軸承架零件的機(jī)械加工工藝及夾具設(shè)計(jì)【鉆φ30孔】【說(shuō)明書(shū)+CAD】

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Hunter Journal of Materials Processing Technology 128（2002）7-18：15101515出版社： Elsevier Science B.V.摘要： 夾具設(shè)計(jì)因其涉及到幾何，公差，尺寸，加工，制造資源等諸多不同領(lǐng)域的知識(shí)，而被公認(rèn)為是項(xiàng)復(fù)雜的研究。如今，夾具設(shè)計(jì)過(guò)程在知識(shí)模型的基礎(chǔ)上已經(jīng)適應(yīng)了自動(dòng)化系統(tǒng)的需要。這些實(shí)施于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中的知識(shí)模型描述了物理原理和推理過(guò)程的特性和關(guān)聯(lián)。由于加入了知識(shí)模型和自動(dòng)控制，夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程將更趨于系統(tǒng)化，結(jié)構(gòu)化。 基于知識(shí)模板這種具體方法的使用，將其應(yīng)用到不同設(shè)計(jì)過(guò)程中去很具可行性。知識(shí)模型向我們?cè)敿?xì)描述了設(shè)計(jì)過(guò)程中的普通實(shí)體和推論過(guò)程。在知識(shí)模型的應(yīng)用方面，我們建議不僅可用于機(jī)床夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還可應(yīng)用于檢測(cè)，組合，定位焊接等其它類(lèi)型夾具。 版權(quán)所有 Elsevier B.V. 2005 關(guān)鍵詞：知識(shí)模型，知識(shí)模板，夾具設(shè)計(jì)1 緒論人們對(duì)于將知識(shí)表達(dá)應(yīng)用于描述和捕獲設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)知識(shí)的潛心研究從未停止過(guò)13。這樣，知識(shí)模型就作為一種工具來(lái)幫助我們闡明精深知識(shí)的結(jié)構(gòu)，以及進(jìn)行信息處理工作。從這一意義上看，通過(guò)系統(tǒng)的學(xué)習(xí)，知識(shí)模型可以為我們提供所必需的數(shù)據(jù)說(shuō)明和過(guò)程推論4。亨特第一個(gè)提出了將知識(shí)模型應(yīng)用于機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中的理念5。在過(guò)去十年里，建模技術(shù)廣泛應(yīng)用于諸如加工，組合，檢測(cè)等制造過(guò)程的夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中6。基于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)雜性和廣泛性，各種不同的研究部門(mén)都集中在這種過(guò)程的特殊活躍性研究上，如：夾具構(gòu)造，公差分析，穩(wěn)定性和可達(dá)性。對(duì)于如何將知識(shí)應(yīng)用到夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，科學(xué)家們做了大量的研究。這些研究都集中在夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的設(shè)計(jì)參數(shù)，夾具結(jié)構(gòu)，夾具原理描述等方面2，7。根據(jù)夾具設(shè)計(jì)中知識(shí)的應(yīng)用情況，可分為人工智能技術(shù)方面的應(yīng)用8，9和設(shè)計(jì)系統(tǒng)的自動(dòng)控制應(yīng)用兩大方面2。不管是哪方面的應(yīng)用，將知識(shí)模型應(yīng)用于夾具設(shè)計(jì)系統(tǒng)都具十分重要的作用。具體體現(xiàn)在如下方面：需將具體概念應(yīng)用于夾具設(shè)計(jì)中；需建立知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)（KBS）；最后，還要將知識(shí)和概念基礎(chǔ)相結(jié)合。在此意義上，結(jié)合實(shí)體和結(jié)構(gòu)描述于一體的知識(shí)模型應(yīng)用于機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中，即產(chǎn)生一種新的模板，可將其應(yīng)用到檢測(cè)夾具和組合夾具的設(shè)計(jì)過(guò)程中。在知識(shí)模板中已加入了這種實(shí)體和結(jié)構(gòu)描述想結(jié)合的方法4。圖1 工作結(jié)構(gòu)圖此項(xiàng)工作為我們呈現(xiàn)了將知識(shí)模型應(yīng)用于機(jī)床夾具設(shè)計(jì)中的詳盡建議，圖1向我們展示了將知識(shí)體應(yīng)用到檢測(cè)夾具設(shè)計(jì)過(guò)程總圖。2 夾具設(shè)計(jì)過(guò)程知識(shí)模型的現(xiàn)狀 夾具概念源于工件和刀具，工件和機(jī)床間建立理論聯(lián)系的需要。這一聯(lián)系需滿足實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的需要。夾具主要功用是將工件支撐，定位，夾緊在機(jī)床上。為了正確描述夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中所需知識(shí)的重要性，很有必要明確這一過(guò)程的基本信息，見(jiàn)表1。 所有這些基本信息都描述了夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中知識(shí)模型各個(gè)部分的實(shí)體和關(guān)聯(lián)。各模型的定義有助于我們更好的了解設(shè)計(jì)系統(tǒng)中知識(shí)體系的捕獲，描述和使用，例如MOKA和Common KADS方法。 MOKA方法基于兩種典型。這些典型可以捕獲，構(gòu)造知識(shí)體系。第一種體系，用一系列窗體（ICARE：圖解，約束，行為，規(guī)則，實(shí)體）來(lái)捕獲，描述知識(shí)，是一種半結(jié)構(gòu)化的方法；第二種體系，使用統(tǒng)一建模語(yǔ)言來(lái)描述知識(shí)，是一種結(jié)構(gòu)化的方法10。Common KADS方法提出了使用刀具和技術(shù)來(lái)捕獲，構(gòu)造知識(shí)體系。就使用知識(shí)體而言，Common KADS方法提出了使用知識(shí)模板的概念：所謂知識(shí)模板就是知識(shí)模型的一部分，它可以將相關(guān)數(shù)據(jù)和推理過(guò)程結(jié)合到其它應(yīng)用軟件中去。表1 機(jī)床夾具知識(shí)體 知識(shí)體 特性 工件幾何學(xué) 幾何學(xué)：孔，槽等，尺寸，公差 加工工藝 加工工藝類(lèi)型加工階段和初加工階段加工操作 夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的細(xì)節(jié)和功用 設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)規(guī)則解釋規(guī)則設(shè)計(jì)局限 夾具資源（功能元素 夾具類(lèi)型（標(biāo)準(zhǔn)件，普通件，專(zhuān)用件） 和商業(yè)元素） 夾具元素類(lèi)型（支撐，定位，夾緊等） 機(jī)床類(lèi)型（立式銑床，臥式銑床等）3知識(shí)模型形成的方法論：結(jié)構(gòu)模型 知識(shí)模型方法論的實(shí)現(xiàn)需要經(jīng)歷兩個(gè)階段。第一階段描述了諸如工件幾何，加工工藝，夾具設(shè)計(jì)的功能和細(xì)節(jié)，夾具資源等實(shí)體知識(shí)（見(jiàn)表1）。第二階段描述了機(jī)床夾具所需解決的首要問(wèn)題相關(guān)過(guò)程（設(shè)計(jì)和解釋規(guī)則）。這兩個(gè)階段描述了機(jī)床夾具知識(shí)模型的兩個(gè)組成部分：實(shí)物的結(jié)構(gòu)模型和行為模型。機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過(guò)程更為集中在結(jié)構(gòu)模型的描述上。結(jié)構(gòu)模型包含了夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中相關(guān)的整體知識(shí)結(jié)構(gòu)。表1描述了知識(shí)體的各個(gè)相關(guān)方面。圖2展示了機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中知識(shí)體的整體框架?；趭A具設(shè)計(jì)過(guò)程的復(fù)雜性，夾具設(shè)計(jì)不能脫離加工過(guò)程而獨(dú)立存在。在此意義上，加工工藝與夾具設(shè)計(jì)過(guò)程有著直接的聯(lián)系。同樣，就機(jī)床和夾具設(shè)計(jì)的商業(yè)元素而言，加工工藝與夾具資源間也有著相當(dāng)微妙的系。 各知識(shí)體間的定義（見(jiàn)表1）考慮了與這些知識(shí)體相關(guān)知識(shí)的特性圖2 機(jī)床夾具的結(jié)構(gòu)模型 和必要操作。這些模型應(yīng)用與下面各部分中。4知識(shí)模板 在這一部分，描述了知識(shí)模型使用知識(shí)模板的方法用于其它應(yīng)用軟件中。從概念上講，知識(shí)模板描述了知識(shí)模型的一部分在應(yīng)用軟件中的使用。在此意義上，很有必要區(qū)分分析任務(wù)和綜合任務(wù)。分析任務(wù)描述了夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)體的分類(lèi)；綜合任務(wù)則描述了夾具解決方案間的相互聯(lián)系。圖3 基于結(jié)構(gòu)模型的知識(shí)任務(wù)通過(guò)分析和綜合任務(wù)這兩種類(lèi)型任務(wù)的使用，建立了知識(shí)體的分類(lèi)。圖3展示了用分析和綜合任務(wù)來(lái)描述機(jī)床夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的結(jié)構(gòu)模型。 這兩種任務(wù)的區(qū)分，建立了知識(shí)體的第一標(biāo)準(zhǔn)，既實(shí)體及特征可用于新發(fā)展的應(yīng)用軟件中。兩種類(lèi)型任務(wù)的區(qū)分還描述了設(shè)計(jì)過(guò)程中的推論過(guò)程，夾具功能設(shè)計(jì)，夾具設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)等。這一部分指出知識(shí)模型的分類(lèi)是在分析和綜合任務(wù)下用于其它應(yīng)用軟件中去的。41分析任務(wù)的概念 在此范疇中實(shí)體的分類(lèi)是基于機(jī)床夾具設(shè)計(jì)的發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)。第一標(biāo)準(zhǔn)描述了夾具設(shè)計(jì)過(guò)程如：工件幾何，尺寸，公差等與知識(shí)體間并無(wú)因果關(guān)系。在這一標(biāo)準(zhǔn)中，組成這些實(shí)物的知識(shí)體完全可運(yùn)用到它們的結(jié)構(gòu)，關(guān)聯(lián)特性中。圖4就是一個(gè)將幾何知識(shí)體用于其它應(yīng)用軟件中的例子。圖4 工件實(shí)體的知識(shí)模板（分析任務(wù)） 第二標(biāo)準(zhǔn)描述了夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)體間相似的結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)（機(jī)床夾具的功能）。這一標(biāo)準(zhǔn)并不是夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的必要條件，僅能用于部分結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)中。 第三標(biāo)準(zhǔn)描述了這些實(shí)體完全依賴(lài)于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程。基于這一標(biāo)準(zhǔn)依賴(lài)于過(guò)程的發(fā)展情況，故不能用于已定義的知識(shí)體中（如：結(jié)構(gòu)，關(guān)聯(lián)，特征）。42綜合任務(wù)概念 綜合任務(wù)包括實(shí)物辨析和推論程序兩方面。在這類(lèi)任務(wù)中，由于推論過(guò)程要根據(jù)過(guò)程處理的不同來(lái)使用不同的加工規(guī)則，故不能完全根據(jù)知識(shí)體來(lái)確定。圖5 功能元件實(shí)體的知識(shí)模板 根據(jù)分類(lèi)，功能設(shè)計(jì)的知識(shí)體建立了夾具概念的功能方法：找支撐面，定位，夾緊工件。支撐面根據(jù)加工過(guò)程的發(fā)展來(lái)定義。這一特性決定了加工工件的整個(gè)過(guò)程中，設(shè)計(jì)過(guò)程都要基于加工過(guò)程。從此意義上看，知識(shí)體的共享會(huì)因定位面，定位點(diǎn)，方位，夾具的夾緊和功能元件的選擇而受到限制。但由于功能元件可用于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程中的多范疇領(lǐng)域，所以也可用于其它應(yīng)用軟件中。圖5是將功能元件的知識(shí)模板用于夾具設(shè)計(jì)過(guò)程的例子。 樣圖設(shè)計(jì)和功能設(shè)計(jì)相似。樣圖設(shè)計(jì)是在功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加入了相應(yīng)的功能和商業(yè)元素。為此，我們運(yùn)用結(jié)構(gòu)，關(guān)聯(lián)和實(shí)體來(lái)定義了下列種類(lèi)，基體，支撐，定位，夾緊和輔助元件。表2 夾具設(shè)計(jì)的初始信息信息 特性初始幾何學(xué) 最終幾何學(xué) 加工操作 端面銑削 邊銑 鉆削 加工資源 立式銑床 夾具資源 標(biāo)準(zhǔn)夾具單元5知識(shí)模型的應(yīng)用 以下兩部分描述了加工和檢測(cè)夾具設(shè)計(jì)中知識(shí)模型的應(yīng)用。根據(jù)其使用潛能，這些模型分為不同的兩類(lèi)。 第3部分中關(guān)于結(jié)構(gòu)模型的闡述，是基于構(gòu)成這些模型知識(shí)體的實(shí)例特性。為此，包括初始及最終幾何學(xué)的描述，加工工藝圖，機(jī)床和夾具資源在內(nèi)的初始信息都應(yīng)用于知識(shí)模型中。表2就列出了應(yīng)用于其中的初始信息。