基于模具曲面研抛专家系统的研究

林洁琼　刘　虹

摘要：文章通过解析研抛加工的工艺过程、研磨理论等知识，以Visual C++为开发工具结合SQL Server数据库，实现了面向对象的程序设计技术，初步建立了模具自由曲面研抛的专家系统。

关键词：自由曲面；研抛；专家系统；Visual C++；推理机

中图分类号：TG701 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2009）15-0016-02

采用数控和CAD/CAM等先进制造技术，已基本能够实现模具曲面形状加工的自动化，但最后的光洁度精加工还依靠手工操作，这种手工操作一般是研磨－测试－研磨，模具产品的一致性差，研磨工时占整个模具制造的37%～42%，在中国这个比例约为50%，极大地制约了目前占主导地位的多品种，小批量的生产模式。由于研磨知识和技术的体系化比较欠缺，这严重地影响着整个研磨过程的自动化和高效化，因此将研磨加工的知识和技术加以科学的分析，开发一套专家系统，这样即使对研磨加工不熟悉的操作人员，也能正确地选择研磨工具，合理有效地设计研磨工艺过程。本文通过解析熟练研磨工的经验、研磨理论等知识，初步建立了自由曲面研磨专家系统的框架。

一、研抛的工艺过程

研磨加工是在形状加工之后，使用一定粒度的研磨工具将形状加工中的残余留量、表面划痕去除，降低表面粗糙度，获取所需要的平滑表面的一种加工。有经验的技师依赖他的经验通过选取不同的研磨工艺参数和工具来获取所需要的表面效果。将这些研磨工具以一定的顺序组合加工，在最短的加工时间内，达到预期的加工要求。当研磨工具超过预设的阈值时，进行更换，直到获取所需要的表面状况。

二、研抛专家系统

（一）专家系统的结构

研磨加工专家系统的总体结构如图1所示。其中核心部分是知识的获取、存放专门知识的知识库和利用知识库解决实际问题的推理机。如果输入表面粗糙度的起始值和目标值，系统根据知识库中的实验数据库、专家知识和已建立的数学模型等方法进行推理、判断，从而得到合理的研磨力、主轴转速、进给速度、研磨次数和研磨工具。研磨加工专家系统是基于VC和SQL软件建立的，其中VC作为专家系统的开发工具，SQL用于知识库和推理机的建立和管理。

（二）专家系统的知识库

研磨的知识库包括一些从实验获得的数据库、专家的经验知识和已建立的模型等。根据我们所描述模型的特点，采用基于规则的符号化的方式。知识库是研磨加工的专家系统中的关键问题，也就是如何获得研磨次数与表面粗糙度/表面划痕的关系曲线。

1．知识的获得。为了获得最佳研抛顺序，结合各种研抛工具实验、通过解析研抛工人的经验和研抛理论，可知研抛工具和研抛时间起重要作用。

2．知识的表现。知识表现数据库if[曲面片的类型+研抛前表面粗糙度的最低值+研抛前表面粗糙度的最高值]→then[研抛工具类型+研抛工具粒度+可达到的表面粗糙度+粗糙度衰减系数+S/V+研抛压力]。

3．评价标准：在一定表面质量的前提下，研抛时间最短或研抛次数最少。

（三）推理机

专家系统通常以离线方式工作，而专家控制系统需要获取在线动态信息，并对系统进行实时控制。如果输入曲面片信息、模具曲面片表面粗糙度的起始值和目标值，系统根据知识库中的曲面片的类型、实验数据库、专家知识和已建立的数学模型等方法进行推理、判断，从而得到合理的研抛工具、研抛力、主轴转速、进给速度和研抛次数。

采用Visual C++ 6.0软件，在Windows2000/XP操作系统上编译通过。

正向推理机Respond

void Respond（）

{

清空中间结果表

do{

if（此条件规则的Have Use标记为“N”//此规则的Partl～Part都在事实表中）{

把这条规则的编号存入中间结果表

}

滚动到下一条规则

}while（未到规则表尾）

if（中间结果表非空//事实表中没有结论表中的结论）{

在中间结果表中按冲突消解的原则选择一条规则

在规则表中给这条规则作标记

将这条规则的结论加入到事实表中

Respond（ ）；

}

}

在推理过程中使用while控制的原因是保证在每一轮推理过程中将所有可用的规则选中，然后进行冲突消解。

三、结论

本文根据研抛理论知识及研抛工艺过程，初步建立了模具自由曲面研抛的专家系统框架，为实现自由曲面研抛的自动化和高效化提供一些依据。

参考文献

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基金项目：吉林省科技发展计划资助项目（项目编号：20040510）。

作者简介：林洁琼（1969－），女，长春工业大学机电工程学院副教授，工学博士，研究方向：智能精密制造。