1 引言基于特征的CAPP系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)CAD/CAM的信息共享奠定了基礎(chǔ)。在CAPP系統(tǒng)研制中，機(jī)械加工工藝過(guò)程的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的工程問(wèn)題，它在很大程度上依賴(lài)于設(shè)計(jì)者的水平和經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)由于工藝過(guò)程設(shè)計(jì)中所涉及的信息量大，各決策功能因不同結(jié)構(gòu)工件、不同精度等級(jí)而性質(zhì)差異大，所以產(chǎn)生了不同的工藝決策方法和推理機(jī)制。齒輪軸類(lèi)件的工藝特點(diǎn)首先是它的形面特征多，在基于特征的零件信息描述中可以把它分為主特征：內(nèi)外圓柱面、圓錐面、齒輪表面等；輔助特征：鍵槽、小平面、花鍵、螺紋等。另外，齒輪軸類(lèi)件加工所使用的機(jī)床多，材料及熱處理種類(lèi)也較多。再者，它的工藝特征如尺寸精度、形位公差、表面質(zhì)量也要求較高。本文在基于特征的零件信息描述基礎(chǔ)上，探討了齒輪軸類(lèi)件的工藝過(guò)程決策原則，并依據(jù)決策樹(shù)的原理生成特征加工方法，以反向設(shè)計(jì)法形成該特征的整個(gè)加工過(guò)程即加工鏈。其總體結(jié)構(gòu)如圖1。
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圖1 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu) |
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圖2 外圓特征加工決策樹(shù) |
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圖3 齒輪特征加工決策樹(shù) | 2 特征加工鏈的生成在機(jī)械加工中，每一種零件都有幾種加工工藝方法與之對(duì)應(yīng)，根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模、零件整體形狀和輪廓尺寸、制造資源等，針對(duì)每一特征的加工精度、表面粗糙度及不同材料選擇不同加工方法。這些加工方法具有一定的排列規(guī)律，呈現(xiàn)為一種樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。它是一種由節(jié)點(diǎn)和分支構(gòu)成的圖，用來(lái)描述和處理“條件”和“動(dòng)作”之間的關(guān)系。節(jié)點(diǎn)有根節(jié)點(diǎn)、中節(jié)點(diǎn)和終節(jié)點(diǎn)之分。它表示一次測(cè)試或一個(gè)動(dòng)作，最后擬采取的動(dòng)作一般放在終節(jié)點(diǎn)上。樹(shù)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)是一個(gè)特征的某一個(gè)加工工序，而每一分支則是一個(gè)特征有可能采取的加工方法。例如粗加工位于樹(shù)的根部，精加工位于樹(shù)的多分支的冠部。從精加工的樹(shù)冠追溯到粗加工的樹(shù)根部是一個(gè)反向推理過(guò)程，每一個(gè)推理過(guò)程的結(jié)果形成了從樹(shù)根到樹(shù)冠的特征加工鏈。如圖2為外圓特征加工決策樹(shù)，圖3為齒輪特征加工決策樹(shù)。把決策樹(shù)中的某些節(jié)點(diǎn)作為模糊推理中的推理選擇項(xiàng)，采用反向設(shè)計(jì)法，即先選定該特征的最終加工方法，然后從后向前逐步選擇相應(yīng)預(yù)備工序，經(jīng)過(guò)各個(gè)樹(shù)杈節(jié)點(diǎn)，回溯到樹(shù)的根部，最后形成該特征的加工工藝鏈。加工特征決策樹(shù)是工藝知識(shí)的一部分，用來(lái)進(jìn)行工藝推理。例如材料為20CrMnTi，精度為5級(jí)的軸齒輪，分度圓直徑為125.475mm，齒數(shù)Z=33，法向模數(shù)Mn=3.5，表面粗糙度為Ra0.8µm，其加工鏈如下： 粗車(chē)齒坯→精車(chē)外圓→滾齒→齒端面倒角→清洗→剃齒→表面熱處理→磨齒→強(qiáng)力噴丸。 3 零件的工藝路線設(shè)計(jì)前面討論的是單一特征加工鏈的生成，實(shí)際生產(chǎn)中要把不同特征拼合成一個(gè)零件，也就是最終要排出一個(gè)完整零件的加工工藝過(guò)程。 零件的工藝決策是一個(gè)復(fù)雜多元的知識(shí)積累，不同種類(lèi)工件決策知識(shí)不盡相同。首先要根據(jù)所確定的特征加工方法，考慮加工階段的劃分、機(jī)床設(shè)備的選擇、定位基準(zhǔn)面的確定，同時(shí)要考慮這些因素的主次與決策算法。本文探討的決策原則是以國(guó)內(nèi)典型汽車(chē)制造廠變速箱廠齒輪軸類(lèi)件加工特點(diǎn)及工藝條件為依據(jù)的，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 決策原則 齒輪軸類(lèi)件除具有回轉(zhuǎn)體類(lèi)零件的加工特征外，還具有齒輪加工特征，在大批量生產(chǎn)條件下考慮的決策原則如下： 工序集中與分散 由于采用組合機(jī)床和半自動(dòng)機(jī)床為主，工序以集中與分散相結(jié)合，例如在粗車(chē)與半精車(chē)加工階段由半自動(dòng)加工機(jī)床同時(shí)完成多個(gè)表面的加工，而齒輪表面及其它輔助表面采用相對(duì)分散工序。 熱前熱后 根據(jù)零件材料及機(jī)械性能的差別，中間安排熱處理工序，加工分為熱前熱后兩個(gè)階段。熱前包括齒輪軸車(chē)削及齒輪表面的粗加工；熱后包括外圓磨削及齒面精加工。 先粗后精 在熱前熱后的基礎(chǔ)上將加工過(guò)程分階段進(jìn)行。工步優(yōu)化時(shí)應(yīng)遵循先粗后精的原則。 先主后次 先安排主要特征的粗加工工步和半精加工工步，然后安排次要特征的加工，最后安排主要特征的精加工工步。 保證位置精度 位置精度主要針對(duì)同軸度、垂直度、對(duì)稱(chēng)度等。零件要保證位置精度，最好是在一次安裝下就能加工出所有的相關(guān)表面。具有位置精度要求的工步相對(duì)集中安排。加工路線的生成 在工藝路線的安排中，先安排零件主特征的加工順序，即調(diào)用推理機(jī)制中形成關(guān)系矩陣的決策知識(shí)以形成工藝路線的主干，然后依次插入輔助形狀特征的加工工序，再考慮熱處理、檢驗(yàn)、清洗等附加工序，最終構(gòu)成完整的工藝路線。這種以約束驅(qū)動(dòng)的逐步擴(kuò)充的方法更適于工藝設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，有利于工序的優(yōu)化設(shè)計(jì)及先主后次原則的展開(kāi)。 加工鏈中定位方案的選擇 在加工路線中首先要考慮粗精定位基準(zhǔn)的選擇。決策粗基準(zhǔn)的定位方案是以能保證加工出精定位基準(zhǔn)為前提的。齒輪軸類(lèi)件的精基準(zhǔn)一般是雙向頂尖孔，比較容易確定。然而粗基準(zhǔn)的選擇相對(duì)復(fù)雜，分析大量圖紙后，認(rèn)為軸向粗定位基準(zhǔn)以軸向安裝基準(zhǔn)或中間軸徑為多，故處理成交互式指定粗基準(zhǔn)面。 特征優(yōu)先排序 根據(jù)所研究的生產(chǎn)廠的設(shè)備能力、工藝水平，排出特征的優(yōu)先加工順序，即以主特征的典型工藝為主線，輔以交互式輔助特征，最終自動(dòng)生成完整工藝路線。熱前主特征主要考慮外圓柱面在半自動(dòng)車(chē)床上粗車(chē)、半精車(chē)、精車(chē)加工；齒輪表面的滾齒(插齒)、剃齒加工；輔助表面如卡環(huán)槽、退刀槽、鍵槽等交互插入各主特征之間。熱后主要是外圓表面的磨削先后順序，主要齒輪表面精加工工序的確定。各工序加工參數(shù)的確定包括各工序的加工余量、工序尺寸與公差及毛坯尺寸等。其中工序尺寸采用反向推理，通過(guò)查詢(xún)工藝數(shù)據(jù)庫(kù)中的加工余量計(jì)算求出；毛坯尺寸由計(jì)算加工余量的增減確定。工序尺寸公差的自動(dòng)標(biāo)注是目前我們正在研究的內(nèi)容，擬通過(guò)圖論的原理附以交互式完成。 4 結(jié)論本文在基于特征的齒輪軸類(lèi)零件信息描述基礎(chǔ)上，探討了齒輪軸類(lèi)零件工藝決策原則。運(yùn)用決策樹(shù)的原理作為工藝知識(shí)庫(kù)的主線，不同于傳統(tǒng)的產(chǎn)生式的工藝知識(shí)的表達(dá)，可以簡(jiǎn)化決策過(guò)程，使一個(gè)較為復(fù)雜的工藝推理過(guò)程變得系統(tǒng)而簡(jiǎn)潔，利于開(kāi)發(fā)較復(fù)雜、多工藝路線的CAPP系統(tǒng)。 |
