基于特征的零件数控加工工时预测
- 格式：doc
- 大小：27.00 KB
- 文档页数：7
基于特征的零件数控加工工时预测
摘 要：通过构建零件加工特征实例，建立基于实例推理的零件加工工时预测评估模型，提出基于加工特征实例及典型工艺方案的零件工时制定方法，克服了传统工时制定方法的局限性，该方法有助于零件加工成本的预测评估及控制。
关键词：加工特征；实例推理；工时
1 引言
随着近年来我国制造企业大量引进各类具有世界先进水平的数控加工设备，加工技术得到了极大的发展，基本实现了大型结构件数控化加工，与外方之间的转包生产合作也逐渐增多，数控行业得到了很大的发展。由于大型机械零件结构复杂，种类繁多，加工工艺过程复杂，加工成本受到设备、刀具以及加工方案等因素的影响较为明显。在实际生产过程中通过对加工成本的分析发现，机床占用费（数控加工工时）在成本构成中占有很大比率。零件工时成为对零件成本的预测、控制的重要因素，因而对零件的加工工时进行合理科学的预测评估具有重要的意义。
国外制造企业在零件的工时预测与制定方面取得了有效的成果，形成了一套较为完整的技术体系与应用范畴。通过这些技术手段，能对零件结构特点进行分析识别从而对该零件的加工工时进行迅速精确的评估；而随着国内企业成本意识的加强，以及由于对零件工时评估的欠合理性使得企业在与外方进行转包生产过程中处于劣势地位等因素的影响，相关企业已经在零件工时预测与评估方面采取了一些措施，但取得的效果不尽如人意[1]。
传统的零件工时制定方法受制于经验约束，难以对零件在加工过程中形成一个有效的成本预测标准，很难在零件加工前根据零件特征信息和工艺方案给出一个相对准确有效的工时成本预算，零件在整个加工过程中的成本一般是通过事后统计测算，导致零件成本的预测值与实际值相差较大，对企业的成本预算及控制带来了较大的困难。
因此，为了解决传统数控加工工时在制定及预测上的局限性，更好的对零件成本进行有效监控，本文在对零件的特征进行分析研究的基础上，形成加工特征实例，并在零件加工过程中形成典型工艺方案，在加工特征实例及典型工艺方案的基础上获得零件的加工工时，进而对零件成本进行有效预测和控制。
2 加工特征信息分类
零件工时在加工过程中通常受到多种因素的影响，对这些因素进行分析发现，零件的加工特征信息成为影响零件工时的最主要因素。在仅考虑零件的结构基础上，不同的几何结构，其在加工过程中的加工工时会完全不同。因此，分析零件的加工工时，需要从零件的几何结构入手，对构成零件的几何特征进行深入分析。而在实际加工过程中，零件的加工工艺性，零件的形状要素、加工面复杂程度、材料种类及毛坯状态、零件结构尺寸、加工设备等也需要加以考虑， 因此本文将零件的加工特征分为以下几类：
2.1 零件的材料种类：零件的材料种类通常有铝合金、钛合金、镁合金、合金钢等金属材料以及碳纤维、玻璃钢等复合材料。
2.2 毛坯形式：毛坯通常有预拉升板、挤压型材、模锻件、自由锻件、铸件等。
2.3 零件的截面形状：根据零件的截面形状，可以将零件分为一次定位两面内形加工， 两次定位两面内形加工以及多次定位多面内形加工等， 如“ⅱ”、“t”、“工”等。
3 加工特征实例构建
随着计算机技术及智能技术的发展，在设计、制造等过程中已经初步显示出基于实例的推理方式具有较好的解决问题的能力。其基本思想是将求解具体问题时的条件、方法和结果以实例的形式存储起来，在求解新的问题时从中找出最接近当前问题的实例，并对其进行调整以满足新的要求[2]。根据aamodt和plaza提出的4r模型，整个推理过程可以分为四个阶段（见图1）：检索、重用、修正和更新。系统首先根据问题描述生成查询实例，在实例库中检索出与查询实例最为接近的库存实例，综合分析查询实例和库存实例，通过重用过程生成候选实例，然后经过修正过程对实例进行验证和修改生成修正实例，最后通过更新过程将修正实例转换为学习实例，并更新实例库。推理过程的本质是对过去类似经验的回忆与适配，并生成新任务求解策略的一种类比推理方法，这种方法符合实际加工过程中人的设计习惯和思维方式[3]。
图1 基于实例的推理模型 图2 孔加工特征实例
根据零件的特征信息分类方法，通过成组技术可将零件分解为槽、孔、台阶、 外形曲面、筋条等特征的组合。针对某一特征，在零件的批量生产过程中，可以获得该加工特征的各种信息以及该特征在加工过程所需要的加工工时。如在对一个铝合金板材零件进行钻孔的过程中，将孔定义为一个加工特征，则该特征在加工过程所需要的机床、钻头、切削参数、装夹时间、加工时间以及该特征的几何信息是可以获得的，由这些信息构成的孔特征在加工过程中所需要的工时也是可以得到的，该特征的加工工时就可以定义为在当前加工条件下是有效的。而由这些加工信息以及工时所构成的孔特征就可以在加工过程中定义为一个孔特征加工实例，存储于特征实例库中（见图2）。在实际加工过程中，由于孔本身受到不同精度、不同几何尺寸等因素的影响，以及随着工艺分析水平、能力的提高，
加工水平和熟练程度的提高，相应待加工孔的加工工时会受到影响。因此可以在孔加工特征实例的基础上定义相应的修正系数以获得待加工孔的工时。采用同样的方式可以将零件的特征如下陷、腹板、斜筋、凸台、安装孔或交点孔、槽腔等定义为包含加工工时的加工特征实例。定义了相关的特征加工实例，就可以构建由相关加工特征实例组成的典型零件，而待加工零件的工时则可以通过实例的推理以及相应的系数修正，获得零件的加工工时。
4 基于加工特征实例的工时预测
零件在加工过程中，一方面因其结构不同，使得形成的加工特征也各不相同， 对零件的加工工时形成影响；另一方面零件在加工过程中，工艺方案的不同也会对零件的工时产生相应的影响。因此，对待加工零件的工时进行预测评估，还需要充分考虑零件的工艺方案。在零件初次加工时，很难衡量该零件的工艺方案是否达到最优，因此，针对一个零件，结合其加工特征，其工艺方案总是可以不断的进行优化，使加工工序和工步顺序的合理性得到更大的提高。针对某一项零件， 在工艺水平、熟练程度一定的情况下，可以获得相对较优的工艺方案， 该工艺方案就可以确定为该零件的典型工艺方案，将该典型工艺方案存储于典型工艺库中，定义为典型工艺方案实例。后续待加工零件的加工工艺方案就可以基于该典型工艺方案实例，结合具体的零件加工特征，快速、方便地编制出符合待加工零件各种特征的工艺方案，可以在一定程度上减少新编工艺方案的时间，缩短工艺方案编制过程，更重要的是可以通过典型工艺方案进行初步估计待加工零件的工艺准备工时。
在实际工作过程中，针对待加工零件，运用特征识别、提取方法，可以将各几何结构特征进行分别提取。在加工过程中，加工特征需要涵盖相应的加工信息， 比如机床、刀具、切削参数等，因此在获得的几何特征基础上需要融合相关信息以形成加工特征实例，新的加工特征的形成可以通过实例的识别、对比、修改等推理过程实现。针对由加工特征构成的待加工零件，在制定工艺方案的过程中，根据零件的结构相似性、工艺方案相似性原则，可以通过对已有典型工艺方案的重用、 修改等方式形成待加工零件的较优工艺方案。确定了待加工零件的加工特征以及工艺方案后，零件在加工过程中所需要的加工工时成本就可以通过计算获得，参见式（1）。考虑到在加工过程中由于零件的一些加工特征所包含的加工信息有重复计算现象，比如不同的加工特征有可能使用同一台数控机床、同一把刀具、同一装夹平台，以及在加工过程中一些未可知因素，在计算零件的工时成本过程中引入了相应的修正系数。
t待=？浊■（k？滓）i （1）
式中，t待为待加工零件的工时，？滓为加工特征实例工时，k为待加工特征与实例特征工时之间的修正系数，？浊为工艺方案对零件工时的影响因子，i为构成零件的第 个加工特征，n为零件加工特征总数。
在上述零件特征信息分类及加工特征实例的基础上，本文从零件的加工特征及零件的工艺方案入手，建立零件加工工时预测评估系统， 其流程如图3所示。
5 结束语
本文通过对数控加工零件的特征分析， 以几何特征为基础包含加工信息构成加工特征实例， 基于实例建立了数控零件工时预测评估系统， 获得了较为科学有效的数控加工工时， 在零件实际加工前通过对零件进行工时获取， 对零件在整个加工过程中的工时成本进行了有效预测并使成本的控制成为可能。在对零件工时进行预测评估、 成本控制的同时，零件本身的加工方案获得了极大的优化，数控机床的有效利用率大大提高，取得了很好的经济效益。但在实际加工过程中，由于加工信息的动态变化性，实例的准确获取、精确匹配以及由零件工时成本控制拓展的零件生产成本控制将成为今后研究的重点。
参考文献
[1]李柏林.基于实例推理的塑料模具设计模型[j].机械科学与技术，2002，21（6）.
[2]孙晓斌，杨海成，王佑君.基于实例的设计方法研究[j].机械科学与技术，2000，19（2）：331-332.
[3]江勤，葛燕，李登道.基于cbr专家系统案例知识的检索、匹配、及其扩展[j]. 山东科技大学学报（自然科学版），2002，21（2）.
[4]刘文剑，许之伟，陈在礼.基于事例的工艺设计中形状相似性计算方法[j].计算机集成制造系统，2001，7（9）.
[5]蔡铭，林兰芬，董金祥等.capp中零件信息模型自动获取技术研究[j].计算机辅助设计与图形学学报，2002，14（5）.
