機床夾具智能化設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā)

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1、機床夾具智能化設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā)哈爾濱石油學(xué)院機械電子工程系黑龍江哈爾濱150028摘要：具方案設(shè)計專家系統(tǒng)是實現(xiàn)夾具設(shè)計自動化的有效途徑。木文重點討論了機床夾具智能化設(shè)計系統(tǒng)的研究與開發(fā)。知識表示是實現(xiàn)機床夾具智能化設(shè)計系統(tǒng)的的關(guān)鍵技術(shù)之一，以下提出了把幾種單一知識表示方法按照木體的原理組成一種基于立體混合型的知識表示方法，并將其應(yīng)用在機床夾具智能化設(shè)計系統(tǒng)中，大大地提高了產(chǎn)品的設(shè)計效率。并基于特征的回轉(zhuǎn)體零件信息描述，夾具方案設(shè)計專家系統(tǒng)和夾具裝配圖設(shè)計等技術(shù)，并開發(fā)了專用夾具設(shè)計原型系統(tǒng)SFDSo關(guān)鍵詞：機床夾具；設(shè)計系統(tǒng)；研究與開發(fā)傳統(tǒng)的機床夾具設(shè)計系統(tǒng)是夾具設(shè)計人員

2、通過經(jīng)驗法和類比法進行設(shè)計的。這需要查閱大量的資料和手冊，通過手工計算，再用筆繪制機床夾具的裝配圖和零件圖。傳統(tǒng)的設(shè)計方法勞動強度大，設(shè)計周期長，效率低，而所設(shè)計的機床夾具標(biāo)準(zhǔn)化、通用化程度低。因此，傳統(tǒng)的機床夾具設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足市場快速多變的要求，甚至成為了制約現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的瓶頸。因此，采用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)機床夾具設(shè)計的智能化，將會大大提高機床夾具設(shè)計的質(zhì)量和自動化程度。1機床夾具的概念及其作用夾具是在機械加工、焊接、檢驗、熱處理、裝配等工藝過程中，用以固定加工對象，使之占有正確位置，以便保證產(chǎn)品質(zhì)量，并提高生產(chǎn)率的一種工藝裝備。而機床夾具是金屬切削機床上使用的夾具

3、，在機械加工中應(yīng)用最為廣泛。在機床上加工工件時，必須用夾具裝好夾牢工件。將工件裝好就是在機床上確定工件相對于刀具的正確位置，這一過程稱為定位。將工件夾牢，就是對工件施加夾緊力，保證工件正確的定位位置在加工的過程中不受外力的影響而始終保持不變。總的來說機床夾具的作用就是保證加工精度，使一批工件加工質(zhì)量穩(wěn)定，減少廢品；縮短輔助吋間，提高勞動生產(chǎn)率；擴大機床的工藝范圍；在特種零件的加工中起著特殊的作用；平衡生產(chǎn)節(jié)拍，以便組織流水線生產(chǎn)。2機床夾具智能設(shè)計系統(tǒng)2.1機床夾具智能設(shè)計系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，機床的精度和性能得到人幅度提升，為各種高性能復(fù)雜零部件

4、的加工提供了裝備保證。與此同吋，近年來數(shù)字化制造的研究成果為加工工藝參數(shù)的合理選擇和優(yōu)化提供了理論支承。機床夾具設(shè)計質(zhì)量成為影響工件加工質(zhì)量的重要因素。哈爾濱工業(yè)人學(xué)的金天國等人給出了自動確定和求解裝配中元件尺寸或位置的啟發(fā)式算法。介紹了參與裝配零件的標(biāo)定方法和裝配時匹配關(guān)系與裝配模型的表達方法，討論了生成方向匹配鏈和方向約束鏈的方法，根據(jù)方向約束鏈和工程約束列出關(guān)于零件尺寸和位置的約束方程組。該方法能使設(shè)計者在計算機輔助裝配設(shè)計時對零件的尺寸和位置進行調(diào)節(jié)，從而使設(shè)計者較為全面地考慮裝配關(guān)系。孫中華等人為提高箱體類零件夾具定位機構(gòu)設(shè)計的智能化水平，提出了箱體類零件夾具定位機構(gòu)

5、設(shè)計的種智能化方法，設(shè)計了夾具定位機構(gòu)智能化設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)，采用基于規(guī)則與模糊綜合評判算法相結(jié)合的方法確定定位方案及定位基準(zhǔn)面，建立了選取箱體類零件定位件的知識庫，并應(yīng)用知識樹通過推理選取定位元件。2.2機床夾具智能設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)難點機床夾具是針對某種特定零件的特定工序設(shè)計的，當(dāng)產(chǎn)品更新或加工對象稍有改變吋，它很難重新改裝，往往需要另行設(shè)計制造，所以對于這類產(chǎn)品的三維計算機輔助設(shè)計提高的設(shè)計效率并不十分可觀，導(dǎo)致了其在今天二維轉(zhuǎn)三維的熱潮中，仍然原地踏步。另外一個原因就是對于機床夾具的設(shè)計找不到有“任何規(guī)律”的夾具體和靈活性”零件等來組成定位元件、導(dǎo)向元件和夾緊機構(gòu)等通用件，雖

6、然在計算機輔助的智能設(shè)計系統(tǒng)中，那些通用件是很容易實現(xiàn)的，但是夾具體這種“靈活性”零件是隨著被加工件的改變而改變，又隨著定位、導(dǎo)向、夾緊等通用件選擇和定位的不同而變化的，其實現(xiàn)智能設(shè)計存在著一定的困難。所以機床夾具的智能化設(shè)計系統(tǒng)的研發(fā)是有一定難度的。2.3機床夾具智能設(shè)計系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專用夾具設(shè)計是一個復(fù)雜問題，不僅需要選擇定位元件、導(dǎo)向元件和夾緊元件等其他裝置或元件，并進行精度分析和夾緊力校核，而且需要進行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，最后繪制出夾具裝配圖和零件圖。根據(jù)出產(chǎn)品的功能要求，在進行產(chǎn)品設(shè)計吋，工程技術(shù)人員需要參閱大量的技術(shù)資料、相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，以及以往相似的設(shè)計方法和經(jīng)驗，進行綜

7、合性的比較、計算、推理和評價，這個過程是以知識庫為信息傳輸?shù)?。因此，機床夾具智能化設(shè)計系統(tǒng)中包含了通用件庫、數(shù)據(jù)庫、夾具實例庫、及模型庫等在內(nèi)的知識庫系統(tǒng)。系統(tǒng)再根據(jù)獲取的零件信息和工序信息，進行決策，選擇定位件、夾緊件等，然后進行夾具結(jié)構(gòu)布置設(shè)計，并輸出設(shè)計結(jié)果。裝配圖的設(shè)計是根據(jù)生成的夾具設(shè)計方案自動生成裝配圖。但自動生成的裝配圖是不完善的，還不能滿足實用要求，因此系統(tǒng)提供了一交互設(shè)計工具,對裝配圖進行編輯修改。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對夾具元件庫、裝配圖庫和零件圖庫等進行統(tǒng)一的管理與維護。2.4