知识工程在麻花钻三维CAD中的应用

2013-05-15 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

罗能武胡仲勋来源:万方数据
关键字:知识工程 UG/KF 麻花钻 3D CAD
介绍了KBE技术的内涵,阐述了知识驱动下的产品开发原理。将KBE技术应用于麻花钻的三维设计中,建立了麻花钻三维设计的KBE系统框架。在此基础上,运用UG/KF、Ulstyler、Menuseript工具开发了麻花钻三维CAD模块,并给出了设计实例。

在机械加工中,孔加工占机械加工的比例在30%以上,特别是在汽车与航空等行业中麻花钻的应用极为广泛。由于长期以来,麻花钻的设计大多是靠工程师的经验来进行,在设计过程中,难免会出现重复性的工作,从而降低了设计效率。同时通常的设计都是在二维图纸上进行设计,不能得到可视化的麻花钻三维造型,这就阻碍了麻花钻的数控刃磨加工及利用一些分析软件对麻花钻的钻削过程进行分析。文献[1]介绍了在微机上开发的麻花钻CAD/CAM系统的总体结构及各功能模块,但是开发出来的只是麻花钻的二维模块。文献[2,3]介绍了在UG环境下麻花钻的三维建模方法,但是建模时间长,不能实现麻花钻的三维快速设计。因此,下面采用知识工程(KBE)技术,将麻花钻设计的相关知识和设计人员在长期工作中积累的经验运用到麻花钻设计中来,并结合麻花钻三维建模技术,利用知识工程语言(UG/KF)、UIstyler、Menuseript工具来实现麻花钻三维图形的变参数设计,从而实现产品的快速设计。

1 知识工程KBE技术

KBE是一种存储并处理与产品模型有关的知识,且基于产品模型的计算机软件系统。其技术内涵可总结为:①KBE是关于设计、制造等的处理过程;②KBE是领域专家知识的总结和集成的过程;③KBE是CAD/CAM/CAE技术与AI技术的综合与集成过程。

KBE的本质是“再利用”。即将知识创造性地应用到一个工业产品的设计开发和生产制造的过程中,充分利用各种实践经验、专家知识以及其他有关的信息。这些“知识”可能以很多种形式存在,如:①电子计算表格(Spreadsheets);②手册;③工程计算公式;④专用软件;⑤设计人员的主观判断和经验。

在基于KBE技术的产品设计中,知识是驱动力,构型和工程规则驱动几何。具体知识驱动下的产品开发方法为:设计师在商品化软件平台上进行产品开发时,可以通过客户的输入和规划、详细说明、预先定义好的几何约束生成详细的几何CAD模型或通过调用已存在的设计实例或工程规则就可以完成产品的方案或详细设计,用户只须输入、改变工程参数或与设计相关的其他参数或添加、修改工程规则,而无须关心CAD系统的具体功能,系统就会根据这些工程规则来计算工程参数或相关参数对产品几何参数的影响,从而驱动最终的几何造型。其原理如图1所示。

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图1知识库驱动几何模型的过程

由于UG/KF是将KBE技术与UG系统集成的高级技术,它可以将产品知识、专家经验和一些重复工作直接构架于模型中,实现知识的再利用,因此本文选择UG/KF语言作为麻花钻三维CAD研究平台。

2 麻花钻的三维CAD模块开发

2.1麻花钻KBE系统框架的组成

麻花钻的KBE系统主要由人机界面、知识库(产品实例库、工程数据库、设计规则库、设计参数库)及其管理模块、三维实体模块等组成,其中,知识库是KBE系统的核心,存储着大量领域专家的经验和知识、及已知的事实和采用这些知识的规则数据。其系统框架如图2所示。

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图2麻花钻三维设计的KBE系统框架

2.2系统界面开发

系统采用UG提供的两个模块MenuScript和UIStyler进行菜单、对话框设计。在磁盘下(比如c盘)建立一个名为TDclass的文件夹,并在该文件夹下建立三个子文件夹,分别命名为:Dfa、Startup、Application。通过编辑纯文本的Menu(菜单脚本文件,文件的扩展名为.men)来创建麻花钻三维设计的主菜单及下拉菜单(见图4)。利用UIStyler(文件的扩展名为.dig)的可视化环境快速生成“麻花钻三维设计”对话框(如图5所示),保证.dig和.dfa文件的文件名相同,从而实现程序与界面的连接。各应用程序的放置如图3所示的目录结构:

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图3应用程序结构

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图4麻花钻三维设计系统菜单

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图5麻花钻三维设计对话框

再在UG安装目录下的ugii—env.dat文件中增加一个人口:

UGII_USER—DIR=C:\TD class

此时,麻花钻三维CAD模块便可以无缝集成到UG中。

2.3设计实例

麻花钻螺旋槽径向截形有很多种,各厂家所采用的也有所相同。为了避免钻头在热处理时产生裂纹,并且在钻削过程中便于排屑,钻沟轮廓须采用平滑的圆弧连接起来,这样才能保证切屑在沿螺旋槽向外排出的过程中所受阻力尽可能的小。因此本文采用三段圆弧作为螺旋槽的径向截形,后刀面采用锥面刃磨法,用UG/KF语言编程来实现麻花钻的三维几何造型。

打开UG,点击“麻花钻三维设计”(如图4)来调出图5所示的“麻花钻三维设计”对话框,也可以打开“知识融合”工具条,点击当中的“应用”按钮来调出此对话框。通过修改对话框中的一些参数,便可以得到不同型号的麻花钻三维模型。图6和图7为不同半径和钻心半径的麻花钻(β=300°2φ=118°)。

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