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基于特征的大節距鏈輪齒輪軸類零件加工工藝決策系統的研究

2020-03-30

一、引言

大節距鏈輪齒輪軸加工基于特征的CAPP系統為實現CAD/CAM的信息共享奠定了基礎。在CAPP系統研制中,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構工件、不同精度等級而性質差異大,所以產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。

二、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,根據生產規模、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律,呈現為一種樹狀結構。它是一種由節點和分支構成的圖,用來描述和處理“條件”和“動作”之間的關系。節點有根節點、中節點和終節點之分。它表示一次測試或一個動作,然后擬采取的動作一般放在終節點上。樹的每一個節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,即先選定該特征的加工方法,然后從后向前逐步選擇相應預備工序,經過各個樹杈節點,回溯到樹的根部,然后形成該特征的加工工藝鏈。

大節距鏈輪制造商

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125.47mm,齒數Z=35,法向模數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→滾齒加工→齒端面倒角→清洗→剃齒→表面熱處理→磨齒加工→強力噴丸。 

三、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,實際生產中要把不同特征拼合成一個零件,也就是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的,具有一定的實際應用價值。 

決策原則 

加工齒輪軸類件除具有回轉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,然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,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。


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