基于特征的齿轮轴类零件工艺决策系统的研究.doc

基于特征的齿轮轴类零件工艺决策系统的研究中国农业大学李伟张力摘要文章探讨1基于特征的零件精度信息的描述。依据决策树的原理生成特征加工方法。由反向设计法生成特征加工链通过给定的齿轮轴类件工艺过程决策原则确定零件加工路线。关键词特征工艺决策树工艺过程引言基于特征的CAPP系统为实现CAD／CAM的信息共享奠定了基础。在CAPP系统研制中，机械加工工艺过程的设计是一个复杂的工程问题，它在很大程度上依赖于设计者的水平和经验，同时由于工艺过程设计中所涉及的信息量大，各决策功能因不同结构工件、不同精度等级而性质差异大，所以产生了不同的工艺决策方法和推理机制。齿轮轴类件的工艺特点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为主特征：内外圆柱面、圆锥面、齿轮表面等；辅助特征：键槽、小平面、花键、螺纹等。另外，齿轮轴类件加工所使用的机床多，材料及热处理种类也较多。再者，它的工艺特征如尺寸精度、形位公差、表面质量也要求较高。本文在基于特征的零件信息描述基础上，探讨了齿轮轴类件的工艺过程决策原则，并依据决策树的原理生成特征加工方法，以反向设计法形成该特征的整个加工过程即加工链。其总体结构如图1。2特征加工链的生成在机械加工中，每一种零件都有几种加工工艺方法与之对应，根据生产规模、零件整体形状和轮酶尺寸、制造资源等，针对每一特征的加工精度、表面粗糙度及不同材料选择不同加工方法。这些加工方法具有一定的排列规律，呈现为一种树状结构它是一种由节点和分支构成的图，用来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系。节点有根节点、中节点和终节点之分。它表示一次测试或一个动作，最后拟采取的动作一般放在终节点上。树的每一个节点应是一个特征的某一个加工工序，而每一分支则是一个特征有可能采取的加工方法。例如粗加工位于树根部，精加工位于树的多分支的冠部。从精加工的树冠追溯到粗加工的树根部是一个反向推理过程，每一个推理过程的结果形成了扶树根到树冠的特征加工链。如图2为外圆特征加工决策树，图3为齿轮特征加工决策树。把决策树中的某些节点作为模糊推理中的推理选择项，采用反向设计法．即先选定该特征的最终加工方法，然后从后向前逐步选择相应预备工序，经过各个树权节点，回溯到树的根部，最后形成该特征的加工工艺链。加工特征决策树是工艺知识的一部分，用来进行工艺推理。例如材料为20CrMnTi，精度为5级的轴齿轮，分度圆直径为125．475mm，齿数Z=33，法向模数M=3．5，表面粗糙度为Ra0．8m，其加工链如下：粗车齿坯一精车外圆一滚齿一齿端面倒角一清洗一剃齿一表面热处理一磨齿一强力喷丸。3零件的工艺路线设计前面讨论的是单一特征加工链的生成，实际生产中要把不同特征拼合成一个零件．也就是最终要排出一个完整零件的加工工艺过程。零件的工艺决策是一个复杂多元的知识积累，不同种类工件决策知识不尽相同首先要根据所确定的特征加工方法，考虑加工阶段的划分、机床设备的选择、定位基准面的确定，同时要考虑这些因素的主次与决策算法本文探讨的决策原则是以国内典型汽车制造厂变速箱厂齿轮轴类件加工特点及工艺条件为依据的，具有一定的实际应用价值。3．1决策原则齿轮轴类件除具有回转体类零件的加工特征外，还具有齿轮加工特征，在大批量生产条件下考虑的决策原则如下：(1)工序集中与分散由于采用组合机床和半自动机床为主，工序以集中与分散相结合，例如在粗车与半精车加工阶段由半自动加工机床同时完成多个表面的加工．而齿轮表面及其它辅助表面采用相对分散工序(2)热前热后根据零件材料及机械性能的差别，中问安排热处理工序，加工分为热前热后两个阶段。热前包括齿轮轴车削及齿轮表面的粗加工；热后包括外圆密削及齿面精加工。(3)先粗后精在热前热后的基础上将加工过程分阶段进行。工步优化时应遵循先粗后精的原则。(4)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。(5)保证位置精度位置精度主要针对同轴度、垂直度、对称度等。零件要保证位置精度，最好是在一次安装下就能加工出所有的相关表面。具有位置精度要求的工步相对集中安排3．2JUT路线的生成在工艺路线的安排中，先安排零件主特征的加工顺序，即调用推理机制中形成关系矩阵的决策知识以形成工艺路线的主干，然后依次插入辅助形状特征的加工工序，再考虑热处理、检验、清洗等附加工序，最终构成完整的工艺路线。这种以约束驱动的逐步扩充的方法更适于工艺设计人员的设计思路，有利于工序的优化设计及先主后次原则的展开。(1)加工链中定位方案的选择在加工路线中首先要考虑粗精定位基准的选择。决策粗基准的定位方案是以能保证加工出精定位基准为前