多轴数控加工的智能辅助工艺规划

摘 要：快速发展的制造业要求数控加工日趋复杂，生产规模化要求制造过程越来越智能化。智能控制不仅在一个可持续的制造业生态系统中具备竞争力，而且也推进了工业4.0的发展。本研究通过提出混合两阶段优化算法验证旅行商问题和禁忌搜索。在五轴数控加工机上智能计算辅助工艺规划的两项指标得到了验证，实现工业4.0的准备，讨论在追求更高智能制造平台方面的研究进展。

关键词：计算机辅助工艺规划（CAPP）;多轴数控加工（CNC）;工业4.0;点对点操作控制（PTP）

为了提高决策能力和加强知识管理的工艺过程模型，通过与机械加工相关的参数和变量进行研究计算机辅助工艺规划（简称CAPP）和多轴计算机数控加工（简称CNC）的相互依赖地关系。二十多年来，生成的CAPP嵌入数控加工技术中包括车削、切割和磨料加工、棱柱特征加工和机床选择等得到了广泛的应用。CAPP是一项整体策略，用于适应广泛实施的多轴数控加工流程，同时采用一些与生成相关的算法，数控加工的代码可在搜索推理引擎及其界面之间转移。Khan等人使用称之为模拟退火算法模拟非生产性运动，如切削刀具通过搜索形成某些几何形状的多个端点进入和退出。针对工件排序特征的工艺操作提出一种最优搜索算法。结合辅助设计CAD，CAPP和CNC交叉影响的因素。然而，这些仅适用于模拟环境，在这种环境中名义或理论数据主导软件计算。因此，全面的计算机辅助加工环境识别并集成CAPP适用于“工业4.0”[1]的多个方面。

1 特定组件的方法论

同种行业中尽可能多地利用多元文化影响力参与工业4.0体系结构中，利用拓展的CAPP理论探讨强调如何振兴传统CAM系统。根据最近的调查跟踪2003年至2014年十年间的工业4.0准备的发展趋势，称之为的基于代理的制造企业经历了三个级别的可重构制造系统[2]。CAPP的主要挑战涉及转化追求智能工厂时，从技能/经验或者从信号/数据到信息转变。同时，工业4.0的特征组件、语义框架和网络物理系统得以扩展源自的建模和决策技术集成的常规最优搜索算法合成。关键来源包括：

（1）被认为是组合优化算法的模拟退火算法方案，专注于区分称之为临界空间从当前配置处理到有效扰动的空间;

（2）根植于遗传算法方案进化和自然遗传学的机制已经发展到微电子基板领域钻孔工具路径优化[3]。

前述优化原则有助于这项研究中提出的算法。相对于数控运动轮廓操作，已开发的CAPP专注于基于PTP的现实和实际过程。规划的目的是优化一种智能的聚类方式切换和遍历的顺序和频率。结果可适用于工业4.0加工工具及其连续的多轴运动控制。目的研究是为了解决问题的重构实际CNC中CAPP案例的等级。相关行业4.0属性，例如协作诊断和决策方案取决于采用数字化加工工艺参数。通过自下而上企业利益相关者之间信息和通信的智能集成，该方法可以成为工业4.0的推动力驱动的CNC中CAPP。

2 性能评估与分析

五轴数控加工是配备了推荐算法和比较算法，该算法嵌入在已开发的固件接口子系统中以进行交互与机器控制。有十二种工具参与在XYZ+BC轴向软件生成路径和顺序后的在五个连续曲面加工。

在项目中一个多型面工件是用来证明研究模型的有效性。通过顶视图，左视图，右视图，等视图执行顺序智能推理，接口单元分别将数字化的参数映射为工作顺序以进行组合优化，随后生成数控代码。最后，子系统调用操作单元进行验证整个过程，执行验证决策前下载和加工实际上是在进行的。代表典型实验组的初始解决方案与禁忌搜索后优化之间的比较。单个操作禁忌搜索具有生成刀具路径的优势。

成本函数将刀具路径距离转换为附加值路径，并将加工时间转化为增值时间。混合禁忌搜索操作超出了刀具路径和时间测序复杂度标准操作程序，与通常在操作菜单中记录的标准操作程序相比，拟议的智能CAPP展示了决策优势。它进一步说明了当增加加工复杂性时如何搭建内置智能功能与域协作专家程序。

在五轴CNC设备上如何构建智能CAPP。通过应用混合两阶段优化算法，即旅行商问题（TSP）和新颖的禁忌搜索（TS）方法，我们为嵌入CAPP多轴数控加工自动生成的代码成功地加工了工件。同时，突出工业4.0性能指标验证可制造性和效率与在运营绩效方面行业专家的意见保持一致。启用了关键物理加工设备的端到端数字化通过一系列点到点的操作来实现CNC实践的智能集成。结果证明通过开发嵌入CAPP实用的CNC智能内核来实现工业4.0准备。

3 结论

工业4.0推进了传统制造工艺进入智能互联又相互补充以减少过程成本。在追寻工业4.0的过程中，两种实现前景和平台至关重要。过程规划范例要求转换被动知识数据库为智能CAPP“信息库”。虚拟制造中开发具有可转移性的算法增强和优化的现实网络能响应的决策场景。为工业4.0创新，建议的CNC CAPP模型可以通过差异评估获得其他智能功能CNC编程中的场景。自适应变体生成的统一应用程序编程接口（API）优化可以防止小数据集受损找到最佳效果的有效性。基于垂直整合的加工方面，振兴横向一体化是一个持续的过程。通过识别的相互连接的价值链参数和变量重新配置制造价值网超越了内部运营。

参考文献：

[1]安富利.工业4.0时代：如何变革制造业[J].软件和集成电路，2019（11）：12-13.

[2]任思成，徐德，王芳.可重构制造系统研究与发展[J].制造业自动化，2005.27（03）：1-8.

[3]于瑩莹，陈燕，李桃迎.改进的遗传算法求解旅行商问题[J].控制与决策，2014.29（8）：1483-1488.

作者简介：胡业发（1971-），男，汉族，江西九江人，本科，助理实验师，九江职业技术学院机械工程学院，研究方向：数控加工技术。