模糊推理技术在螺纹磨削工艺决策中的应用

的规则 ，则直 接存入 规则 库 ，并 把该 规则相 应 的匹
值 ，即它 的各个 模糊 集 的隶属 度 函数 。三角 形隶
属 函数 是较 为 简 便 的一 种 语 言 值 确 定 方 式 ，在 工
业 中 应 用 广泛 。故 本 文 采 用 了 等 间 距 的三 角形 隶
属 度 函数 ， 即通 过 模 糊 化 方 法 ，将 各输 入 输 出参 数 取 值 区 间 分割 为若 干 间距 相 等 的模 糊 子 集 ，使
Ｉ
个 推理 过 程 ，其 工 艺 参数 值 砂轮 转 速 、工 件转 速 、
背 吃刀 量和 中径余 量 被 定义 为 系统 的 四个 输 出值 ，
分 别用 Ｙ ， ， Ｙ４ Ｙ２Ｙ ， 表示 。
訇 似
示 为如 下 的形式 ：
Ｉ Ｘ１Ｐ１ ｎ ＝ ２ ｎ ＝ ３ＴＨＥＮ Ｆ［ ＝ ｄＸ２ Ｐ ｄＸ３ Ｐ ］ ａ ａ
Ｉ例据 案 数 库ｌ
图 １ 系统 结 构 框 图
实 保 证 工 艺 参 数 选 择 的准 确 性 ，但 存 在 诸 多 难 以 解 决 的 实 际 问题 。 主 要 在 于 ，由 于 螺 纹 磨 削 在 国
内机 械 加 工 领 域 并 不 常 见 ，熟 悉 此 加 工 方 法 的 工
艺 人 员 显 然 为数 不 多 ，一 旦 出现 人 员 的 空 缺 与 调 整 ，将 直 接 影 响产 品 的加 工 与 生 产 ，且 短 时 间 内
图２ 隶 属 度 函 数 示 意 图
隶 属度 ） 。此 时 ，每个 参数 所对 应语 言 值便 组 成 了
需 要 利 用 的 模 糊 规 则 的 前件 集合 。前 件 参数 有 三
３２ 从 案例 学 习规 则 ．
本 文 的 案 例数 据 库 存 储 了大 量 的 技 术 人 员 的 实 际加 工 参数 数 据组 ，需 要 将 这 些 数 据 转 化 生 成 相 应 的 模 糊 规 则 。例 如 ，在 案 例 数 据 库 的 一 个 数
系统 各参 数 均 采 用 如 图 ２所 示 的隶 属 度 函数
分 布 形 式 。其 中 ，｛ ， ： … ， 分 别表 示 一 个 Ａ Ａ ， Ａ） 参 数 的各个 模 糊子 集 ，［， 】 该参数 的取值 区 间。 Ｕｖ为
Ａｉ Ａ２
３３ 由规则推理结果 ． 通 过 规 则 库 的 建 立 ，系统 便 可 在 得 到 一 组 需 要 查 询 的磨 削 加 工 要 求 参数 后立 即推 理 出合 适 的
在 着 不 确 定 因 素 。为 解 决 此 问题 ，本 文 提 出运 用 模 糊 推 理 方 法 ，对 技 术 人 员确 定 的工 艺 参 数 加 以 处 理 ，建 立 工 艺 参 数 的模 糊 推 理 规 则 库 ，并 以 此 进 行 推 理 计 算 ，提 供 合 理 的 加 工 工 艺 参 数 供 机 床 操作 人 员参 考 。
无 法 立 即恢 复 。此 外 ，加 工 工 艺 经 验 的传 承 也 存
２ 用作推理 的工艺参数 的选定
对 螺纹 的磨 削加 工 一 般 要进 行 粗 磨 、半 精 磨 和 精 磨 这 三 步 工 序 ，而每 一 步 的加 工 又 分 别 要 考 虑 砂 轮 转 速 、工 件 转 速 和 背 吃 刀量 这 几个 工 艺 参
此 问 题 有 详 尽 的论 述 ，并 根 据 相 似 性 的概 念 ，给 出了一个 完成 规则 库补 全 的一般 算法 。
每 个 模 糊 子 集 构 成 等 腰 三 角 形 。其 中 ，各参 数 的
取值 区 间如表 １ 示 。 所
表 １ 输入输 出参数及其取值区间
输 入 值 （ ， ｘ， ｘ。ｘ ， ） 螺 距 工 件 参数 （ 直 径 螺 纹 长 度 输 出值 （ ， ， ， Ｙ。 Ｙ，Ｙ ） Ｙ 砂轮 转速 工 件 背 吃 中 径 转 速 刀量 余 量
螺纹 长 度 （ ｎ 分 别 为 ａ ｂ Ｃ ｍ／） ， ， ，则 可 计 算 出他 们 的 隶 属度 ，分 别 为 。 ） ２ ） １ ） ｘ（） （） （ ， （ ， （ ，Ｉ ｂ ， ｃ ， ａ ａ ｂ ２
：
（）（ 、 分 别 表 示 与 查 询 数 据 相 对 应 的两 个 ｃ ，
Ｉ
模 糊 化
Ｉ
解 模 糊
平 面 磨 削 来 说 又 要 考 虑 更 多 因 素 ，所 以螺 纹 磨 削 加工 工艺 的确定 便 显得 尤为 困难 。 目前 ，国 内的 螺 纹 磨 削 加 工 企 业 主 要 是 依 靠
工 艺 技 术 人 员 根 据 自 己 多年 来 的 实 际加 工 经 验 来 确 定 加 工 工 艺 参 数 。 这 样 的 工 作 模 式 虽 然 能 够 切
然 而 ， 由数 据 组 产 生 的规 则 可 能 会 出现 矛 盾 的 情 况 。为 了解 决 这 个 问题 ，需 要计 算 由数 据 产 生 规 则 的 匹 配 程 度 ，并 只接 受 那 些 矛 盾 的 规 则 中
匹 配 程 度 最 大 的 规 则 。在 一 条规 则 中 ，每 个 输 出 参 数 都 有 各 自的 匹 配 度 值 ，计 算 方 法 是 将 该 条 规 则 所对 应 的所 有 输 入 语 言 值 的 隶 属 度 相 乘 ，再 乘
（ 上海理工大学 机械工程学 院，上海 ２ ０ ９ ） ０ ０ ３
摘
要 ： 螺纹磨 削加工 工艺参数 的确定较 为复 杂 ，实 际生产过程 中对技术人 员的经验水 平有很高的要
求 。本文提出将 模糊推理技 术引入 该领域 ，通过对实 际加 工数据的 学习来生成模 糊规则库 ， 并 以此推理工 艺参数值 ， 为加 工工艺参 数的确定提供有效的参考。 关键 词 ： 螺纹加工 ；磨削技术 ；模糊推理 ；工艺决策
粗 磨 、 半 精 磨 、精 磨 这 三 步 工 序 的工 艺 参 数 类 型
１ 螺纹磨 削工艺推理系统结构
本 文 所 建 立 的推 理 系 统 主 要 由案 例 数 据 库 、
规 则 库 和 模 糊 推 理 程 序 三 部 分 组 成 。 系统 的规 则
库 由 案 例 数 据 库 中 的实 际加 工 案 例 建 立 完 成 。 当
模糊推理技术 在螺纹磨 削工艺决策 中的应用
Ｕｓａｇｅ ｆ ｆ ｚ ｅａｓ ｏ ｕｚ ｙ ｒ ｏｎｉ ｅｃｈｎｏｌ ｎｇ ｔ ｏｇｙ ｉ ｈｒ ｎ ｔ ｅａｄ ｇｒ ｎ ｎｇ ｐｒ ｉ ｄｉ ｏｃｅｓ ｃｉ ｏｎ ｓ ｄｅ ｓｉ
徐
侃 ，李 郝林
ＸＵ Ｋａｎ．Ｌｌ Ｈａｏ ｌ —ｉ ｎ
中图分类号 ：Ｔ ４ Ｇ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１ ０—０ （ ０ ２ ０ （ ） ０ ３ —０ ９ １ ４ ２１ ） ９ 下 一 ０ １ ３ ０ ３
Ｄｏｉ１ ３ ６ｌＪ ｉｓ ． ０ －０ ４ ２ １ ． （ ） １ ： ９ ９ ．ｓ ｎ １ ９ １ ． ０ ９ 下 ． １ ０． ／ ０ ３ ２
以 各 自输 出语 言 值 的 隶 属 度 。通 过 这 样 的 方 法 ，
便 可 依 次对 案 例 数 据 库 中每 一 个数 据组 生 成一 条 模 糊 规 则 ，并 记 录 在 系统 的 规 则 库 中。每 生 成一 条 规 则 ，就 同时 计 算 该 条 规 则 的匹 配 度 ，并 完 成 如 下 过 程 ： ）若 规 则 库 中没 有 与 该 规 则 前 件 相 同 １
形 式 ，再 由 推理 机 在 规 则库 中选 择 合 适 的语 言 规 则 并 得 出结 论 ，最 终 在 解 模 糊 化 后 得 出精 确 的 工 艺 参 数 值 ，供 用 户 参 考 。该 系 统 的 结 构 示 意 图 如
图 １ 所示 。
精 确 输 入 模 糊 输 入 模 糊 结论 精 确 输 出
密 丝杠 、滚 珠 丝 杠 、蜗 杆 、螺 纹 量 规 、丝 锥 和 螺 纹 铣 刀 等 。可 见 ，螺 纹 磨 削 的 加 工 水 平 将 在 很 大 程 度 上 影 响我 国数 控 机 床 等高 精 密 工 程 设 备 的生
产 与 制 造 。 同时 ，螺 纹 磨 削 的 加 工 工 艺 又 是 影 响 螺 纹 精 度 的关 键 因 素 。然 而 ， 由于 磨 削 是 一 个 相 当复 杂 的过 程 ，而 螺 纹 的磨 削 相 对 于 其 他 简 单
加 工工 艺参数 。
一
组 查 询 数 据 被 输 入 后 ，系 统 首 先 计 算 这 组
数 据 在 各 自语 言变 量值 上 的 隶 属度 ，一 般情 况 下 ， 每一 个数 据 会得 到 在两 个 语 言值 上 的非 零 隶 属度 。 假 设 ，所 需 查 询 的螺 距 （ ｍｍ） 、工 件 直 径 （ ｍｍ） 和
配 度 值 也 存储 下 来 。２ 若 规 则 库 中存在 与 该 规 则 ） 前 件相 同的 规则 ，则 由该 规则 的匹配 度 与已存 的匹 配 度相 比较 的大小 ，来决 定保 留或放弃 该规 则 。 由于 在从 案 例数 据 库 学 习 规 则 时 ，案 例 数 据 组 有 可 能 不会 在 所 有取 值 范 围 内 出现 ，规 则 库列 表 中 的某些 规 则就会 出现 空缺 。参 考文 献 【】 ６ 中对
ｍｍ） （ ｍｍ）
（ ｍｍ）
（ ｍｉ） （／ ｎ （ ｒ ｎ ｒ ／ ｍｉ） ｍｍ） （ ｍｍ）
取 值 区 间 ０２ ，２ ， ０ １ ， ０ 】１０ ， ０ 】［， ］ ０３３ ０１３ ［．５１ ］２２ ］【０４ ０ ２ ０４ ０ １１ ［．， ［．，】 ［ ５ ０ ［ ０ ２ 】
数 值 的 选 择 。 此外 ，对 于 粗 磨 和 半 精 磨 这 两 步 还 有 中径 余 量 这 个 参数 值 需 要 确 定 。决 定 这 些 参 数 选择 的主 要 因素 包 括 螺纹 种 类 、工件 材 料 、螺 距 、 工件 直径 和 螺纹 长度 等 口。其 中 ，螺纹 种 类和工 件 】 材 料这 两 个 因素 不 适合 以模 糊化 的 方式 输 入 系统 ， 故 将 螺 距 、工件 直 径 和 螺纹 长 度 定 义 为 模 糊 推 理 系统 的三 个输 入值 ，分别 用 ｘ。ｘ２ｘ３ 示 。由于 ， ， 表