一种滚齿加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种滚齿加工方法，其特征在于，滚齿加工时，按照以下步骤进行滚齿加工工艺参数的优化决策，具体包括步骤为：（1）实现滚齿加工工艺本体库的构建；（2）实现滚齿加工工艺参数决策目标空间的表达；（3）实现滚齿加工工艺参数的综合优化决策。本发明的优点是：用数据库存储的滚齿加工工艺领域本体库可以实现该领域知识的共享和重用，将实例推理和层次分析法结合运用，既能将滚齿加工工艺参数作为一个系统考虑，又能够解决新的滚齿工艺参数优化决策问题。
【专利说明】一种滚齿加工方法【技术领域】
[0001]本发明涉及齿轮加工技术，尤其是涉及一种滚齿加工过程中对工艺参数进行优化决策的加工方法。
【背景技术】[0002]滚齿加工工艺参数的合理选择以及优化决策对于提高滚齿加工生产质量和加工效率具有重要意义。目前广泛采用的工艺参数拟定方法是经验法或试验法:对于大批量生产，工艺人员常依据各种工艺手册以及自身积累的加工经验完成工艺参数的制定；对于小批量多品种生产，需根据工艺人员的工艺经验事先确定可行的工艺参数，并结合一定次数的试切获得可以满足加工要求的工艺参数。但现有的工艺参数决策方法存在如下不足:①缺乏统一的滚齿加工工艺知识的统一表达滚齿加工工艺周期长；③没有综合考虑加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗，环境影响等因素。
[0003]现有对滚齿加工工艺参数优化决策问题的处理方法主要包括:(I)基于专家系统的各种优化算法；(I)实例推理方法。基于专家系统的各种优化算法处理滚齿加工工艺参数优化决策问题时，通过遗传算法、人工神经网路等算法自动完成工艺参数优化，但由于算法有着不可预测性，导致决策结果不稳定且不可重用，缺乏统一的工艺知识表达。实例推理方法从历史加工实例角度出发，通过检索、重用、修改、保留等步骤解决新的问题，但以实例相似度作为唯一指标，缺乏考虑工艺实例的加工效果，使得最优匹配实例的工艺方案所采用工艺参数应用于待决策工艺问题时其加工效果可能不理想。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，怎样提供一种能够缩短滚齿加工时间，提高滚齿加工效果的滚齿加工方法，其能够实现加工工艺参数的优化决策，实现滚齿加工工艺知识的统一表达，并将层次分析法和实例推理相结合，以达到缩短加工时间，提高加工效果的目的。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明中采用了如下的技术方案:
[0006]一种滚齿加工方法，其特征在于，滚齿加工时，按照以下步骤进行滚齿加工工艺参数的优化决策，具体步骤为:
[0007](I)实现滚齿加工工艺本体库的构建；首先，将滚齿加工工艺知识抽象为滚齿加工工艺领域本体，依据相似性特征，对滚齿加工工艺领域中知识进行分组，分别为概念、关系、属性、规则和实例五组；其次，依据滚齿加工工艺领域知识分组，将概念知识按自顶向下法整合成滚齿加工工艺领域概念本体树；再次，依据所形成的滚齿加工工艺领域概念本体树的抽象模型，利用本体理论，分析滚齿加工工艺概念知识间的联系，抽象为关系知识，对概念和关系知识进行属性提取和规则提取；最后，以数据库的形式存储，完成滚齿加工工艺的知识表达，形成本体库，其包含概念库、关系库、属性库、规则库和实例库；即按照BNF范式(巴科斯范式)，根据滚齿加工工艺领域概念本体树中的概念知识和之前提取的关系、属性、规则等知识，分别形成概念库、关系库、属性库、规则库；将整个滚齿加工工艺知识表达过程实例化，形成实例库；
[0008](2)实现滚齿加工工艺参数决策目标空间的表达；首先运用层次分析法构建滚齿加工工艺参数决策模型，将滚齿加工工艺参数决策目标空间分为三个层次:目标层、评价层和方案层；其中方案层的属性中属于滚刀基本参数的属性，通过人机交互的方式，决策者依据模数相等规则检索本体库的相关知识，得到方案层决策方案矩阵A ;方案层中的属性中不属于滚刀基本参数的属性，利用实例推理方法将决策目标空间与历史加工实例的相似度进行计算，以选择出与方案层数值属性匹配的实例，得到方案层决策方案矩阵B ;(决策矩阵A、B往往是许多行，假设A的行数为g，B的行数为k，那么方案层决策的组合方案就有gXk 个；) [0009](3)实现滚齿加工工艺参数的综合优化决策；首先对滚齿加工工艺参数决策模型建立判断矩阵，即对上一层的某要素而言将本层次诸要素之间进行两两比较；接着，进行层次单排序，根据判断矩阵，通过计算相对重要度对本层次的各要素相对于上一层的某要素进行重要度排序；然后，进行一致性检验，判断各个方案相对重要度的可信度；最后，进行层次总排序，可从目标层开始，自顶向下地求出当前层上各要素对于上一层整体而言的综合重要度；重要度最高的即是滚齿加工工艺参数优化决策方案。
[0010]作为优化，上述滚齿加工工艺领域本体定义如下:
[0011]滚齿加工工艺领域本体是对滚齿加工工艺领域中存在的概念的一种详尽的特征化描述，即滚齿加工工艺领域本体是对滚齿加工工艺领域内的概念、关系、属性、规则和实例五要素的一种描述，是实现领域知识共享和重用的基础；其中概念是指滚齿加工工艺领域中规范化的、公认的术语，是具有相同属性或行为对象的集合；它除了指一般意义上的概念，还包括滚齿加工工艺方面的任务、功能和行为；关系是指领域概念间的连接或关联?’关系存在于多个概念之间；关系本身在概念化的过程中以概念的形式存在，关系之间能够构成新的关系；(概念间的关系主要有Is_a关系、A-kind-of关系以及A-part_of关系)。
[0012]作为优化，所述的BNF范式是对所述滚齿加工工艺领域本体定义的形式化描述，是领域本体的知识表示，也是本体构建的基础；其BNF范式如下:
[0013](I)〈滚齿加工工艺领域本体 >::=(〈领域名称〉，〈概念〉，〈关系〉，〈属性〉，〈规则 >，〈实例>);
[0014](2)〈概念 >::=(< 概念号 >，< 概念名称 >，[< 同义词 >]，[< 缩略词 >]，< 概念描述 >，[< 该概念的父类号 >]，[< 所属领域名称>]);
[0015](3) <关系 >::=(< 关系号 >，〈关系名称 >，〈关系如件 >，〈关系后件 >，〈关系描述>);
[0016](4) <属性 >::=(< 属性号 >, < 所属概念号 >, < 关系号 >，< 属性名称 >，[< 同义词 >]，[< 缩略词 >]，< 值的类型 >，< 集的范围>);
[0017](5) <规则 >::=(〈规则号 >，< 所属概念号 >，< 关系号 >，< 规则描述 >，< 可信度>);
[0018](6)〈实例 >::=(< 实例号 >，< 实例名称 >，< 问题描述 >，< 实例属性号 >，< 实例属性值 >，< 实例规则号>);
[0019](7)〈领域名称 >::=〈标示符〉。[0020]作为优化，采用自顶向下法来建立滚齿加工工艺领域本体的概念分类层次，即从滚齿加工工艺领域中最大的概念开始，通过添加子类将这些概念细化，而后用领域概念本体树表示。
[0021]作为优化，所述步骤(2)中的目标层为滚齿加工工艺参数优化决策；评价层的要素包括加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗以及环境影响；方案层为方案1，方案2，..?，方案num，num表示自然数，其属性包括滚刀精度，滚刀头数、滚刀螺旋角、滚刀转速、走刀次数、轴向进给速度、径向进给速度、工件转速以及窜刀量。
[0022]作为优化，所述步骤(2)中的方案层决策组合方案生成的具体步骤包括，
[0023]Stepl决策者依据模数相等规则在本体库中检索，选出匹配的g把滚刀，抽出滚刀精度，滚刀头数、滚刀螺旋角三个参数，得到方案层决策方案矩阵A (g，3)；
[0024]St印2利用实例推理的方法，构建物元模型
【权利要求】
1.一种滚齿加工方法，其特征在于，滚齿加工时，按照以下步骤进行滚齿加工工艺参数的优化决策，具体步骤为: (1)实现滚齿加工工艺本体库的构建；首先，将滚齿加工工艺知识抽象为滚齿加工工艺领域本体，依据相似性特征，对滚齿加工工艺领域中知识进行分组，分别为概念、关系、属性、规则和实例五组；其次，依据滚齿加工工艺领域知识分组，将概念知识按自顶向下法整合成滚齿加工工艺领域概念本体树；再次，依据所形成的滚齿加工工艺领域概念本体树的抽象模型，利用本体理论，分析滚齿加工工艺概念知识间的联系，抽象为关系知识，对概念和关系知识进行属性提取和规则提取；最后，以数据库的形式存储，完成滚齿加工工艺的知识表达，形成本体库，其包含概念库、关系库、属性库、规则库和实例库；即按照BNF范式(巴科斯范式)，根据滚齿加工工艺领域概念本体树中的概念知识和之前提取的关系、属性、规则等知识，分别形成概念库、关系库、属性库、规则库；将整个滚齿加工工艺知识表达过程实例化，形成实例库； (2)实现滚齿加工工艺参数决策目标空间的表达；首先运用层次分析法构建滚齿加工工艺参数决策模型，将滚齿加工工艺参数决策目标空间分为三个层次:目标层、评价层和方案层；其中方案层的属性中属于滚刀基本参数的属性，通过人机交互的方式，决策者依据模数相等规则检索本体 库的相关知识，得到方案层决策方案矩阵A ;方案层中的属性中不属于滚刀基本参数的属性，利用实例推理方法将决策目标空间与历史加工实例的相似度进行计算，以选择出与方案层数值属性匹配的实例，得到方案层决策方案矩阵B ; (3)实现滚齿加工工艺参数的综合优化决策；首先对滚齿加工工艺参数决策模型建立判断矩阵，即对上一层的某要素而言将本层次诸要素之间进行两两比较；接着，进行层次单排序，根据判断矩阵，通过计算相对重要度对本层次的各要素相对于上一层的某要素进行重要度排序；然后，进行一致性检验，判断各个方案相对重要度的可信度；最后，进行层次总排序，可从目标层开始，自顶向下地求出当前层上各要素对于上一层整体而言的综合重要度；重要度最高的即是滚齿加工工艺参数优化决策方案。
2.如权利要求1所述的滚齿加工方法，其特征在于，滚齿加工工艺领域本体定义如下: 滚齿加工工艺领域本体是对滚齿加工工艺领域中存在的概念的一种详尽的特征化描述，即滚齿加工工艺领域本体是对滚齿加工工艺领域内的概念、关系、属性、规则和实例五要素的一种描述，是实现领域知识共享和重用的基础；其中概念是指滚齿加工工艺领域中规范化的、公认的术语，是具有相同属性或行为对象的集合；它除了指一般意义上的概念，还包括滚齿加工工艺方面的任务、功能和行为；关系是指领域概念间的连接或关联；关系存在于多个概念之间；关系本身在概念化的过程中以概念的形式存在，关系之间能够构成新的关系。
3.如权利要求2所述的滚齿加工方法，其特征在于，所述的BNF范式是对所述滚齿加工工艺领域本体定义的形式化描述，是领域本体的知识表示，也是本体构建的基础；其BNF范式如下: (IX滚齿加工工艺领域本体 >::=(< 领域名称 >，< 概念 >，〈关系 >，〈属性 >，< 规则>，<实例? ; (2)〈概念 >::=(< 概念号 >，< 概念名称 >，[< 同义词 >]，[< 缩略词 >]，< 概念描述>，[<该概念的父类号 >]，[< 所属领域名称>]); (3)〈关系>::=(〈关系号 >，< 关系名称 >，< 关系前件 >，< 关系后件 >，< 关系描述>); (4)<属性 >::=(< 属性号 >, < 所属概念号 >，< 关系号 >，< 属性名称 >，[< 同义词>]，[<缩略词 >]，< 值的类型 >，< 集的范围>); (5)<规则 >::=(< 规则号 >, < 所属概念号 >，< 关系号 >，< 规则描述 >，< 可信度>)； (6)〈实例>::=(〈实例号 >，< 实例名称 >，< 问题描述 >，< 实例属性号 >，< 实例属性值〉，〈实例规则号>); (7)<领域名称 >::=〈标示符>。
4.如权利要求1所述的滚齿加工方法，其特征在于，采用自顶向下法来建立滚齿加工工艺领域本体的概念分类层次，即从滚齿加工工艺领域中最大的概念开始，通过添加子类将这些概念细化，而后用领域概念本体树表示。
5.如权利要求1所述的滚齿加工方法，其特征在于，所述步骤(2)中的目标层为滚齿加工工艺参数优化决策；评价层的要素包括加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗以及环境影响；方案层为方案1，方案2，..?，方案num，num为自然数，其属性包括滚刀精度，滚刀头数、滚刀螺旋角、滚刀转速、走刀次数、轴向进给速度、径向进给速度、工件转速以及窜刀量。
6.如权利要求5所述的滚齿加工方法，其特征在于， 所述步骤(2)中的方案层决策组合方案生成的具体步骤包括， Stepl决策者依据模数相等规则在本体库中检索，选出匹配的g把滚刀，抽出滚刀精度，滚刀头数、滚刀螺旋角三个参数，得到方案层决策方案矩阵A (g，3)；
St印2利用实例推理的方法，构建物元模型
7.如权利要求1所述的所述的滚齿加工方法，其特征在于， 所述步骤(3)中的滚齿加工工艺参数的综合优化决策具体步骤包括， St印I设定被比较层名为EVAO，被比较层要素为ELEO，比较层名为EVA1，比较层要素为ELEI, EVAO=目标层，ELEO=滚齿加工工艺参数优化决策，EVAl=评价层，ELEl=加工质量、加工时间、加工成本、资源消耗、环境影响；判断标志ELEFlag=O ； Step2根据判断尺度表，对EVAO的ELEO某属性而言将EVAl的ELEl之间进行两两比较，得到EVAl对EVAO的判断矩阵
【文档编号】G06F17/50GK103729525SQ201410038194
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】阎春平, 曹卫东, 肖雨亮 申请人:重庆大学