler進行菜單、對話框設計。在磁盤下(比如c盤)建立一個名為TDclass的文件夾,并在該文件夾下建立三個子文件夾,分別命名為:Dfa、Startup、Application。通過編輯純文本的Menu(菜單腳本文件,文件的擴展名為.men)來創(chuàng)建麻花鉆三維設計的主菜單及下拉菜單(見圖4)。利用UIStyler(文件的擴展名為.dig)的可視化環(huán)境快速生成“麻花鉆三維設計”對話框(如圖5所示),保證.dig和.dfa文件的文件名相同,從而實現程序與界面的連接。各應用程序的放置如圖3所示的目錄結構:

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圖3應用程序結構

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圖4麻花鉆三維設計系統菜單

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圖5麻花鉆三維設計對話框

再在UG安裝目錄下的ugii—env.dat文件中增加一個人口:

UGII_USER—DIR=C:\TD class

此時,麻花鉆三維CAD模塊便可以無縫集成到UG中。

2.3設計實例

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產生裂紋,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語言編程來實現麻花鉆的三維幾何造型。

打開UG,點擊“麻花鉆三維設計”(如圖4)來調出圖5所示的“麻花鉆三維設計”對話框,也可以打開“知識融合”工具條,點擊當中的“應用”按鈕來調出此對話框。通過修改對話框中的一些參數,便可以得到不同型號的麻花鉆三維模型。圖6和圖7為不同半徑和鉆心半徑的麻花鉆(β=300°2φ=118°)。

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