機(jī)床夾具智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)

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1、機(jī)床夾具智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)第16卷　第3期1997年　　5月機(jī)械科學(xué)與技術(shù)MECHANICALSCIENCETECHNOLOGYVol.16　No.3May　　1997..田錫天機(jī)床夾具智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)*田錫天(西北工業(yè)大學(xué)　西安　710072)摘　要　夾具方案設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)夾具設(shè)計(jì)自動(dòng)化的有效途徑。本文重點(diǎn)討論了機(jī)床夾具智能化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),基于特征的回轉(zhuǎn)體零件信息描述,夾具方案設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng)和夾具裝配圖設(shè)計(jì)等技術(shù),并開(kāi)發(fā)了專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)SFDS。關(guān)鍵詞　夾具　CAD　專(zhuān)家系統(tǒng)　特征中圖號(hào)　TP39.72引　言?shī)A具是制

2、造企業(yè)中重要的基本工藝裝備,廣泛使用于加工、檢驗(yàn)和裝配等制造過(guò)程中。然而在CAD/CAM技術(shù)廣泛使用,CIMS大力發(fā)展的今天,夾具設(shè)計(jì)卻仍處于傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)階段,這不僅影響夾具設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量,而且不能滿足CAD/CAM集成的需要。計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì)(ComputerAidedFixtureDesignCAFD)是解決這一問(wèn)題的根本方法。相對(duì)說(shuō)來(lái),CAFD是一個(gè)新領(lǐng)域。國(guó)外在80年代初才開(kāi)始這方面的研究工作。最旱的研究者采用Prolog語(yǔ)言開(kāi)發(fā)了一個(gè)夾具設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng),只能在用戶(hù)給定夾具方案后選擇合適的夾具元件。之后,許多學(xué)

3、者在夾具定位算法和夾具空間布置等方面進(jìn)行了研究。國(guó)內(nèi)在CAFD方面的研究還很少,并且主要集中在組合夾具拼裝和夾具元件圖形庫(kù)的建立方面?？傊?CAFD還處于研究階段,而專(zhuān)用夾具方案的自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)則更不成熟,主要依靠人機(jī)交互來(lái)實(shí)現(xiàn)。在專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)中,方案設(shè)計(jì)是最重要的方面,對(duì)夾具設(shè)計(jì)的質(zhì)量具有決定性的影響。而目前的CAFD技術(shù)尚不能解決方案的自動(dòng)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。這是因?yàn)榉桨冈O(shè)計(jì)是一種創(chuàng)造性活動(dòng),需要綜合運(yùn)用許多學(xué)科的專(zhuān)門(mén)知識(shí)和豐富的經(jīng)驗(yàn),經(jīng)過(guò)思考和推理,才能得到正確合理的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)質(zhì)量則取決于設(shè)計(jì)者個(gè)人的知識(shí)水平和經(jīng)驗(yàn)。因此,采用

4、人工智能技術(shù),實(shí)現(xiàn)夾具方案的智能化設(shè)計(jì),將會(huì)大大提高專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和自動(dòng)化程度。1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題,不僅需要選擇定位、夾緊等元件,并進(jìn)行精度分析和夾緊力校核,而且需要進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),最后繪制出夾具裝配圖和零件圖。根據(jù)功能要求,本文采用WatcomC、AutoCAD和FOXPRO開(kāi)發(fā)了一個(gè)加工回轉(zhuǎn)體工件的專(zhuān)用夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)(Spe-..西北工業(yè)大學(xué)青年基金資助項(xiàng)目　收稿日期:1996-09-10cialFixtureDesignSystemSFDS),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)根據(jù)獲取的零件信息和工序信

5、息,進(jìn)行決策,選擇定位件、夾緊件等,然后進(jìn)行夾具結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì),并輸出設(shè)計(jì)結(jié)果。圖1裝配圖的設(shè)計(jì)是根據(jù)生成的夾具設(shè)計(jì)方案自動(dòng)生成裝配圖。但自動(dòng)生成的裝配圖是不完善的,還不能滿足實(shí)用要求,因此系統(tǒng)提供了一交互設(shè)計(jì)工具,對(duì)裝配圖進(jìn)行編輯修改。數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)對(duì)夾具元件庫(kù)、裝配圖庫(kù)和零件圖庫(kù)等進(jìn)行統(tǒng)一的管理與維護(hù)。2　信息描述進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助夾具設(shè)計(jì),首先遇到的問(wèn)題是如何描述零件和加工工序,并建立完整的信息模型,為夾具設(shè)計(jì)的各種決策提供必要和充分的信息。由于特征在表達(dá)零件的形狀、結(jié)構(gòu)以及制造特性上有著極大的優(yōu)越性,并考慮到夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)

6、以后與CAD、CAPP的集成,SFDS采用了基于特征的信息建模技術(shù)。2.1　特征的分類(lèi)與表達(dá)如何劃分特征和表達(dá)特征與特征間的關(guān)系是特征建模技術(shù)中的重要問(wèn)題。通過(guò)對(duì)大量回轉(zhuǎn)體零件的結(jié)構(gòu)及工藝分析,將零件特征劃分為主特征、附著特征和組合特征三大類(lèi)。主特征用于構(gòu)造回轉(zhuǎn)體零件的總體形狀結(jié)構(gòu),如圓柱、圓錐等;附著特征用于對(duì)主特征或其它附著特征的局部修改,并依附于這些特征上,如倒角、鍵槽等;對(duì)于一些不宜或難以由特征拼合生成的幾何形狀則歸類(lèi)為組合特征。在特征分類(lèi)的基礎(chǔ)上,如何表達(dá)特征是非常重要的。因?yàn)樘卣鞅磉_(dá)得是否恰當(dāng)會(huì)直接關(guān)系到零件信

7、息能否完整地描述以及描述是否方便。SFDS采用下述方法表達(dá)特征:(1)　應(yīng)用特征碼描述特征。特征碼由特征分類(lèi)碼、屬性碼和序號(hào)構(gòu)成,共6個(gè)字符長(zhǎng)。特征碼在零件模型信息中是唯一的;屬性碼是對(duì)特征的一些重要屬性的描述,它豐富了特征碼的語(yǔ)義信息。(2)　采用參數(shù)描述特征屬性。CAFD不僅涉及特征的幾何形狀,而且也要詳細(xì)考慮特征的屬性,如尺寸、方向,是否有附著特征等。(3)　采用層次結(jié)構(gòu)描述特征間的關(guān)系。主特征間是具有先后順序的并列關(guān)系,而主特征與附著特征間則屬于父子關(guān)系。要完整地表達(dá)零件,除描述特征間的依賴(lài)關(guān)系外,還必須描述特征間

8、的位置關(guān)系,如位置尺寸、形位公差等。同時(shí),為了表達(dá)工序尺寸、定位面、夾緊面等工序信息,需要將特征分離為更小的組成部分-幾何實(shí)體。幾何實(shí)體可以是幾何表面、中心線等。通過(guò)對(duì)幾何實(shí)體的描述,就可以方便地表達(dá)特征間的位置關(guān)系和工序信息。通過(guò)上述分析,建立了圖2所示的信息模型。2.2　信息輸入系統(tǒng)采用AutoCA