小型钛合金整体叶轮的智能制造方法

引言

对于现代制造系统，人们有不同的理解。现代制造系统在不同国家、不同企业、不同行业，即不同的环境下有不同的内涵。就是在同一环境下，也有不同的层次。针对我国制造业的发展现状，近几年研究和推广的重点应该是智能制造技术、制造单元技术，如数控技术和加工单元、柔性制造单元。在一个先进的制造系统中，人和机器承担的角色不同。人的特点是处理随机、突发事件的应变能力，模糊推理能力，判断力和创造力较强，而机器则适合于做繁重、危险、重复、精确控制、程序化的各种体力和运算工作，速度快而且精度高。只有正确确定系统自动化的程度及人与机器间的合理分工，才能使先进制造系统既经济又安全可靠。

1、智能制造系统的构成框架

智能制造系统是在生产现场谋求智能化机械和人相互融合的同时，有效利用一切知识性活动，通过知识库、数据库、计算机和通信网络，柔性地把企业从订货、设计、生产 到销售的全部活动集成起来，力求整体效率提高的生产系统。

智能制造系统的结构见图1：

在一个制造企业内部，从设计到销售的整个制造过程是一个典型的多自主体问题求解过程。为了提高制造系统对内部、外部各种状态变化的适应性，智能制造系统的总体结构设计须遵循开放性原则。

2、小型钛合金整体叶轮的制造流程

钛合金整体叶轮是航空机载设备及火箭发动机、飞机发动机的重要零件之一，由于结构紧凑、体积小、重量轻、强度高等一系列优点，在航空航天产品中得到越来越多的应用。

在不同的生产厂家，小型钛合金整体叶轮(如图2)的制造工艺不尽相同。

其中，比较典型的制造流程如下：

针对高精度复杂型面小型钛合金整体叶轮的数控加工，目前仍有许多亟待解决的问题：

①如何改进钛合金整体叶轮的数控加工工艺，如何提高加工效率。

②刀具材料及几何形状(如圆柱形刀、圆锥形刀、鼓形刀等)的选择。

③钛合金多轴铣削工艺参数的合理选用，最小刀位干涉的优化计算，刀具行程范围的准确确定，以及刀具铣削角度调整，切削余量、铣削深度、进刀速度、加工步长等的选择调整。

④数控软件中导动面计算，怎样最大限度地增大铣刀直径。

⑤如何提高刀具的使用寿命和解决加工中的断刀问题。

⑥怎样避免加工中出现的较大振动。

⑦怎样解决钛合金叶轮加工中的弹塑性变形问题。

⑧加工铣刀磨损后的重刃磨技术。

⑨与三坐标测量机配套的整体叶轮检测专用软件的开发。

因此，研究这类零件的智能制造方法就显得尤为重要。

3、小型钛合金整体叶轮的制造分解为多智能体系统

小型整体钛合金叶轮的制造系统可以看成是一个动态的不断完善的系统(特别是在研究阶段)，agent是这个系统的智能单元。参照图1这个系统可以用图3来表示。

其中，对应的图1中的“计算机网络+智能制造协议”部分变为“叶轮制造知识库”，它主要包括叶轮造型、数控编程、数控加工、变形补偿、测量等各环节所用的彼此相关的公共知识。针对叶轮造型而言，有多种叶轮造型方法，而不同的造型方法，对应着不同的编程方法、补偿方法、测量方法。对于数控加工中的机床、刀具的选用，更是直接影响着其他环节。因此，各个agent建立过程中应首先选用公共知识库中的知识，对于公共知识库中没有的又与其他环节有关的知识，应及时提供给公共知识库以便其他环节共享。

钛合金叶轮制造中，按任务分解成若干个agent：变形补偿agent、叶轮造型agent、数控编程agent、数控加工agent、叶轮测量agent等。每个agent可以是物理实体或抽象实体，可以进行推理决策和问题求解，是一种具有智能的逻辑单元。

其中叶轮造型agent与环境的关系如图4所示。

造型agent的输入信息：原始设计图纸、测量方式、变形补偿方法等可来自叶轮制造公共技术知识库，它们是造型人员进行造型的依据；造型人员的创新设计方法、最终尺寸模型又反馈给公共技术知识库。其他agent与环境的交互关系与叶轮造型agent相似。

4、结论

上述零件智能制造方法的最大好处是便于人的参与，发挥人的智能；最大程度地简化流程，符合并行工程的制造理念；总体的风险由不同的智能体承担。对提高整个系统的可靠性有利。

参考文献

[1]李卫东，朱剑英，等．UG环境下小型钛合金叶轮的造型方法[J]．南京航空航天大学学报，1999，(3)

[2]胡春华，吴波，杨叔子．基于多自主体的分布式智能制造系统研究[J]．中国制造工程，1998，(9)