知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用

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

羅能武胡仲勛來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:知識工程 UG/KF 麻花鉆 3D CAD
介紹了KBE技術(shù)的內(nèi)涵,闡述了知識驅(qū)動下的產(chǎn)品開發(fā)原理。將KBE技術(shù)應(yīng)用于麻花鉆的三維設(shè)計中,建立了麻花鉆三維設(shè)計的KBE系統(tǒng)框架。在此基礎(chǔ)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(shè)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(yīng)用極為廣泛。由于長期以來,麻花鉆的設(shè)計大多是靠工程師的經(jīng)驗來進行,在設(shè)計過程中,難免會出現(xiàn)重復(fù)性的工作,從而降低了設(shè)計效率。同時通常的設(shè)計都是在二維圖紙上進行設(shè)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(shù)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(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)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(xiàn)麻花鉆的三維快速設(shè)計。因此,下面采用知識工程(KBE)技術(shù),將麻花鉆設(shè)計的相關(guān)知識和設(shè)計人員在長期工作中積累的經(jīng)驗運用到麻花鉆設(shè)計中來,并結(jié)合麻花鉆三維建模技術(shù),利用知識工程語言(UG/KF)、UIstyler、Menuseript工具來實現(xiàn)麻花鉆三維圖形的變參數(shù)設(shè)計,從而實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計。

1 知識工程KBE技術(shù)

KBE是一種存儲并處理與產(chǎn)品模型有關(guān)的知識,且基于產(chǎn)品模型的計算機軟件系統(tǒng)。其技術(shù)內(nèi)涵可總結(jié)為:①KBE是關(guān)于設(shè)計、制造等的處理過程;②KBE是領(lǐng)域?qū)＜抑R的總結(jié)和集成的過程;③KBE是CAD/CAM/CAE技術(shù)與AI技術(shù)的綜合與集成過程。

KBE的本質(zhì)是“再利用”。即將知識創(chuàng)造性地應(yīng)用到一個工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)和生產(chǎn)制造的過程中,充分利用各種實踐經(jīng)驗、專家知識以及其他有關(guān)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(shè)計人員的主觀判斷和經(jīng)驗。

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

知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用autocad應(yīng)用技術(shù)圖片圖片1

圖1知識庫驅(qū)動幾何模型的過程

由于UG/KF是將KBE技術(shù)與UG系統(tǒng)集成的高級技術(shù),它可以將產(chǎn)品知識、專家經(jīng)驗和一些重復(fù)工作直接構(gòu)架于模型中,實現(xiàn)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(tǒng)框架的組成

麻花鉆的KBE系統(tǒng)主要由人機界面、知識庫(產(chǎn)品實例庫、工程數(shù)據(jù)庫、設(shè)計規(guī)則庫、設(shè)計參數(shù)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(tǒng)的核心,存儲著大量領(lǐng)域?qū)＜业慕?jīng)驗和知識、及已知的事實和采用這些知識的規(guī)則數(shù)據(jù)。其系統(tǒng)框架如圖2所示。

知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用autocad應(yīng)用技術(shù)圖片圖片2

圖2麻花鉆三維設(shè)計的KBE系統(tǒng)框架

2.2系統(tǒng)界面開發(fā)

系統(tǒng)采用UG提供的兩個模塊MenuScript和UIStyler進行菜單、對話框設(shè)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(shè)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(shè)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(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):

知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用autocad資料圖片3

圖3應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)

知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用autocad資料圖片4

圖4麻花鉆三維設(shè)計系統(tǒng)菜單

知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用autocad資料圖片5

圖5麻花鉆三維設(shè)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(shè)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(chǎn)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(xiàn)麻花鉆的三維幾何造型。

打開UG,點擊“麻花鉆三維設(shè)計”(如圖4)來調(diào)出圖5所示的“麻花鉆三維設(shè)計”對話框,也可以打開“知識融合”工具條,點擊當(dāng)中的“應(yīng)用”按鈕來調(diào)出此對話框。通過修改對話框中的一些參數(shù),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°)。

知識工程在麻花鉆三維CAD中的應(yīng)用autocad資料圖片6

3 結(jié)論

KBE技術(shù)應(yīng)用于麻花鉆三維設(shè)計易于實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化,產(chǎn)品的系列化;在產(chǎn)品的開發(fā)過程中,能夠充分利用各種實踐經(jīng)驗、專家知識及有關(guān)信息,減少產(chǎn)品開發(fā)過程中的重復(fù)設(shè)計,提高了產(chǎn)品設(shè)計效率,使設(shè)計人員能有更多的時間進行產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計。

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