1 引言基于特征的CAPP系統(tǒng)為實現(xiàn)CAD/CAM的信息共享奠定了基礎。在CAPP系統(tǒng)研制中，機械加工工藝過程的設計是一個復雜的工程問題，它在很大程度上依賴于設計者的水平和經(jīng)驗，同時由于工藝過程設計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制。齒輪軸類件的工藝特點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，齒輪軸類件加工所使用的機床多，材料及熱處理種類也較多。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上，探討了齒輪軸類件的工藝過程決策原則，并依據(jù)決策樹的原理生成特征加工方法，以反向設計法形成該特征的整個加工過程即加工鏈。其總體結(jié)構(gòu)如圖1。
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圖1 工藝過程設計總體結(jié)構(gòu) |
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圖2 外圓特征加工決策樹 |
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圖3 齒輪特征加工決策樹 | 2 特征加工鏈的生成在機械加工中，每一種零件都有幾種加工工藝方法與之對應，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)為一種樹狀結(jié)構(gòu)。它是一種由節(jié)點和分支構(gòu)成的圖，用來描述和處理“條件”和“動作”之間的關系。節(jié)點有根節(jié)點、中節(jié)點和終節(jié)點之分。它表示一次測試或一個動作，最后擬采取的動作一般放在終節(jié)點上。樹的每一個節(jié)點應是一個特征的某一個加工工序，而每一分支則是一個特征有可能采取的加工方法。例如粗加工位于樹的根部，精加工位于樹的多分支的冠部。從精加工的樹冠追溯到粗加工的樹根部是一個反向推理過程，每一個推理過程的結(jié)果形成了從樹根到樹冠的特征加工鏈。如圖2為外圓特征加工決策樹，圖3為齒輪特征加工決策樹。把決策樹中的某些節(jié)點作為模糊推理中的推理選擇項，采用反向設計法，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預備工序，經(jīng)過各個樹杈節(jié)點，回溯到樹的根部，最后形成該特征的加工工藝鏈。加工特征決策樹是工藝知識的一部分，用來進行工藝推理。例如材料為20CrMnTi，精度為5級的軸齒輪，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： 粗車齒坯→精車外圓→滾齒→齒端面倒角→清洗→剃齒→表面熱處理→磨齒→強力噴丸。 3 零件的工藝路線設計前面討論的是單一特征加工鏈的生成，實際生產(chǎn)中要把不同特征拼合成一個零件，也就是最終要排出一個完整零件的加工工藝過程。 零件的工藝決策是一個復雜多元的知識積累，不同種類工件決策知識不盡相同。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、機床設備的選擇、定位基準面的確定，同時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內(nèi)典型汽車制造廠變速箱廠齒輪軸類件加工特點及工藝條件為依據(jù)的，具有一定的實際應用價值。 決策原則 齒輪軸類件除具有回轉(zhuǎn)體類零件的加工特征外，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 由于采用組合機床和半自動機床為主，工序以集中與分散相結(jié)合，例如在粗車與半精車加工階段由半自動加工機床同時完成多個表面的加工，而齒輪表面及其它輔助表面采用相對分散工序。 熱前熱后 根據(jù)零件材料及機械性能的差別，中間安排熱處理工序，加工分為熱前熱后兩個階段。熱前包括齒輪軸車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 在熱前熱后的基礎上將加工過程分階段進行。工步優(yōu)化時應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 位置精度主要針對同軸度、垂直度、對稱度等。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表面。具有位置精度要求的工步相對集中安排。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)用推理機制中形成關系矩陣的決策知識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、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)動的逐步擴充的方法更適于工藝設計人員的設計思路，有利于工序的優(yōu)化設計及先主后次原則的展開。 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的選擇。決策粗基準的定位方案是以能保證加工出精定位基準為前提的。齒輪軸類件的精基準一般是雙向頂尖孔，比較容易確定。然而粗基準的選擇相對復雜，分析大量圖紙后，認為軸向粗定位基準以軸向安裝基準或中間軸徑為多，故處理成交互式指定粗基準面。 特征優(yōu)先排序 根據(jù)所研究的生產(chǎn)廠的設備能力、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車床上粗車、半精車、精車加工；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，通過查詢工藝數(shù)據(jù)庫中的加工余量計算求出；毛坯尺寸由計算加工余量的增減確定。工序尺寸公差的自動標注是目前我們正在研究的內(nèi)容，擬通過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零件信息描述基礎上，探討了齒輪軸類零件工藝決策原則。運用決策樹的原理作為工藝知識庫的主線，不同于傳統(tǒng)的產(chǎn)生式的工藝知識的表達，可以簡化決策過程，使一個較為復雜的工藝推理過程變得系統(tǒng)而簡潔，利于開發(fā)較復雜、多工藝路線的CAPP系統(tǒng)。 |
