一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统、设计方法及应用方法技术方案

一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统、设计方法及应用方法，设计方法包含：一、确定自由锻工艺方案；二、智能决策算法搭建；三、专家系统设计；四、搭建轴类锻件自由锻工艺库及知识库；五、结合智能决策算法和知识库，搭建轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统；应用方法包括：一、将专家系统嵌入上位机，并与PLC、锻造机器人和检测机器人通信；二、锻前检测；三、自由锻及全过程实时优化；四、锻后检测；记录自由锻全过程时间，检测终锻温度，并进行锻件形状尺寸及组织性能检查。本发明专利技术搭建的轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统及其设计和应用方法，能对轴类锻件自由锻过程进行实时调控。时调控。时调控。

【技术实现步骤摘要】
一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统、设计方法及应用方法


[0001]本专利技术涉及锻件质量控制
，具体涉及一种轴类锻件自由锻全过程实时智能调控专家系统、设计方法及应用方法。

技术介绍

[0002]轴类锻件是用于传递转矩或运动的旋转体关键受力零件，在航空、航天、船舶等领域中都有广泛应用，其成形一般为人工自由锻造。人工自由锻造生产方法生产效率低，机械化和自动化程度尚有待提高。自由锻过程往往需要多道次锻压，锻件形状尺寸受人工操作影响，导致锻件质量不稳定且一致性差。而航空轴类锻件对产品一致性、可靠性均有较高要求，传统人工自由锻难以满足。
[0003]为此国内外开展了自动化锻造研究，但大多研究都局限于实现毛坯下料、加热、模锻、切边及精整等工艺过程的自动化，对于轴类锻件自由锻少有研究，难以实现上述目标。自由锻拔长相对于模锻过程影响因素较多，工序复杂，操作稳定性差、质量波动范围大，锻造过程中可能存在尺寸偏差需要进行实时调整，简单的自动化难以获得一致性、可靠性较高的轴类锻件，因此需要开展智能化锻造研究，进行锻造过程中的实时调控。智能自由锻的关键在于能实现自由锻全过程实时调控的专家系统的搭建，而专家系统搭建需要大量的模拟及实验数据，并搭建相关算法，国内对自由锻过程的智能锻造专家系统少有研究。为此本专利提出了一种轴类锻件自由锻全过程实时智能调控专家系统的设计方法及应用方法，有助于提高轴类锻件的自动化、数字化和智能化制造水平。此外，该专家系统还可在汽车、能源、轨道交通、电力、船舶和航天等领域的自由锻推广应用。
[0004]CN112275981A公开了一种自由锻造智能生产系统及方法，描述了自由锻智能生产线的组成及通信，其中涉及到的专家系统并不是实时调控智能决策专家系统，只是存储了几种优化方案；CN112453311A公开了一种面向主轴自由锻的智能混线生产系统，主要描述了自由锻智能混线生产系统的通讯和控制，主要在于介绍生产线如何运行和控制。两个对比文件中的专家系统均不是实时调控专家系统，仅包含数据存储功能，而没有根据实际情况进行智能决策算法计算，给出工艺方案的功能。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统，所述专家系统具有数据查询功能模块和锻造生产功能模块；数据查询功能模块存储有工艺信息、设备信息、锻件信息、模具工装信息、优化工艺方案和材料参数数据；锻造生产功能模块存储有工艺方案选择、工艺方案更新和锻造工艺记录数据，并与PLC通信，实现与锻造机器人和检测机器人的信息传输，以实时优化自由锻。
[0006]还提供一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统的设计方法，包含如下步骤：
[0007]一、确定自由锻工艺方案，开展适用于机器人自由锻的拔长工艺方案有限元模拟及工艺实验，获得不同轴类锻件自由锻工艺方案；
[0008]二、智能决策算法搭建，开展同一个锻件在不同锻造过程的有限元模拟，构建基于径向基函数的智能决策算法，得到输入检测数据与输出工艺方案的函数关系；
[0009]三、专家系统设计，设计数据库系统E
‑
R模型，建立专家系统的系统登录功能库、数据查询功能库、锻造生产功能库、系统帮助功能库和系统维护功能库；
[0010]四、搭建轴类锻件自由锻工艺库及知识库；
[0011]五、结合智能决策算法和知识库，搭建轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统。
[0012]另外还提供一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统的应用方法，包含如下步骤：
[0013]所述专家系统具有数据查询功能模块和锻造生产功能模块；数据查询功能模块存储有工艺信息、设备信息、锻件信息、模具工装信息、优化工艺方案和材料参数数据；锻造生产功能模块存储有工艺方案选择、工艺方案更新和锻造工艺记录数据；
[0014]应用方法包括：
[0015]一、将专家系统嵌入上位机，并与PLC、锻造机器人和检测机器人通信；
[0016]二、锻前检测，机器人末端执行器从中频炉中夹持锻件，移动至平砧，检测机器人检测始锻温度，并反馈给PLC，PLC将检测数据反馈给专家系统，判断始锻温度是否满足工艺要求；如果始锻温度满足工艺要求开始下一步，如果始锻温度不满足工艺要求重新处理；
[0017]三、自由锻及全过程实时优化，锻造机器人进行各道次锻造，检测机器人根据专家系统给定检测要求进行检测，并将检测温度及尺寸反馈给PLC，PLC将监测数据反馈给专家系统，专家系统实时记录锻造工艺数据，并执行智能决策算法输出下一步操作指令，直至获得合格锻件；
[0018]四、锻后检测，记录自由锻全过程时间，检测终锻温度，并进行锻件形状尺寸及组织性能检查。在生产过程中对锻件尺寸进行实时调控，以提高锻件(如轴类锻件)产品质量一致性，提高生产效率，降低生产成本，并且对锻件生产信息进行自动记录，有助于提高锻件(如航空轴类锻件)的自动化、数字化和智能化制造水平。
[0019]本专利技术的有益效果是：本专利技术设计的专家系统是通过大量的有限元模拟结果，构建智能决策算法，实时调控过程并不是简单的从数据库内检索，而是通过算法根据不同的检测数据给出不同的工艺；考虑轴类锻件要求、设备参数、机器人特性等因素对自动化锻造工艺的影响，建立轴类锻件工艺数据库，探索自动化锻造工艺条件智能决策算法与实时调控技术，搭建轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统，对轴类锻件自由锻过程进行实时调控，并对锻造信息及锻造过程数据进行实时记录，实现轴类锻件智能化锻造，有效解决产品一致性差、生产效率低等问题，获得形状尺寸及组织性能均符合要求的锻件。本专利技术可应用与发动机主轴的成形过程中，是实现轴类锻件智能锻造的有效方法，填补了当前国内该类型锻件智能自由锻领域的空白。
附图说明
[0020]图1为过渡区折叠缺陷；
[0021]图2为轴线弯曲缺陷；
[0022]图3为端面裂纹缺陷；
[0023]图4为发动机主轴锻件图；
[0024]图5为数据库系统E
‑
R模型；
[0025]图6为系统功能模块图；
[0026]图7为智能决策算法流程图；
[0027]图8为数据关系图；
[0028]图9为专家系统登录界面图；
[0029]图10为专家系统工艺方案更新界面图；
[0030]图11为专家系统锻件信息查询界面图；
[0031]图12为专家系统锻造工艺记录界面图；
[0032]图13为控制柜；
[0033]图14为检测机器人实物图；
[0034]图15为锻造机器人实物图；
[0035]图16为始锻温度检测过程图；
[0036]图17为实施例的最终锻件图；
[0037]图18为实施例的发动机主轴锻件高倍组织照片图。
[0038]具体实施方法
[0039]下面结合附图并通过具体实施方案来进一步说明本专利技术的技术方案：
[0040]采用传统人工拔长，依赖工艺制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统，其特征在于：所述专家系统具有数据查询功能模块和锻造生产功能模块；数据查询功能模块存储有工艺信息、设备信息、锻件信息、模具工装信息、优化工艺方案和材料参数数据；锻造生产功能模块存储有工艺方案选择、工艺方案更新和锻造工艺记录数据，并与PLC通信，实现与锻造机器人和检测机器人的信息传输，以实时优化自由锻。2.一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统的设计方法，其特征在于：包含如下步骤：一、确定自由锻工艺方案，开展适用于机器人自由锻的拔长工艺方案有限元模拟及工艺实验，获得不同轴类锻件自由锻工艺方案；二、智能决策算法搭建，开展同一个锻件在不同锻造过程的有限元模拟，构建基于径向基函数神经网络的智能决策算法，得到输入检测数据与输出工艺方案的函数关系；三、专家系统设计，设计数据库系统E
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R模型，建立专家系统的系统登录功能模块、数据查询功能模块、锻造生产功能模块、系统帮助功能模块和系统维护功能模块；四、搭建轴类锻件自由锻工艺库及知识库；五、结合智能决策算法和知识库，搭建轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统。3.根据权利要求2所述一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统设计方法，其特征在于：径向基函数神经网络的激活函数可表示为：提取不同形状尺寸和不同温度下的修正工艺数据集，将模拟数据带入该激活函数，训练径向基函数神经网络，开发满足实时性需求的局部逼近网络，得到输入检测数据与输出工艺方案的函数关系。4.根据权利要求2所述一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统的设计方法，其特征在于：步骤四中采用SQL Server 2014软件搭建自由锻工艺数据库，并结合锻造知识构建知识库。5.根据权利要求2所述一种轴类锻件自由锻全过程实时调控专家系统的设计方法，其特征在于：设计的系统E
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R模型与专家系统功能库对应关系为：数据查询包含：压力机、操作机、机器人末端执行器、中频炉、锻造工艺、加热工艺、热处理工艺、材料参数和主轴尺寸及性能。6.应用专家系统进行轴类段件自由锻全过程实时调控的方法，其特征在于：所述专家系统具有数据查询功能模块和锻造生产功能模块；数据查询功能模块存储有工艺信...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁林，徐书聪，单德彬，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：