PAGEPAGEI渦輪葉片精鑄模具工藝規(guī)程設(shè)計(jì)目錄32010摘要 XIV187461.緒論 1230461.1研究的目的和意義 148621.2研究現(xiàn)狀 39471.3CAPP概述 614522.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 8201332.1渦輪葉片精鑄模具工藝過程設(shè)計(jì) 8259802.1.1渦輪葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 8287712.1.2渦輪葉片制造過程簡介 8131482.1.3渦輪葉片精鑄模具零件結(jié)構(gòu)及形狀分析 924582.1.4渦輪葉片精鑄模具工藝規(guī)程設(shè)計(jì) 1127712.2工藝規(guī)程設(shè)計(jì)技術(shù) 1258872.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16122622.4系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1897552.5系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 19218052.6本章小結(jié) 19219093．工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模塊研究 2090783.1工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模型的建立 2194003.1.1工藝規(guī)程設(shè)計(jì)任務(wù)分解 2160633.1.2基于操作的加工順序編排思想的應(yīng)用 23297703.1.3工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模型 24125213.2工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原理及實(shí)施方案研究 25273713.2.1基于特征的工藝路線決策 26306463.2.2加工方案選擇 29167873.2.3制造資源選擇 30289753.2.4工藝尺寸確定 32248163.2.5工藝文件輸出 35254403.3工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫 37160403.3.1工藝數(shù)據(jù)庫 38158603.3.2工藝知識庫 4086623.4本章小結(jié) 48208154．原型系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例 49287264.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 4939674.2原型系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例 49291434.2.1系統(tǒng)主界面 50116894.2.2工藝規(guī)程設(shè)計(jì)系統(tǒng) 51100684.2.3工藝知識獲取系統(tǒng) 56291465結(jié)論 6128389參考文獻(xiàn)： 62

摘要渦輪葉片是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量是影響發(fā)動機(jī)整體性能的重要因素。使渦輪葉片能承受更高的溫度。現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)采用新型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和超高溫合金材料。采用先進(jìn)的冷卻技術(shù)，通過許多精細(xì)復(fù)雜的通孔對渦輪葉片進(jìn)行對流、沖擊和局部氣膜冷卻。這種設(shè)計(jì)不可避免地會導(dǎo)致渦輪葉片內(nèi)外形狀的復(fù)雜。將大大增加其制造難度，延長其制造周期。如何提高航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的制造技術(shù)水平，縮短制造周期，不僅是影響我國新飛機(jī)研制水平的核心問題。出于這個(gè)原因，本文針對渦輪葉片精密鑄造模具制造技術(shù)和數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的資源和環(huán)境，核心功能模塊的流程規(guī)劃設(shè)計(jì)CAPP設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，知識推理技術(shù)，初步開發(fā)了一個(gè)實(shí)用的渦輪葉片精密鑄造模具工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原型系統(tǒng)，縮短周期精密鑄造模具制造流程規(guī)劃。關(guān)鍵詞：渦輪葉片；CAPP；模具制造；工藝規(guī)程PAGE181.緒論1.1研究的目的和意義這種設(shè)計(jì)方法不可避免地會導(dǎo)致渦輪葉片內(nèi)外形狀復(fù)雜，大大增加了制造難度，延長了制造周期。如何提高航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片的制造技術(shù)水平，縮短制造周期不僅是核心問題在中國影響新飛機(jī)的發(fā)展水平，也是一個(gè)關(guān)鍵問題影響中國航空工業(yè)的發(fā)展和國防安全建設(shè)大規(guī)模生產(chǎn)。[1]渦輪葉片是航空發(fā)動機(jī)的關(guān)鍵部件之一。其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造質(zhì)量是影響發(fā)動機(jī)整體性能的重要因素。設(shè)計(jì)，例如，為了進(jìn)一步提高燃?xì)廨啓C(jī)效率的飛機(jī)引擎，比航空發(fā)動機(jī)的擴(kuò)張?jiān)谧鹬?，必須改善發(fā)動機(jī)燃燒室出口燃?xì)鉁囟戎皽u輪入口溫度，同時(shí)對渦輪葉片可以承受更高的溫度，與新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和超現(xiàn)代航空發(fā)動機(jī)高溫合金，使用先進(jìn)的冷卻技術(shù)，[2]通過渦輪葉片在許多細(xì)微而復(fù)雜的葉片冷卻孔上對流、沖擊和局部氣膜冷卻。目前，航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片主要采用非剩余投資鑄造技術(shù)和機(jī)械制造技術(shù)來完成。因此，在渦輪葉片制造過程中，熔模鑄造模具的設(shè)計(jì)與制造將是核心任務(wù)。模具設(shè)計(jì)制造水平已成為衡量一個(gè)國家產(chǎn)品制造技術(shù)水平的重要指標(biāo)，而且在很大程度上決定了產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力。近年來，我國模具技術(shù)有了很大的提高，模具的生產(chǎn)有些接近或達(dá)到了國際水平。[3]從總體上看，低技術(shù)模具長期供過于求，高技術(shù)模具還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。渦輪葉片等航空產(chǎn)品，精密鑄造模具精密模具，因?yàn)樗且环N高科技產(chǎn)品，是一個(gè)技術(shù)密集型產(chǎn)品，加上國家為了國家安全嚴(yán)格的技術(shù)封鎖，因此現(xiàn)有的渦輪葉片精密鑄造模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)水平已成為影響航空發(fā)動機(jī)在中國甚至是現(xiàn)代航空工業(yè)的發(fā)展的因素之一。隨著行業(yè)的快速發(fā)展，對模具行業(yè)的要求是對工業(yè)產(chǎn)品的快速升級做出快速的反應(yīng)，并以較低的價(jià)格快速提供所需的各種模具來完成產(chǎn)品的制造。顯然，傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)和制造模式難以實(shí)現(xiàn)這一要求。實(shí)踐證明，實(shí)現(xiàn)這一要求的唯一途徑是對模具行業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造。CAP技術(shù)是CAD/CAM集成的關(guān)鍵技術(shù)，是FMS、CIMS等先進(jìn)制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)技術(shù)。因此，引進(jìn)CAPP技術(shù)是模具工業(yè)技術(shù)改造和發(fā)展的必由之路。[4]渦輪葉片精密鑄造模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件形狀疏松，工藝設(shè)計(jì)容易受到企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境、制造資源、生產(chǎn)批次、習(xí)慣和方法等因素的影響，工藝設(shè)計(jì)人員的水平等因素隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)水平不斷提高，一般系統(tǒng)在渦輪葉片精密鑄造模具設(shè)計(jì)過程中所采用的技術(shù)不能針對特定的產(chǎn)品、特定的制造環(huán)境進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的應(yīng)用。因此，根據(jù)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的資源環(huán)境和工藝人員的需求，開發(fā)一套實(shí)用的渦輪葉片精密鑄造模具系統(tǒng)具有重要的意義。1.2研究現(xiàn)狀過程設(shè)計(jì)自動化是制造業(yè)的最新發(fā)展之一。早在1952年，美國麻省理工學(xué)院就成功研制出數(shù)控機(jī)床，并于1963年發(fā)表了CAD的研究成果。挪威是世界上第一個(gè)進(jìn)行過程設(shè)計(jì)自動化研究的國家。從1966年開始，他們開始開發(fā)AUTOPROS，這是世界上第一個(gè)CAPP系統(tǒng)。在接下來的30年里，CAPP已經(jīng)進(jìn)入了研究的高潮，并且開發(fā)了許多CAPP系統(tǒng)。由于我國計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展較晚，對CAPP的研究始于20世紀(jì)80年代初，但與世界先進(jìn)水平相差不遠(yuǎn)。特別是在國家863/CIMS方案的支持和促進(jìn)下，近年來在技術(shù)方面取得了很大進(jìn)展。最早開發(fā)CAPP系統(tǒng)的修訂是同濟(jì)大學(xué)TOJICAP系統(tǒng)和西北工業(yè)大學(xué)系統(tǒng)，最早完成時(shí)間是在80年代早期開發(fā)智能CAD/CAPP/CAM集成研究和原型系統(tǒng)開發(fā)的清華大學(xué)(身體部位為國家實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，1987年-1933年)和西北工業(yè)大學(xué)(國家實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中使用的回轉(zhuǎn)體零件，首先具有重要的實(shí)用價(jià)值，并取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益，智能集成FAaCAD/CAPP/CA20世紀(jì)80年代以來，人們探索了人工智能、專家系統(tǒng)技術(shù)等技術(shù)在工藝設(shè)計(jì)研究中的應(yīng)用，并成功開發(fā)了所謂的基于知識的生成型CAPP系統(tǒng)或?qū)＜倚虲APP系統(tǒng)。在過去的十年中，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊推理和基于案例的推理被應(yīng)用于過程設(shè)計(jì)中，并得到了實(shí)際應(yīng)用。同時(shí)，將傳統(tǒng)的推導(dǎo)方法、傳統(tǒng)的生成方法和人工智能相結(jié)合，構(gòu)建了混合CAPP系統(tǒng)。然而，由于工藝設(shè)計(jì)是一個(gè)很強(qiáng)的實(shí)證科學(xué)，有很多問題在CAPP的發(fā)展，系統(tǒng)的開發(fā)，主要是原型系統(tǒng)，知識數(shù)量少，有限的功能，滿足實(shí)際應(yīng)用的要求，應(yīng)用的廣度和深度，企業(yè)的實(shí)際需要，得到實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)只有少數(shù)。1.3CAPP概述要加工零件和過程設(shè)計(jì)合理的工藝流程，工藝過程、工藝設(shè)備和工藝參數(shù)，等等，這是一個(gè)非常強(qiáng)大的經(jīng)驗(yàn)和制造業(yè)變化的環(huán)境和多變的決策過程，是連接產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造的橋梁，它的質(zhì)量和效率直接影響企業(yè)制造資源的配置和優(yōu)化，產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)效率，產(chǎn)品成本、制造周期等方面。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，以多品種、刁硫量為主的生產(chǎn)方式，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)制造業(yè)的發(fā)展需要。其主要性能是通過人工的方式設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)任務(wù)繁瑣，重復(fù)工作量大，工作效率低的設(shè)計(jì)周期長，難以滿足需求的產(chǎn)品開發(fā)周期和較短的限制過程工程經(jīng)驗(yàn)和工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)水平和質(zhì)量難以保證的設(shè)計(jì)手段落后，很難實(shí)現(xiàn)流程設(shè)計(jì)的重用，標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、和科學(xué)。[5]顯然，傳統(tǒng)的工藝設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代制造業(yè)的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)在企業(yè)中的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃(CAPP)應(yīng)運(yùn)而生，在工藝設(shè)計(jì)領(lǐng)域具有很高的應(yīng)用價(jià)值。CAPP是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)技術(shù)支持下的信息時(shí)代環(huán)境的產(chǎn)物。與傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)相比，它在設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率等方面都發(fā)生了質(zhì)的變化。其主要優(yōu)點(diǎn)是，可以使大量的過程設(shè)計(jì)師，乏味的重復(fù)勞動縮短工藝設(shè)計(jì)周期，確保工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量，提高產(chǎn)品市場競爭能力的產(chǎn)品流程重用，最大限度地利用現(xiàn)有資源，降低生產(chǎn)成本，沒有有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員設(shè)計(jì)高質(zhì)量的過程中。

2.系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1渦輪葉片精鑄模具工藝過程設(shè)計(jì)2.1.1渦輪葉片結(jié)構(gòu)特點(diǎn)渦輪葉片按功能不同可分為渦輪導(dǎo)葉(簡稱導(dǎo)葉)和渦輪工作葉片(簡稱轉(zhuǎn)子葉片)。導(dǎo)葉均由上、下壓板葉片組成，內(nèi)部由擾流板柱、縱肋、橫肋等組成，以增強(qiáng)傳熱效果，提高渦輪燃燒室溫度，如圖2-1所示:圖2-1導(dǎo)向葉片外型和內(nèi)型圖2-2工作葉片外型和內(nèi)型葉片工作都由回轉(zhuǎn)緣板樺頭的旋轉(zhuǎn)葉片邊緣的身體，和內(nèi)部由擾流板列，縱肋、橫肋，和直排風(fēng)管道，等等，提高傳熱效果，提高渦輪燃燒室的溫度，如圖2-2所示。2.1.2渦輪葉片制造過程簡介由于內(nèi)部冷卻結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對氣動外形和尺寸精度要求嚴(yán)格，渦輪葉片的制造工藝要求較高。目前渦輪葉片主要采用熔模鑄造，也稱失蠟鑄造。制作過程如圖2-3所示。圖2-3空心渦輪葉片制造流程圖可以看出，在渦輪葉片的制造過程，首先蠟?zāi)＞吆秃诵哪＞咴O(shè)計(jì)的外部和內(nèi)部形狀，然后按模蠟?zāi)Ｏ嗥ヅ洌詈笸瓿蓽u輪葉片零件的毛坯制造通過脫蠟、燒結(jié)、鑄造等流程。在此過程中，渦輪葉片熔模蠟?zāi)：吞沾尚灸５脑O(shè)計(jì)與制造是主要環(huán)節(jié)[6]。2.1.3渦輪葉片精鑄模具零件結(jié)構(gòu)及形狀分析為了實(shí)現(xiàn)空心渦輪葉片的鑄造，有兩套熔模，即陶瓷芯模和外蠟?zāi)?。工作葉片和導(dǎo)葉的內(nèi)部形狀分別如圖2-4和圖2-5所示。圖2-4葉片內(nèi)形陶芯模具圖2-5葉片外型模具可以看出渦輪葉片鑄造模具由非旋轉(zhuǎn)部件和旋轉(zhuǎn)部件組成?；剞D(zhuǎn)部件通常是指軸、盤、套、環(huán)等回轉(zhuǎn)部件。它們的共同特點(diǎn)是形狀簡單。整個(gè)零件可以看作是幾個(gè)形狀元素的組合，這些基本形狀大多具有規(guī)則的幾何形狀，如圖2-6和2-7所示。非旋轉(zhuǎn)部件主要指箱式和板桿式部件。這些零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，表面參數(shù)多樣，表面特征位置關(guān)系復(fù)雜，如圖2-8至2-11所示。圖2-6回轉(zhuǎn)體零件1圖2-7回轉(zhuǎn)體零件2圖2-8非回轉(zhuǎn)體零件1圖2-9非回轉(zhuǎn)體零件2圖2-10非回轉(zhuǎn)體零件3圖2-11非回轉(zhuǎn)體零件42.1.4渦輪葉片精鑄模具工藝規(guī)程設(shè)計(jì)渦輪葉片鑄造模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具運(yùn)動件形狀復(fù)雜，結(jié)合數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的制造環(huán)境，渦輪葉片鑄造模具的制造工藝設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容:分析模具活塊零件的結(jié)構(gòu)和形狀、技術(shù)要求和材料，特別是活塊零件的表面、重要的技術(shù)要求和技術(shù)要求的保證方法等，掌握制造過程中的關(guān)鍵問題；根據(jù)零件的工藝要求確認(rèn)毛坯；工藝路線設(shè)計(jì)包括:1)選擇各曲面的最終加工方法及方法的精確加工過程；2)根據(jù)工藝階段分析和工藝分散性進(jìn)行工藝組合；3)設(shè)計(jì)工藝參考系統(tǒng)，確定工藝順序；[10]4)確定熱處理工藝及其位置；5)輔助工藝安排；4.詳細(xì)工藝設(shè)計(jì):確定工藝路線后，可設(shè)計(jì)工藝內(nèi)容，包括:1)選擇加工設(shè)備；2)安排工作步驟的內(nèi)容和順序；3)確定加工余量；4)計(jì)算尺寸和偏差；5)填寫工藝卡。2.2工藝規(guī)程設(shè)計(jì)技術(shù)以來第一次討論了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)在年部分的工藝設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)的來自世界各地的很多自動設(shè)計(jì)方法的研究，并取得一定的成就，在這一時(shí)期出現(xiàn)的工作原理不同的三種工藝規(guī)劃方法，派生類型方法，創(chuàng)成式方法和人工智能的方法。1.派生的方法導(dǎo)數(shù)法的工作原理是基于成組技術(shù)和零件的相似性，建立相似零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝流程。[11]新零件的加工過程是通過查找相似零件的標(biāo)準(zhǔn)加工過程，并進(jìn)行選擇、編輯和修改，其工作原理如圖1所示。最初派生類型方法的標(biāo)準(zhǔn)流程的指定部分過程變化的處理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，但最近一個(gè)成功的系統(tǒng)可以按照一定的規(guī)則，自動派生一些系統(tǒng)結(jié)合創(chuàng)成的特點(diǎn)，在機(jī)床的選擇、切削用量也采用自動的方法，一些學(xué)者說，這一半為構(gòu)造方法。圖2-12派生式方法的工作原理由圖2-12可知，推導(dǎo)過程的特征為:該系統(tǒng)是一種利用零件間相似性檢索存儲零件族的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。因此，計(jì)算機(jī)存儲在標(biāo)準(zhǔn)過程和標(biāo)準(zhǔn)過程中，而不是過程決策邏輯中。從設(shè)計(jì)的角度來看，使用計(jì)算機(jī)模擬人工設(shè)計(jì)，其繼承和應(yīng)用程序是標(biāo)準(zhǔn)的過程[7]，它沒有指出流程設(shè)計(jì)的最基本知識，知識來源劃分粗糙，不利于知識的開發(fā)流程設(shè)計(jì)的來源，因此，該系統(tǒng)的靈活性和可移植性差。該系統(tǒng)原理簡單，易于開發(fā)，且開發(fā)較早，在應(yīng)用上有一些優(yōu)點(diǎn)，但也暴露出許多難以克服的缺點(diǎn)，如難以適應(yīng)生產(chǎn)環(huán)境的變化。2.創(chuàng)成式方法生成法的基本原理是依靠系統(tǒng)本身的決策邏輯和相關(guān)制造工程數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝規(guī)劃，如圖1所示。決策邏輯程序不需要預(yù)先進(jìn)行準(zhǔn)備工作，它使用內(nèi)置的數(shù)據(jù)算法對工藝流程內(nèi)容進(jìn)行選擇和優(yōu)化，該算法主要有決策樹、決策表、數(shù)學(xué)算法等。圖2-13創(chuàng)成式方法工作原理圖創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方法的流程規(guī)劃、接近人類的思維方式解決問題，但由于工藝設(shè)計(jì)問題本身的復(fù)雜性，但仍然需要依靠人的主觀經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合過程理論并不成熟，大多數(shù)過程問題不能建立一個(gè)實(shí)用的數(shù)學(xué)模型和通用算法的過程知識是很難形成程序代碼，所有這些導(dǎo)致這種系統(tǒng)只能處理簡單[8]。此外，生成系統(tǒng)的核心是工藝決策規(guī)則的制定和相關(guān)制造知識的合理描述。如果使用傳統(tǒng)的過程語言來開發(fā)這樣一個(gè)系統(tǒng)，那么決策規(guī)則和制造知識必須以代碼的形式固化到程序中，這給開發(fā)帶來了很大的困難，也給系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)展和移植帶來了很大的困難。因此，開發(fā)這樣一個(gè)系統(tǒng)必須使用等智能語言將知識庫從控制程序中分離出來。3.專家系統(tǒng)方法隨著基于人工智能的專家系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展，將專家系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于系統(tǒng)開發(fā)已成為技術(shù)發(fā)展的一個(gè)新的起點(diǎn)。專家系統(tǒng)方法的工作原理如圖2-14所示，主要由知識庫和推理機(jī)制組成。在知識表達(dá)方面，生產(chǎn)規(guī)則應(yīng)用最為廣泛。近年來，框架、面向?qū)ο蟮戎R表達(dá)方法逐漸被采用。圖2-14專家系統(tǒng)方法工作原理圖工藝設(shè)計(jì)主要依靠工藝人員在長期生產(chǎn)實(shí)踐中積累的經(jīng)驗(yàn)知識，具有明顯的技能和智能特性，這是難以用數(shù)學(xué)或物理模型表達(dá)的。過程設(shè)計(jì)的主要工作不是計(jì)算，而是邏輯、判斷和決策的過程，是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的問題。專家系統(tǒng)尤其擅長處理這些不確定性。專家系統(tǒng)代表著一種新的發(fā)展趨勢，具有強(qiáng)大的生命力。然而，由于知識表達(dá)的“瓶頸”和推理的“匹配沖突”尚未很好地解決，自我優(yōu)化和自我完善的功能較差，因此過程決策專家系統(tǒng)方法仍處于理論研究和簡單應(yīng)用階段。[9]2.3系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)的目的是開發(fā)一個(gè)實(shí)用的渦輪葉片精密鑄造模具流程規(guī)范設(shè)計(jì)系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)結(jié)合的設(shè)計(jì)和制造模式渦輪葉片精密鑄造模具，模具移動部件的特點(diǎn)制造環(huán)境的數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室。該系統(tǒng)通過人機(jī)交互，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝人員根據(jù)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的制造環(huán)境，設(shè)計(jì)渦輪葉片精密鑄造模具動件的工藝規(guī)程，以指導(dǎo)實(shí)際制造過程。渦輪葉片熔模鑄造工藝規(guī)范設(shè)計(jì)是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)豐富、理論薄弱的典型工作。因?yàn)閷＜蚁到y(tǒng)模型的系統(tǒng)在一定程度上，實(shí)現(xiàn)了智能系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)提出了本文使用專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立數(shù)據(jù)庫和知識庫存儲系統(tǒng)使用和產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)和規(guī)則，實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)和知識推理的相對分離程序。同時(shí)，作為應(yīng)用軟件，系統(tǒng)設(shè)計(jì)必須考慮應(yīng)用條件的變化，這就要求系統(tǒng)具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性。結(jié)合系統(tǒng)開發(fā)的難度，系統(tǒng)采用圖2-15所示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu):圖2-15渦輪葉片熔模鑄造工藝規(guī)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖的術(shù)語解釋如下:人機(jī)界面——完成初始數(shù)據(jù)輸入，承擔(dān)人機(jī)交互操作；控制調(diào)度——協(xié)調(diào)各模塊的正常運(yùn)行；預(yù)處理——接收初始數(shù)據(jù)，完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化；推理模塊——完成知識推理操作；容錯(cuò)處理——完成系統(tǒng)運(yùn)行和運(yùn)行錯(cuò)誤反饋處理，避免系統(tǒng)崩潰；底層數(shù)據(jù)庫——提供運(yùn)行系統(tǒng)的應(yīng)用程序功能所需的信息。從圖2-15可以看出，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為四層:用戶層、系統(tǒng)管理層、系統(tǒng)服務(wù)層和系統(tǒng)數(shù)據(jù)層。各層之間相互依賴，保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行。2.4系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能是由系統(tǒng)開發(fā)的目標(biāo)決定的?？陀^發(fā)展的渦輪葉片精密鑄造模具流程規(guī)范設(shè)計(jì)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能設(shè)計(jì)的渦輪葉片精密鑄造模具流程規(guī)范，最后自動生成和輸出所需的流程卡信息和用戶在系統(tǒng)接收部分采用基于知識的推理技術(shù)。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2-16所示:圖2-16系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖1.工藝信息輸入模塊零件信息是系統(tǒng)工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)的對象和依據(jù)。目前，計(jì)算機(jī)不能像人一樣識別零件圖上的所有信息，因此計(jì)算機(jī)必須有一個(gè)特殊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來描述零件信息。渦輪葉片鑄造模具零件信息的輸入與描述是關(guān)鍵問題之一。2.工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模塊工藝計(jì)劃設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的控制指揮中心，其作用是基于零件信息，根據(jù)預(yù)先指定的順序或邏輯，調(diào)用相關(guān)的工藝數(shù)據(jù)或規(guī)則，進(jìn)行必要的比較、計(jì)算和決策，并生成和輸出零件的工藝計(jì)劃文件。3.工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫過程數(shù)據(jù)庫和知識庫是系統(tǒng)的支持工具，存儲系統(tǒng)所需的和生成的所有過程數(shù)據(jù)，如輸入零件信息、系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果、處理方案選擇規(guī)則、排序規(guī)則等過程規(guī)則。2.5系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境開發(fā)工具:VC++6.0開發(fā)語言:C/C++開發(fā)平臺:UGIIV18.0開發(fā)環(huán)境:MICROSOFTWINDOWSXP支撐環(huán)境:SQLSERVER2000或以上版本硬件環(huán)境:主機(jī)586以上，內(nèi)存≥128M，硬盤容量≥5GB2.6本章小結(jié)本章分析了渦輪葉片熔模鑄造的結(jié)構(gòu)和形狀特點(diǎn)，總結(jié)了其工藝設(shè)計(jì)任務(wù)，并在分析CAPP系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了渦輪葉片熔模鑄造工藝規(guī)范設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。3．工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模塊研究工藝規(guī)范設(shè)計(jì)模塊是本文的核心模塊。其主要任務(wù)是智能生成渦輪葉片鑄模運(yùn)動件的工藝文件。工藝流程設(shè)計(jì)問題是一個(gè)典型的多變量復(fù)雜系統(tǒng)決策問題，難以解決。渦輪葉片熔模鑄造工藝規(guī)范設(shè)計(jì)是一項(xiàng)經(jīng)驗(yàn)豐富、理論薄弱的典型工作。在這篇文章中，專家系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫是用于建立數(shù)據(jù)庫和知識庫，存儲的所有數(shù)據(jù)和使用的規(guī)則，由系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)知識的相對分離過程數(shù)據(jù)和推理程序。本章將闡述過程數(shù)據(jù)庫和知識庫的設(shè)計(jì)原理、實(shí)現(xiàn)方案和建立[10]。3.1工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模型的建立3.1.1工藝規(guī)程設(shè)計(jì)任務(wù)分解影響工藝過程設(shè)計(jì)的因素很多。過程設(shè)計(jì)是一個(gè)非結(jié)構(gòu)化的決策問題，即問題沒有已知的求解方法，或者存在多個(gè)求解方法，且答案不一致。它含有一定的不確定性和創(chuàng)造性，計(jì)算機(jī)很難直接處理。因此，可以采用分層規(guī)劃的思想建立合適的過程規(guī)劃設(shè)計(jì)模型，將一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)逐步分解為多個(gè)層次的子問題，將多個(gè)影響因素分散到不同的子任務(wù)中，逐層細(xì)化求解。同時(shí)，根據(jù)不同層次的任務(wù)需求，適當(dāng)利用人機(jī)交互，靈活地將人的問題解決轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的解決過程?；诜旨壱?guī)劃的思想，使用自頂向下的分解方法，可以在渦輪葉片精密鑄造模具工藝設(shè)計(jì)決策過程路線的設(shè)計(jì)任務(wù)分解成，加工方案選擇、制造資源選擇、流程維度和文件輸出五項(xiàng)任務(wù)，流程規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)分解圖如圖3-1所示。圖3-1工藝規(guī)程設(shè)計(jì)任務(wù)分解示意圖決策主要解決工藝路線的各種特點(diǎn)，其中加工方案選擇的調(diào)度問題具有加工方案選擇的特點(diǎn)，對于每種方法選擇合適的加工順序的制造資源選擇主要是根據(jù)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的資源和環(huán)境，加工操作順序選擇機(jī)床設(shè)備和其他可用資源過程確定的大小主要負(fù)責(zé)大小的確定，為每個(gè)工序加工余量和公差文件輸出是系統(tǒng)提供給用戶的結(jié)果，工藝設(shè)計(jì)文件?？梢钥闯觯纸夂蟮倪^程規(guī)劃設(shè)計(jì)子問題具有明確的目標(biāo)和相對獨(dú)立性。每個(gè)子任務(wù)只需要在高層決策的基礎(chǔ)上明確自己要解決的內(nèi)容，不需要對子任務(wù)的內(nèi)容了解太多。它可以在不同的層次上將搜索空間限制在更小的部分，使得每個(gè)鏈接都可以很容易地找到對應(yīng)的解決方案，并且可以逐步細(xì)化解決方案。3.1.2基于操作的加工順序編排思想的應(yīng)用眾所周知，在系統(tǒng)中一般采用特征建模技術(shù)，零件的幾何信息和加工信息依賴于零件的本體特征或表面特征。為了實(shí)現(xiàn)和集成，大多數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)都是以特征作為工藝規(guī)范的基本要素，但在實(shí)際生產(chǎn)中，零件的加工是以操作為基礎(chǔ)的，即以工序或步驟為基本要素。為了完成對同一特征的加工，通常需要一個(gè)加工順序，即加工方法鏈。當(dāng)同一機(jī)床完成兩種或兩種以上特征加工工藝序列的一次加工，或同一特征需要在不同機(jī)床上完成兩種或兩種以上加工時(shí)，作為工藝設(shè)計(jì)基本要素的“特征”與“操作”之間的矛盾就表現(xiàn)出來了。例如，在工藝設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量減少零件夾緊和在不同加工設(shè)備之間移動的次數(shù)，以提高加工效率。顯然，僅以特征為基本要素的過程決策機(jī)制所得到的過程計(jì)劃難以滿足這一原則。所謂“操作”的基本思想，就是在同一機(jī)床上使用同一刀具夾具完成加工過程，不能屬于同一加工表面，作為一個(gè)不間斷的加工順序。它是滿意的數(shù)量盡可能少工件夾緊，不同機(jī)器之間傳輸完成處理任務(wù)的原則，但同時(shí)可能違反其他原則安排的技術(shù)，基于流程布局原則的特點(diǎn)，如避免振動造成的加工誤差，內(nèi)孔等主要特征。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)分解的過程，對工藝設(shè)計(jì)提出了在本文中，首先，基于特征的工藝設(shè)計(jì)方法的基本元素，根據(jù)一定的順序邏輯，處理順序的特點(diǎn)為每個(gè)特征選擇的處理方法序列相鄰加工方法來選擇所需的制造資源。這樣就生成了零件的初始過程[11]。需要強(qiáng)調(diào)的是，系統(tǒng)過程規(guī)劃設(shè)計(jì)中的子任務(wù)并不完全是串行的。由于分解的子任務(wù)并不是完全獨(dú)立的，所以它們是按順序設(shè)計(jì)的，并且結(jié)果不一定是最合理的。因此，反饋修正活動需要貫穿于子任務(wù)決策的全過程。具體實(shí)施方案是根據(jù)特征原理確定初步工藝路線后，根據(jù)操作思路對零件的加工順序進(jìn)行重新排序。將兩種方法相結(jié)合、協(xié)調(diào)，使工藝路線更加合理。流程中的流程大小與整個(gè)流程線有關(guān)，即流程順序的改變可能會影響流程大小的改變。因此，本文在工藝尺寸設(shè)計(jì)前對工藝路線進(jìn)行了修改。3.1.3工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模型經(jīng)上述分析，本文設(shè)計(jì)如圖一所示的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)模型：圖3-2藝規(guī)程設(shè)計(jì)模型本文采用基于知識的推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)了工藝流程設(shè)計(jì)模塊。因此，在系統(tǒng)的推理和決策過程中，有必要有一個(gè)更完整的過程規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，并有一個(gè)更完整的過程數(shù)據(jù)庫和知識庫的支持。本章將對這兩部分進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。3.2工藝規(guī)程的設(shè)計(jì)原理及實(shí)施方案研究本文在推理技術(shù)上采用基于知識的推理，在推理過程中采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的方法。所謂數(shù)據(jù)驅(qū)動是一種自下而上的正向推理方法。當(dāng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)滿足規(guī)則的條件部分時(shí)，可以使用規(guī)則。數(shù)據(jù)驅(qū)動方法的優(yōu)點(diǎn)是，對于輸入事實(shí)，可以搜索出滿足條件的所有規(guī)則，也就是說，可以找到所有可能的解決方案。這使得通過規(guī)則法從滿足條件的所有解中篩選出最優(yōu)解變得很方便。同時(shí)，該方法簡單易行。但是，由于搜索是在所有相關(guān)的規(guī)則庫中進(jìn)行的，所以當(dāng)規(guī)則大小較大時(shí)，這種方法的效率較低。下面將分別研究流程規(guī)范設(shè)計(jì)模塊中各子任務(wù)的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案。3.2.1基于特征的工藝路線決策技術(shù)決策大多是對加工過程的調(diào)度問題及其針對性強(qiáng)，許多因素考慮，處理方法是靈活的生產(chǎn)實(shí)踐，這是流程設(shè)計(jì)合理與否的關(guān)鍵，也是最困難的部分設(shè)計(jì)的自動過程，從而成為瓶頸因素影響程度的系統(tǒng)是可行的。過程路徑?jīng)Q策邏輯的實(shí)現(xiàn)和過程知識的表達(dá)是當(dāng)前系統(tǒng)研究中尚待解決的重要問題，也是實(shí)現(xiàn)過程的泛化和實(shí)用性的關(guān)鍵。1.基于特征的過程路徑?jīng)Q策原則本文采用方位特征描述方法，對渦輪葉片精密鑄造模具運(yùn)動部件的信息描述進(jìn)行了研究。同時(shí)，還將各方位面特征劃分為主要特征和輔助特征進(jìn)行描述。根據(jù)這一原理，無論模具零件有多復(fù)雜，都可以看作是由多個(gè)方位角面和各個(gè)面所具有的各種特征組成的。在企業(yè)的具體生產(chǎn)條件，制造精度、表面粗糙度、尺寸、材料、熱處理和其他條件的每個(gè)特性確定，應(yīng)該有一個(gè)序列滿足條件的處理方法，同時(shí)，有加工設(shè)備資源，可以完成相應(yīng)的處理方法[12]。即零件的特征、加工方法與制造資源之間存在特定的映射關(guān)系，如圖3-3所示。圖3-3特征、加工方法和制造資源間映射關(guān)系示意圖因此，本文采用以特征為基本要素的過程路徑?jīng)Q策方法。決策原則是，首先假設(shè)排序是基于特征的，即通過處理方法序列完成一個(gè)特征的處理后，可以開始下一個(gè)特征的處理。每一個(gè)特點(diǎn)一般都要經(jīng)過不同的過程才能達(dá)到其不同的要求。加工方法的選擇實(shí)際上就是加工順序的選擇。特征處理序列可以表示為:也就是說，從坯料開始，首先用加工方法只加工蒸汽的中間形狀，然后用加工方法加工中間形狀等，直到用加工方法加工合格的特征。從上面的分析中，本文基于流程路線的特點(diǎn)是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程的推理，每個(gè)處理特性的設(shè)計(jì)，分析和處理是進(jìn)行零件加工鏈的特點(diǎn)，作為一個(gè)特征處理結(jié)束，部分功能處理鏈已經(jīng)調(diào)整和修改，當(dāng)所有的特點(diǎn)，處理完成后，處理鏈的特點(diǎn)，2.基于特征的過程路由決策實(shí)現(xiàn)方法本文第三章建立的零件信息模型直接得到了零件的特征加工鏈。在本文中渦輪葉片部分，精密鑄造模具基于“軸承特征描述方法描述和存儲在模型中的部分信息，因此，地區(qū)的原始特征加工鏈的平面障礙當(dāng)事人實(shí)際訂單是用戶輸入訂單信息輸入時(shí)，與此同時(shí)，從屬于主要特征的輔助功能。經(jīng)過以上分析，本文根據(jù)基于特征的工藝路線決策方法的原理，結(jié)合已知的原始零件特征處理鏈，設(shè)計(jì)了工藝路線決策過程，如圖1所示。在推理程序設(shè)計(jì)中，根據(jù)圖3-4所示的過程，可以實(shí)現(xiàn)工藝路線的初步安排。過程路徑?jīng)Q策子任務(wù)中的過程規(guī)則庫中的規(guī)則包括特征排序規(guī)則和方位面排序規(guī)則。例如，旋轉(zhuǎn)部分，這個(gè)過程人員總結(jié)了以下原則:第一，外部首先，然后內(nèi)部首先，那么小的部分應(yīng)該緩慢，如鍵槽、花鍵、橫洞，等，應(yīng)放置完成汽車后，以避免損壞主缸的連續(xù)性，導(dǎo)致振動等等?；鶞?zhǔn)面等旋轉(zhuǎn)部件，首先，表面和孔粗和細(xì)分離(會的主要表面粗糙，精細(xì)加工部分，為了消除內(nèi)應(yīng)力造成的粗加工，切削力、夾緊力以及其他負(fù)面影響加工精度)等等。圖3-4渦輪葉片精鑄模具工藝路線決策流程示意圖3.2.2加工方案選擇加工方案選擇是確定零件上各待加工特征的加工方法鏈，其實(shí)現(xiàn)基于零件的特征加工鏈。所謂加工方法鏈就是用一系列加工方法來完成一個(gè)定特征，即加工方案。本文渦輪葉片熔模加工方案的選擇應(yīng)綜合考慮以下因素:零部件和材料；對各加工特性如精度、表面粗糙度等的要求。零件的結(jié)構(gòu)形狀和加工尺寸的特點(diǎn)。本文將加工方法鏈的選擇規(guī)則描述為其中，為規(guī)則的條件，為規(guī)則的結(jié)論。表示待加工特征的加工方法表示加工特征，表示零件材料，表示尺寸精度，表示表面粗糙度，表示形狀和位置公差，表示尺寸特征。選擇每個(gè)特性處理序列處理方法是將上述因素作為已知條件和調(diào)用過程規(guī)則庫中的規(guī)則找到處理方法序列匹配設(shè)置[13]?；谏鲜鲈?，加工方案選擇的工作流如圖4-5所示。圖3-5加工方案選擇的工作流程示意圖3.2.3制造資源選擇制造資源包括機(jī)床、刀具、夾具、車間布置等與資源和環(huán)境有關(guān)的因素，根據(jù)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室對工藝的要求，本文主要解決機(jī)床的選擇問題。機(jī)床的選擇受加工零件的表面形狀、尺寸精度和生產(chǎn)類型的影響。零件的表面形狀和尺寸精度對機(jī)床選擇的影響主要取決于加工滿足這些技術(shù)要求的表面。也就是說，每一個(gè)零件表面的技術(shù)要求，如形狀，大小，每個(gè)加工計(jì)劃本身的精度也可以有自己的表面形狀和范圍可以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的準(zhǔn)確性，為了達(dá)到特定的形狀，大小，等表面加工精度的技術(shù)要求，必須意識到使用這些技術(shù)要求的處理方案，處理，和各種處理解決方案對應(yīng)于一個(gè)特定的機(jī)床?；诖怂枷朐O(shè)計(jì)的機(jī)床選型規(guī)則如下:其中，為規(guī)則的條件，為規(guī)則的結(jié)論。M表示加工某一特征的機(jī)床(包括機(jī)床名稱和型號)；X1表示處理方案；X2表示加工特征；X3為加工精度；X4表示零件類型；X5表示零件的最大尺寸。制造資源的選擇過程類似于加工方案的選擇過程。將上述因素也作為已知條件，調(diào)用過程規(guī)則庫中的規(guī)則來查找與事實(shí)集匹配的機(jī)床設(shè)備。3.2.4工藝尺寸確定一個(gè)完整的工藝設(shè)計(jì)程序，除了包括工藝路線、工藝程序外，還應(yīng)包括各工藝參數(shù)的確定。工藝參數(shù)的確定，包括兩個(gè)層面首先過程確定大小的第二過程在切削深度等工藝參數(shù)的確定、飼料等，根據(jù)數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室對工藝設(shè)計(jì)的需求，本文實(shí)現(xiàn)了過程維度的確定，包括選擇機(jī)械加工余量、尺寸和公差的確定過程之間的關(guān)系。加工余量和工序之間的尺寸公差對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和成本都有影響，三者相互影響[14]。1.確認(rèn)毛坯的尺寸渦輪葉片投資鑄造模具中回轉(zhuǎn)類零件的毛坯類型為棒材非回轉(zhuǎn)類零件的毛坯類型，包括鍛造類零件和平板類零件。數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室零件毛坯尺寸由鍛造工藝部確定，確定原則如下:2.確定旋轉(zhuǎn)零件的毛坯尺寸欄空白大小:其中M為待加工工件，M(d，l)為待加工工件的直徑和長度，M’為待加工毛坯，M’(d+10，l+10)為待加工工件的直徑和長度。即按設(shè)計(jì)尺寸增加零件直徑10mm，按設(shè)計(jì)尺寸增加長度5mm，取圓后得到棒材的毛坯尺寸。3.確定非旋轉(zhuǎn)零件的毛坯尺寸對于非旋轉(zhuǎn)零件，用戶首先選擇毛坯類型，即鍛件或薄板。對于不同的毛坯類型，確定毛坯尺寸的原則如下:(1)建立空白鍛造毛坯尺寸:其中M為待加工零件，M(a，b，h)為待加工工件的三維尺寸，M'為待加工毛坯，M'(a+10，b+10，h+10)為待加工毛坯的三維尺寸。也就是說，鍛件的毛坯尺寸可以根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸和四舍五入，在三維零件的每一側(cè)各加5mm即可得到。金屬板空白空白板尺寸:式中，M為待加工零件，M(a，b，h)為待加工工件的三維尺寸，v為待加工毛坯，M’(a+10，b+10，h+2)為待加工工件的三維尺寸。即三維尺寸的最小值h添加部分，把1毫米一邊根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，圍捕系列金屬板的大小值，a和b，另兩個(gè)大小值添加，把5毫米另一方面根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸，圍捕獲得金屬板的空白大小。(一)處理選項(xiàng)加工余量由前一道工序的加工精度、前一道工序的表面質(zhì)量和前一道工序的安裝誤差三部分組成。各工序余量之和為被加工表面余量之和。加工余量的確定原則是在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工余量最小化。目前，確定機(jī)械加工余量的方法，一般有三種，一是經(jīng)驗(yàn)來確定兩個(gè)參考手冊，這種方法被廣泛的三個(gè)分析和計(jì)算方法，該方法確定機(jī)械加工余量是最合理的，但這種方法必須需要詳細(xì)和可靠的各種參數(shù)計(jì)算是相當(dāng)復(fù)雜的，而且通常在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)使用的部分。在程序?qū)崿F(xiàn)上，不可能采用第一種方法，第三種方法也不適合本文的設(shè)計(jì)目的。本文采用咨詢手冊的經(jīng)驗(yàn)值來實(shí)現(xiàn)加工余量的選擇。通過實(shí)例說明了用查表法確定加工余量的過程。假設(shè)渦輪葉片鑄型零件外圓表面直徑為，加工過程為:粗車、半精車、粗磨、精磨、精磨。查閱工藝手冊后，磨削余量為0.01mm，精磨余量0.1mm，粗磨余量0.3mm，半精車削余量1.1mm。添加后，總余量為1.51mm。毛坯尺寸又是(8.26+10)mm圓，即18mm，所以通過計(jì)算，粗車余量為18-8.26-1.51=8.23mm。根據(jù)工藝手冊，粗車余量為4.5mm為所以上述計(jì)算與實(shí)際情況相符。事實(shí)上，數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室采用的毛坯尺寸略大于通過計(jì)算得到的最小毛坯尺寸，這對于零件的大批量生產(chǎn)是浪費(fèi)，但對于渦輪葉片精密鑄造模具的單件生產(chǎn)是可行的。(二)工藝尺寸計(jì)算采用“從后到前”的方法計(jì)算工藝尺寸。也就是說，根據(jù)零件圖紙的要求，確定最終工序的尺寸和公差，然后根據(jù)選定的加工余量計(jì)算前道工序的尺寸，根據(jù)該工序加工方法的精度給出公差。工藝尺寸的計(jì)算流程如圖4-6所示。在圖4-6在第二階段是建立一個(gè)樹的大小，因此設(shè)計(jì)尺寸鏈和剩余的尺寸鏈需要維檢查第三階段，即檢查設(shè)計(jì)尺寸公差可以保證在第四階段需要零花錢，當(dāng)檢查最小余量小于或等于零，根據(jù)組件鏈接公差檢查堆棧，如果檢查不通過，重新調(diào)整過程尺寸公差或剩余價(jià)值，圖3-6工序尺寸的計(jì)算流程圖3.2.5工藝文件輸出流程文檔通常以卡片的形式表示，因此流程文檔通常稱為流程卡。工藝卡是工藝規(guī)范設(shè)計(jì)結(jié)果的最終表達(dá)。本文所要做的重要工作是編寫實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單、交互修改功能強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)化工藝卡。(1)工藝卡結(jié)構(gòu)與功能分析1.工藝卡結(jié)構(gòu)分析工藝卡反映了零件的總體信息、加工工藝及各工序的加工內(nèi)容、機(jī)床設(shè)備等細(xì)節(jié)。數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室使用的標(biāo)準(zhǔn)工藝卡如圖3-7所示圖3-7數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)工藝卡片示意圖本文設(shè)計(jì)的工藝卡結(jié)構(gòu)與圖1所示一致。2.工藝卡功能分析由于本文所開發(fā)的理論和系統(tǒng)的不完善，工藝規(guī)范設(shè)計(jì)生成的工藝卡與實(shí)際要求可能存在一定的差異。工藝卡要求具有交互式編輯功能。工藝卡應(yīng)具備以下主要功能:功能是顯示零件的整體信息和工藝規(guī)范的設(shè)計(jì)結(jié)果；交互式編輯功能；具有保存和輸出工藝卡的功能。(二)實(shí)現(xiàn)工藝文件的輸出基于分析流程卡的結(jié)構(gòu)和功能，具體實(shí)現(xiàn)步驟文件的輸出是第一個(gè)技術(shù)，將被制成一個(gè)模板文件保存過程卡片形式與第二個(gè)文件生成過程，從零件信息模型提取的總體信息和填寫卡在第三部分，技術(shù)工藝設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)庫讀取過程規(guī)劃設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)并填入卡在最后，對生成的結(jié)果進(jìn)行檢查和編輯，并保存結(jié)果或根據(jù)客戶的需要打印出來。圖3-8工藝文件輸出流程圖3.3工藝數(shù)據(jù)庫與知識庫所謂的過程數(shù)據(jù)庫和知識庫都是嚴(yán)格意義上的數(shù)據(jù)庫，只是根據(jù)存儲內(nèi)容的類型進(jìn)行了區(qū)分。過程數(shù)據(jù)庫存儲零件的原始輸入信息和系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果的過程知識庫，存儲支持系統(tǒng)的過程規(guī)劃設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)和規(guī)則?？梢钥闯?，過程數(shù)據(jù)庫和知識庫是系統(tǒng)的“信息中心”，對系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)起著重要的支撐作用。3.3.1工藝數(shù)據(jù)庫過程數(shù)據(jù)庫主要存儲零件的原始輸入信息和決策結(jié)果，由零件、總體信息、主要特征信息、輔助特征信息和設(shè)計(jì)結(jié)果五個(gè)數(shù)據(jù)表組成。如圖3-9所示，是系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表與數(shù)據(jù)表之間關(guān)系的示意圖。圖3-9工藝數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)表及其相互關(guān)系圖零件數(shù)據(jù)表:以零件名稱為鍵，作為所有數(shù)據(jù)表的主表；通用信息數(shù)據(jù)表:保存用戶輸入加工零件的通用特征信息；主要特征信息數(shù)據(jù)表:由于系統(tǒng)中零件的信息描述采用基于方位面特征描述的方法，因此這里的主要特征信息表保存了被加工零件主要特征的形狀特征和精度特征信息。輔助特征信息數(shù)據(jù)表:類似地，輔助特征信息表保留了輔助特征的形狀特征和精度特征；信息設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)表:保存被加工零件的工藝流程設(shè)計(jì)結(jié)果，即零件的工藝流程。在系統(tǒng)決策推理中，初始生成的方案和最終生成的方案以相同的方式存儲在設(shè)計(jì)結(jié)果表中。如圖3-9所示，五個(gè)表都有自己的不同關(guān)系一般信息，信息和數(shù)據(jù)表的主要特點(diǎn)設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)表是子表的一部分，以“部分名稱”為主建立主從關(guān)系的關(guān)鍵，所有的信息系統(tǒng)這三個(gè)部分的數(shù)據(jù)表來存儲數(shù)據(jù)表的“零件”渦輪葉片精密鑄造模具“產(chǎn)品數(shù)據(jù)表”子表，產(chǎn)品信息由數(shù)據(jù)表存儲輔助部件特征信息數(shù)據(jù)表是數(shù)據(jù)表的主要特征子表，存儲一些主要特征的所有輔助信息。3.3.2工藝知識庫(一)技術(shù)知識的表達(dá)過程知識的表達(dá)是將過程知識通過某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)組合成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的編程過程，即知識的建模和形式化。合理的知識表示必須滿足充分表達(dá)、有效推理、易于管理和易于理解的要求。目前，人們對過程知識表達(dá)的研究相對成熟，主要包括生產(chǎn)規(guī)則、框架、語義網(wǎng)絡(luò)和邏輯。其中，生產(chǎn)規(guī)則以“如果條件，則結(jié)論”的形式表達(dá)專家知識，其一般形式如下:如果<條件1>和/或<條件2>和/或…和/或<n>的條件然后<條件1>或<操作1><結(jié)論2個(gè)>或2個(gè)>手術(shù)…<結(jié)論n>或<手術(shù)n>生產(chǎn)規(guī)律的表達(dá)類似于人的思維方式。它還直觀、易于理解、易于收集和組織流程專家。此外，該規(guī)則可以用不完全啟發(fā)式知識解決特定問題，適用于需要大量經(jīng)驗(yàn)知識才能解決問題的領(lǐng)域。該特性符合過程規(guī)范設(shè)計(jì)領(lǐng)域，規(guī)則表示也符合過程規(guī)范設(shè)計(jì)決策邏輯。因此，本文采用生產(chǎn)規(guī)則來表達(dá)工藝知識。(二)過程知識庫設(shè)計(jì)過程知識按其在推理過程中的作用可分為兩類:事實(shí)知識和決策知識。事實(shí)知識是指在一定的加工環(huán)境下加工資源數(shù)據(jù)和加工手冊中的一些標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，如機(jī)床性能、加工計(jì)劃等。決策知識是在事實(shí)知識的基礎(chǔ)上建立起來的，它由一些經(jīng)驗(yàn)規(guī)則和原則來表示，如加工方案和機(jī)床的選擇。表3-1和表3-2分別是系統(tǒng)中事實(shí)知識和決策知識的分類表。表3-1規(guī)則性知識分類明細(xì)表知識類型名稱說明加工方案描述各種特征在不同條件一可能的加工方案案機(jī)床數(shù)據(jù)描述數(shù)控技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中所用機(jī)床設(shè)備及其性能參數(shù)數(shù)加余量數(shù)據(jù)描述各種加工方法的加工余量表3-2規(guī)則性知識分類明細(xì)表知識類型名稱說明加工方案選擇根據(jù)零件材料類型、加工精度和粗糙度要求等確定特征的加工方案機(jī)床選擇根據(jù)加工特征種類、加工精度和零件尺寸等要求確定加工的機(jī)床基于特征的工藝路線編排根據(jù)基于特征的工藝路線編排原來原則來編排各個(gè)加工特征的加工順序基于操作的工藝路線修正根據(jù)基于操作的原理修正初步生成的工藝路線根據(jù)知識的不同類型，過程知識庫的數(shù)據(jù)表可分為事實(shí)數(shù)據(jù)表和決策規(guī)則表。其中，事實(shí)數(shù)據(jù)表存儲了流程決策過程中所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。決策規(guī)則表存儲流程規(guī)則，每個(gè)記錄包含約束條件字段和結(jié)論字段。過程決策過程中需要的決策規(guī)則由生產(chǎn)規(guī)則表示，知識的條件部分或前提部分為規(guī)則表的約束條件字段，知識的結(jié)論部分為結(jié)論字段。(三)建立過程知識庫根據(jù)上述設(shè)計(jì)原則，以加工特征“平面”的加工方案選擇為例，說明了過程知識庫的建立，即過程知識庫中數(shù)據(jù)表的建立。表3-3為平面處理方案適用范圍。根據(jù)這些規(guī)則，設(shè)計(jì)如圖1和圖1所示的處理方案，選擇規(guī)則數(shù)據(jù)表和平面處理方案數(shù)據(jù)表。表3-3平面加工方案適用范圍序號精度等級（IT）表面粗糙度工作材料111以下50~12.5未淬硬鋼、鑄鐵、有色金屬、鋼粗車28~96.3~3.2粗車-半精車36~71.6~0.8粗車-半精車-精車47~90.8~0.2粗車-半精車-磨削57~96.3~1.6未淬硬的平面粗刨或粗銑一精刨或精銑673.2~1.6粗銑一半精銑一精銑銑77~8粗刨一半精刨一精刨刨86~90.8~0.2未淬硬的平面粗銑一拉拉96~70.8~0.2未淬硬的鋼件、鑄鐵件及有色金屬件粗刨粗銑一精刨精銑一寬刃精刨刨105粗刨粗銑一半精刨半精銑一精刨刨精銑一寬刃低速精刨刨115~60.8~0.1未淬硬鋼、鑄鐵、有色金屬粗刨粗銑一精刨精銑一刮研研125~6粗刨粗銑一半精刨半精銑一精刨刨精銑一刮研136~70.8~0.2淬硬或未淬硬的黑色金屬粗刨祖銑一精刨精銑一磨削145~60.4~0.25粗刨粗銑一精刨精銑一粗磨一精磨155以上<0.1粗銑一精銑一磨削一研磨如圖3-10所示加工方案選擇規(guī)則包括數(shù)據(jù)表中的信息數(shù)量、名稱的影響特點(diǎn)和第四章本文分析零件加工方案選擇的因素包括加工零件的加工特征的要求材料、組件、部件和加工特征尺寸，圖3-11所示平面處理方案數(shù)據(jù)表中的信息項(xiàng)包括規(guī)則代碼、處理方案代碼和處理方案的具體內(nèi)容。表中的輸入內(nèi)容是與規(guī)則表中的規(guī)則代碼對應(yīng)的平面處理方案，以規(guī)則代碼和處理方案代碼為鍵。圖3-12顯示兩個(gè)表之間的關(guān)系圖形數(shù)據(jù)處理方案的處理方案選擇規(guī)則表中列出數(shù)據(jù)表子表規(guī)則編寫代碼之間的關(guān)系表明，代碼”，“兩大”代表的加工特征“飛機(jī)”，后兩個(gè)規(guī)則”“代表第六的特點(diǎn)，基于同樣的原因，由于圓柱的特征代號，圓柱法的特點(diǎn)為選擇規(guī)則，即表中的一個(gè)平面和處理方法序列必須服從規(guī)則中的一個(gè)相應(yīng)的事實(shí)規(guī)則，但處理方案不能只滿足每個(gè)規(guī)則事實(shí)。圖3-12加工方案選擇數(shù)據(jù)表間關(guān)系示意圖在選擇部分的加工方案的特性，系統(tǒng)匹配特性的狀況與規(guī)則條件加工方案選擇規(guī)則表中的規(guī)則代碼，然后得到相應(yīng)的加工方案，加工方案選擇數(shù)據(jù)表中的部分功能通過規(guī)則的代碼。過程知識庫存儲所有支持系統(tǒng)進(jìn)行過程規(guī)劃設(shè)計(jì)所需的數(shù)據(jù)表和規(guī)則表，如圖3-10和圖3-11所示，而沒有詳細(xì)說明其他數(shù)據(jù)表。根據(jù)過程數(shù)據(jù)庫和知識庫中數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)原則，利用SQLServer2000建立了系統(tǒng)過程數(shù)據(jù)庫和知識庫。(四)過程知識的獲取工藝知識獲取主要是指渦輪葉片熔模鑄造工藝設(shè)計(jì)的規(guī)則。系統(tǒng)開發(fā)階段，知識庫的輸入主要來自工藝流程規(guī)則的手工查閱相關(guān)知識，以數(shù)控技術(shù)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中的數(shù)據(jù)和渦輪葉片精密鑄造模具的美工設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)提取。過程知識是多樣化的，不確定的，嚴(yán)重依賴于過程人員的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。將這些經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可以識別的知識和規(guī)則，在系統(tǒng)開發(fā)階段是一項(xiàng)非常困難甚至不可能完成的任務(wù)。因此，知識的獲取是一個(gè)逐步完善的過程。為此，本文開發(fā)了一個(gè)開放的過程知識獲取系統(tǒng)，包括知識檢索和知識獲取功能。其功能結(jié)構(gòu)如圖3-13所示。圖3-13工藝知識獲取系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖這種知識獲取方法雖然簡單實(shí)用，但增加了用戶的工作量。因此，這種獲取方法只能是解決問題的權(quán)宜之計(jì)。為了使系統(tǒng)更加智能化，有必要進(jìn)一步研究和采用新的知識獲取方法，使系統(tǒng)具有一定的自主學(xué)習(xí)能力。本文開發(fā)的過程知識獲取系統(tǒng)的操作界面見第五章的系統(tǒng)操作實(shí)例。3.4本章小結(jié)本章首先基于分級規(guī)劃的概念，流程規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)分解為五個(gè)相對獨(dú)立的子任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上，基于特征的思想路線安排和協(xié)調(diào)過程，建立基于操作程序設(shè)計(jì)模型，并著重分析了技術(shù)工藝設(shè)計(jì)模塊的設(shè)計(jì)原理和實(shí)現(xiàn)方案，設(shè)計(jì)過程數(shù)據(jù)庫和知識庫系統(tǒng)。4．原型系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例4.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方案，該系統(tǒng)開發(fā)工具選擇材料、后臺數(shù)據(jù)庫的工具使用，使用技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫，完成系統(tǒng)的開發(fā)工作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的渦輪葉片鑄件模具智能設(shè)計(jì)的移動部件流程規(guī)范。4.2原型系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例一般情況下，渦輪葉片精鑄模具中旋轉(zhuǎn)件的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)要比非旋轉(zhuǎn)件簡單，系統(tǒng)的工藝規(guī)范設(shè)計(jì)難度較小。因此，系統(tǒng)性能不夠可靠，無法通過運(yùn)行實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。本文選取如圖4-1所示的非旋轉(zhuǎn)部件作為原型系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例。圖4-1系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)例零件4.2.1系統(tǒng)主界面理想情況下，渦輪葉片精密鑄造模具系統(tǒng)應(yīng)與軟件和模塊集成，有效集成平臺下渦輪葉片精密鑄造模具的設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃和數(shù)控編程。然而，在本文的前期，對于系統(tǒng)與系統(tǒng)的集成還沒有深入的研究。本系統(tǒng)不是平臺下的二次開發(fā)，系統(tǒng)可以在接口下連接運(yùn)行或獨(dú)立運(yùn)行。兩種情況下，系統(tǒng)運(yùn)行的主界面分別如圖4-2和圖4-3所示。從圖4-2和4-3，可以看出，該系統(tǒng)具有的功能過程程序設(shè)計(jì)，它適用于處理方案的操作數(shù)據(jù)庫，制造資源數(shù)據(jù)庫，加工余量數(shù)據(jù)庫、工藝路線安排數(shù)據(jù)庫和過程文檔數(shù)據(jù)庫的旋轉(zhuǎn)體零件和過程知識獲取。圖4-2系統(tǒng)在UGII下運(yùn)行的主界面圖4-3系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)行的主界面接下來演示了本系統(tǒng)在模具中使用如圖1所示的活件操作過程設(shè)計(jì)程序，并以選擇加工方案為例，介紹了過程知識獲取系統(tǒng)的功能和操作方法。4.2.2工藝規(guī)程設(shè)計(jì)系統(tǒng)1.選擇零件類型渦輪葉片精密鑄造模具的動件分為旋轉(zhuǎn)件和非旋轉(zhuǎn)件。由于兩部分的特征類所包含的具體信息不同，設(shè)計(jì)了不同的輸入接口來完成兩部分的信息輸入。對于圖4-2所示零件，點(diǎn)擊圖4-3所示界面上的“非旋轉(zhuǎn)零件工藝規(guī)范設(shè)計(jì)”，或者點(diǎn)擊圖1所示界面上的“非旋轉(zhuǎn)零件”，選擇零件類型。2.零件的信息輸入對于圖4-4所示的零件，輸入過程如下:一般特征信息輸入。圖1為非旋轉(zhuǎn)部件整體特征輸入界面和輸入部件整體特征信息。點(diǎn)擊“保存”保存信息。圖4-4圖一非回轉(zhuǎn)體零件總體特征輸入界面輸入形狀和精度特征信息。包括部分的主要特點(diǎn)和相應(yīng)的輔助信息的形狀和精度，如圖1所示，對回轉(zhuǎn)體零件的形狀和精度的特征輸入和信息顯示界面，輸入是一個(gè)主要的特征部分的內(nèi)容如果主要功能是輔助的信息，點(diǎn)擊“輔助功能”，如圖，輔助輸