小型鈦合金整體葉輪的智能制造方法

引言

對于現(xiàn)代制造系統(tǒng)，人們有不同的理解。現(xiàn)代制造系統(tǒng)在不同國家、不同企業(yè)、不同行業(yè)，即不同的環(huán)境下有不同的內(nèi)涵。就是在同一環(huán)境下，也有不同的層次。針對我國制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，近幾年研究和推廣的重點(diǎn)應(yīng)該是智能制造技術(shù)、制造單元技術(shù)，如數(shù)控技術(shù)和加工單元、柔性制造單元。在一個(gè)先進(jìn)的制造系統(tǒng)中，人和機(jī)器承擔(dān)的角色不同。人的特點(diǎn)是處理隨機(jī)、突發(fā)事件的應(yīng)變能力，模糊推理能力，判斷力和創(chuàng)造力較強(qiáng)，而機(jī)器則適合于做繁重、危險(xiǎn)、重復(fù)、精確控制、程序化的各種體力和運(yùn)算工作，速度快而且精度高。只有正確確定系統(tǒng)自動(dòng)化的程度及人與機(jī)器間的合理分工，才能使先進(jìn)制造系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又安全可靠。

1、智能制造系統(tǒng)的構(gòu)成框架

智能制造系統(tǒng)是在生產(chǎn)現(xiàn)場謀求智能化機(jī)械和人相互融合的同時(shí)，有效利用一切知識(shí)性活動(dòng)，通過知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)，柔性地把企業(yè)從訂貨、設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 到銷售的全部活動(dòng)集成起來，力求整體效率提高的生產(chǎn)系統(tǒng)。

智能制造系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖1：

在一個(gè)制造企業(yè)內(nèi)部，從設(shè)計(jì)到銷售的整個(gè)制造過程是一個(gè)典型的多自主體問題求解過程。為了提高制造系統(tǒng)對內(nèi)部、外部各種狀態(tài)變化的適應(yīng)性，智能制造系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)須遵循開放性原則。

2、小型鈦合金整體葉輪的制造流程

鈦合金整體葉輪是航空機(jī)載設(shè)備及火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要零件之一，由于結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、強(qiáng)度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在航空航天產(chǎn)品中得到越來越多的應(yīng)用。

在不同的生產(chǎn)廠家，小型鈦合金整體葉輪(如圖2)的制造工藝不盡相同。

其中，比較典型的制造流程如下：

針對高精度復(fù)雜型面小型鈦合金整體葉輪的數(shù)控加工，目前仍有許多亟待解決的問題：

①如何改進(jìn)鈦合金整體葉輪的數(shù)控加工工藝，如何提高加工效率。

②刀具材料及幾何形狀(如圓柱形刀、圓錐形刀、鼓形刀等)的選擇。

③鈦合金多軸銑削工藝參數(shù)的合理選用，最小刀位干涉的優(yōu)化計(jì)算，刀具行程范圍的準(zhǔn)確確定，以及刀具銑削角度調(diào)整，切削余量、銑削深度、進(jìn)刀速度、加工步長等的選擇調(diào)整。

④數(shù)控軟件中導(dǎo)動(dòng)面計(jì)算，怎樣最大限度地增大銑刀直徑。

⑤如何提高刀具的使用壽命和解決加工中的斷刀問題。

⑥怎樣避免加工中出現(xiàn)的較大振動(dòng)。

⑦怎樣解決鈦合金葉輪加工中的彈塑性變形問題。

⑧加工銑刀磨損后的重刃磨技術(shù)。

⑨與三坐標(biāo)測量機(jī)配套的整體葉輪檢測專用軟件的開發(fā)。

因此，研究這類零件的智能制造方法就顯得尤為重要。

3、小型鈦合金整體葉輪的制造分解為多智能體系統(tǒng)

小型整體鈦合金葉輪的制造系統(tǒng)可以看成是一個(gè)動(dòng)態(tài)的不斷完善的系統(tǒng)(特別是在研究階段)，agent是這個(gè)系統(tǒng)的智能單元。參照圖1這個(gè)系統(tǒng)可以用圖3來表示。

其中，對應(yīng)的圖1中的“計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)+智能制造協(xié)議”部分變?yōu)椤叭~輪制造知識(shí)庫”，它主要包括葉輪造型、數(shù)控編程、數(shù)控加工、變形補(bǔ)償、測量等各環(huán)節(jié)所用的彼此相關(guān)的公共知識(shí)。針對葉輪造型而言，有多種葉輪造型方法，而不同的造型方法，對應(yīng)著不同的編程方法、補(bǔ)償方法、測量方法。對于數(shù)控加工中的機(jī)床、刀具的選用，更是直接影響著其他環(huán)節(jié)。因此，各個(gè)agent建立過程中應(yīng)首先選用公共知識(shí)庫中的知識(shí)，對于公共知識(shí)庫中沒有的又與其他環(huán)節(jié)有關(guān)的知識(shí)，應(yīng)及時(shí)提供給公共知識(shí)庫以便其他環(huán)節(jié)共享。

鈦合金葉輪制造中，按任務(wù)分解成若干個(gè)agent：變形補(bǔ)償agent、葉輪造型agent、數(shù)控編程agent、數(shù)控加工agent、葉輪測量agent等。每個(gè)agent可以是物理實(shí)體或抽象實(shí)體，可以進(jìn)行推理決策和問題求解，是一種具有智能的邏輯單元。

其中葉輪造型agent與環(huán)境的關(guān)系如圖4所示。

造型agent的輸入信息：原始設(shè)計(jì)圖紙、測量方式、變形補(bǔ)償方法等可來自葉輪制造公共技術(shù)知識(shí)庫，它們是造型人員進(jìn)行造型的依據(jù)；造型人員的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法、最終尺寸模型又反饋給公共技術(shù)知識(shí)庫。其他agent與環(huán)境的交互關(guān)系與葉輪造型agent相似。

4、結(jié)論

上述零件智能制造方法的最大好處是便于人的參與，發(fā)揮人的智能；最大程度地簡化流程，符合并行工程的制造理念；總體的風(fēng)險(xiǎn)由不同的智能體承擔(dān)。對提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性有利。

參考文獻(xiàn)

[1]李衛(wèi)東，朱劍英，等．UG環(huán)境下小型鈦合金葉輪的造型方法[J]．南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，1999，(3)

[2]胡春華，吳波，楊叔子．基于多自主體的分布式智能制造系統(tǒng)研究[J]．中國制造工程，1998，(9)