1 引言
我國(guó)在錘上自由鍛計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)(鍛造CAPP)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)方面已有十多年的歷史，很多科研院所和生產(chǎn)企業(yè)都開(kāi)發(fā)出了功能各異的CAPP系統(tǒng)。但到目前為止，這些系統(tǒng)基本上還是停留在半創(chuàng)成型階段，如工藝過(guò)程的選擇、工序尺寸的確定等，都有賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定，離創(chuàng)成型還有一定的距離。原因在于鍛件的形狀千變?nèi)f化，鍛造工藝的確定是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，要建立一套適用范圍廣泛、又具有很強(qiáng)的指導(dǎo)性的完善的工藝專家系統(tǒng)，存在一定的困難。但是，就某些特定的類型而言，盡可能地接近創(chuàng)成型CAPP的目標(biāo)，還是可以做到的。如凸肩法蘭類鍛件、空心類鍛件等。本文以空心類鍛件為例，對(duì)建立它的鍛造工序選擇工藝專家系統(tǒng)進(jìn)行介紹。
2 鍛造工序的選擇說(shuō)明
在CAPP系統(tǒng)中，鍛件圖的生成、余量與偏差的選用、材料規(guī)格的確定、材料定額的計(jì)算等等，都比較容易實(shí)現(xiàn)，而對(duì)鍛造工人的操作具有指導(dǎo)意義的工序選擇、工序尺寸確定等工藝專家系統(tǒng)中最重要的部分，卻是難度最大的。有文獻(xiàn)［2］介紹過(guò)空心類鍛件采用預(yù)估坯體積的辦法來(lái)確定，應(yīng)該肯定，這種方法是有效的，但具有局限性。一方面，預(yù)估就必須假定一些條件，這些假定條件與實(shí)際情況可能存在一定的誤差；另一方面，該文也只給出了4類一般性的工序選擇。
實(shí)際上，在這類鍛件的工藝設(shè)計(jì)中，不需預(yù)估就可以確定它的工序選擇。方法如下：
在計(jì)算機(jī)屏幕上，顯示圖1所示圖形，圖中的直線和曲線分割構(gòu)成13個(gè)小的區(qū)域，每一個(gè)區(qū)域都代表了一種確定不同的鍛造工序的方法。不妨給每一個(gè)區(qū)域進(jìn)行編號(hào)，為01～13號(hào)，各區(qū)域所代表的鍛造工序方案見(jiàn)表1(注：在這種方法中，圖1中的a、b、c...、u、v、w、(1)、(2)等符號(hào)是不存在的，符號(hào)的意義見(jiàn)下文)。
圖1 錘上空心類自由鍛件鍛造工序方案選擇
表1 錘上空心類鍛件鍛造工序方案的選擇
| 區(qū) 域 | 鍛造工序方案 |
| 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 |
沖孔 |
當(dāng)鍛件尺寸得出時(shí)，D/d和H/d的數(shù)值就確定了，此時(shí)可以在圖1中顯示出它的坐標(biāo)位置，鍛造工藝人員由此可以選定鍛件的鍛造工序，這種方法的好處是直觀明了，只需少量的人機(jī)交互操作即可完成鍛造工序的選擇。 為了使CAPP向創(chuàng)成化方向發(fā)展，還可以建立一種更快捷的通過(guò)計(jì)算判別的方法，實(shí)現(xiàn)這種方法的前提條件是必須將圖1解析化，以便于編出程序，使計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成計(jì)算判別并輸出結(jié)果。 3 鍛造工序的計(jì)算判別解析化 鍛造工序選擇是鍛造工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中的一個(gè)很重要的方面，為了在計(jì)算機(jī)上自動(dòng)完成計(jì)算判別，對(duì)圖1的解析化工作就是要擬合出圖中的每條直線和曲線的數(shù)學(xué)方程，而后作出流程圖。 y=y1+［(y2-y1)/(x2-x1)］(x-x1) 直線經(jīng)擬合后，上式就是一次函數(shù)直線的一般方程： y=ax+b 具體的擬合結(jié)果在表2中列出。 表2 空心類鍛件工序設(shè)計(jì)判別曲線擬合方程表 |
| 線名 | 實(shí)際 線型 |
擬合 線型 |
定義域 | 擬合方程 |
| a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w |
直線 曲線 曲線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 曲線 直線 曲線 曲線 曲線 曲線 曲線 曲線 曲線 曲線 曲線 曲線 |
直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 直線 |
x∈［1，8］ |
y=0.125x |
3.2 曲線的擬合方程 先討論五條曲線中的兩條長(zhǎng)曲線。 曲線(1)、(2)與二次函數(shù)中的拋物線類似，可以用二次函數(shù)進(jìn)行擬合。數(shù)學(xué)方程可按如下方法推導(dǎo)得出： 令D/d=x,H/d=y 選定曲線上的三點(diǎn)，取它們的坐標(biāo)值(x0,y0)、(x1,y1)、(x2,y2)，則曲線的二次函數(shù)表達(dá)式為： |
曲線經(jīng)擬合后，上式就是二次函數(shù)拋物線的一般方程：
y=ax2+bx+c
按照這種方法擬合的二次函數(shù)表達(dá)式隨三點(diǎn)取值的不同而略有不同，即a、b、c的數(shù)值不同，但y的計(jì)算結(jié)果相差不大。
在擬合結(jié)果中，兩條曲線有如下的表達(dá)式；
曲線(1)：y=2.167x2-18.102x+39.818
曲線(2)：y=5.017x2-29.925x+46.804
對(duì)照?qǐng)D1上的坐標(biāo)點(diǎn)，驗(yàn)證其精確度，以曲線(1)為例，x的取值范圍為2.5～4，
當(dāng)x=2.5～2.6時(shí)，y的誤差為0～+0.2;
當(dāng)x=2.6～2.84時(shí)，y的誤差為0～-0.1;
當(dāng)x=2.84～4時(shí)，y的誤差為-0.1～-1.1。
由此看出，只有當(dāng)x的值在2.6附近時(shí)，y的計(jì)算值才能滿足精確度要求。其他取值范圍都不太理想，尤其當(dāng)x=2.84～4時(shí)，y的計(jì)算值誤差過(guò)大，擬合的二次函數(shù)表達(dá)式根本不能使用。驗(yàn)證曲線(2)的精確度，結(jié)果與曲線(1)基本類似。
這樣就應(yīng)該找到一種能確保精確度的方法，重新進(jìn)行擬合。不妨設(shè)想，如果把兩條曲線都分成若干段，使每一段都與直線逼近，把它們擬合成直線方程，再檢驗(yàn)其精確度。只要分成的段數(shù)足夠多，就可以使每一段基本上與直線重合，這樣精確度就能得到滿足。
按照這種思路，將曲線(1)分成n、o、p、q、r、s共6段，將曲線(2)分成t、u、v、w共4段，再分別建立直線方程，見(jiàn)表2。檢驗(yàn)其精確度，誤差均小于0.1，可見(jiàn)這些直線方程已經(jīng)能夠滿足使用要求。需要說(shuō)明的是，將曲線分成多少段，分法并不是唯一的，只要能夠確保精確度就行。
五條曲線中，曲線b、c、l的長(zhǎng)度較短，按照上述方法，允許用一次函數(shù)直線代替。擬合結(jié)果在表2中列出。
4 鍛造工序的計(jì)算判別方法及流程圖設(shè)計(jì)
在擬合出所有直線和曲線的數(shù)學(xué)方程后，即可建立起鍛造工序選擇的計(jì)算判別方法，并且根據(jù)這個(gè)方法繪制出流程圖，供程序設(shè)計(jì)用。圖2中列出了01～08區(qū)和部分13區(qū)的判別流程圖。限于篇幅，09～12區(qū)和部分13區(qū)的判別流程圖未詳細(xì)介紹，但根據(jù)圖1和表2就不難繪出這些區(qū)域的判別流程圖(圖2)。
圖2 錘上空心類鍛件鍛造工序選擇計(jì)算判別流程圖
繪出了鍛造工序計(jì)算判別的流程圖，就可以用計(jì)算機(jī)高級(jí)語(yǔ)言(如C語(yǔ)言)編出程序，自動(dòng)完成鍛造工序的判別并輸出結(jié)果。
另外，鍛造工序確定以后，各個(gè)工序的工序尺寸確定也至關(guān)重要。只有確定了工序尺寸，鍛造工人才能按圖進(jìn)行操作。只要將與之相關(guān)的工藝知識(shí)綜合運(yùn)用起來(lái)，就可以建立這方面的工藝專家系統(tǒng)。關(guān)于如何建立該系統(tǒng)，此文不再介紹。
