淺析齒輪軸類零件工藝規(guī)程 精品.doc

淺析齒輪軸類零件工藝規(guī)程摘要：在基于特征的零件信息描述基礎(chǔ)上，給出了適于齒輪軸類零件精度的特征描述方法。針對工藝過程中帶有極大不確定因素的特點，將模糊推理與模糊知識相結(jié)合，通過模糊規(guī)則矩陣表達其工藝知識，通過模糊推理求得特征的最終加工工序，從而實現(xiàn)工藝過程的自動生成。關(guān)鍵詞：特征；模糊推理；工藝過程引言 計算機集成制造系統(tǒng)( C I M S ) 被認為是未來機械 制造工業(yè)的生產(chǎn)模式。計算機輔助工藝過程設(shè)計 ( c A P P ) 在 C A D C A M集成技術(shù)發(fā)展中起著紐帶與橋 梁作用， 設(shè)計信息只能通過工藝過程設(shè)計才能生成 制造信息， 產(chǎn)品設(shè)計只能通過工藝設(shè)計才能與制造 實現(xiàn)信息和功能集成。基于特征的產(chǎn)品信息描述為 建立使 C A D C A M 相對統(tǒng)一的、 包含從計劃到制造等 生產(chǎn)過程內(nèi)所有形狀功能及工藝特性的產(chǎn)品信息模 型提供了極大的可能性。傳統(tǒng)的 C A P P系統(tǒng)是以專 家系統(tǒng)為智能核心， 要求有較高的知識表達及獲取 能力， 而大多數(shù)的產(chǎn)生式推理主要是依賴工藝知識 規(guī)則庫， 推理過程簡單， 很難達到優(yōu)化。本文在基于 特征的零件信息描述基礎(chǔ)上， 引入模糊邏輯的概念，將零件的工藝特征進行模糊化， 通過模糊推理獲得 特征的最終加工工序， 進一步通過工藝決策實現(xiàn)零件的工藝過程設(shè)計。 一、基于特征的齒輪軸類零件信息建模該建模的特征是含有特定的設(shè)計和制造內(nèi)涵的信息集合，它可以認為是以形狀特征為載體，由尺寸及公差、約束和其他非幾何屬性共同構(gòu)成的信息集合。特征建模應(yīng)以系統(tǒng)集成、信息共享為目標，零件信息描述應(yīng)適于后續(xù)的工藝規(guī)劃系統(tǒng)進行信息處理。通常特征可以分為形狀特征、精度特征、材料特征和技術(shù)特征等。本文主要研究以齒輪軸類零件加工工藝為目標的精度特征。齒輪軸零件既有軸類件的加工特性又有齒輪的加工特性，其加工工藝和設(shè)備要求對這2類表面不同又相互聯(lián)系的精度特征進行描述。經(jīng)過查閱大量軸類零件設(shè)計圖紙后發(fā)現(xiàn)，軸類零件可以分為獨立特征尺寸公差(又稱形狀定義尺寸公差)和相關(guān)特征尺寸公差(又稱位置定義尺寸公差)。其形狀定義尺寸公差只與獨立形狀特征相關(guān)，所以把它當(dāng)作屬性放在形狀特征內(nèi)作為獨立特征描述，而位置定義尺寸公差與多個形狀特征相關(guān)，主要指軸向跨軸段尺寸公差，所以把它列為特征問尺寸公差，應(yīng)在零件圖生成后和各主特征之間拓撲關(guān)系確定后形成尺寸關(guān)系。軸類件的形位公差主要有圓度、圓柱度、同軸度、垂直度及圓跳動等，根據(jù)其特點將形狀公差放在獨立形狀特征中描述，如圓度、圓柱度等，而把與多個形狀特征相關(guān)的形位公差放在位置公差中描述，如同軸度、圓跳動等。齒輪精度的描述是一個相對復(fù)雜的內(nèi)容，一是影響齒輪加工精度的工藝因素復(fù)雜，二是齒輪精度包含項目多。根據(jù)目前國內(nèi)典型變速箱企業(yè)齒輪加工工藝設(shè)備水平描述其精度特征，齒輪精度由高到低依次為12個精度等級，每個精度等級對應(yīng)3個公差組，分別表征對傳動性能的影響，而每個公差組又對應(yīng)若干精度項目，但實際檢測中因各精度項目之問有一定的相關(guān)聯(lián)系，不同使用條件下可以考慮不同項目的重要性和敏感性。就變速箱內(nèi)齒輪的使用特點分別給出齒向誤差、齒圈徑向跳動誤差、公法線長度誤差及周節(jié)累積誤差，將這些歸于相關(guān)特征屬性，為后續(xù)的單個加工特征的工藝推理提供依據(jù)。齒輪軸整體信息描述如圖1所示，精度特征描述如圖2所示。圖1 齒輪軸特征信息描述圖2 齒輪軸精度特征描述二、基于產(chǎn)生式系統(tǒng)的模糊推理機械產(chǎn)品的加工該過程是一個非常復(fù)雜的過程，其中存在著許多不確定的因素，同一功能的產(chǎn)品由于設(shè)備、工裝條件及工藝人員經(jīng)驗的不同會有不同的工藝方式及加工路線。單純由產(chǎn)生式規(guī)則中IF-THEN相對確定的知識表達很難概括工藝設(shè)計的多重復(fù)雜性，而模糊的知識表達將有助于問題的解決。模糊推理是依靠模糊集中的模糊邏輯模型，進行多個相關(guān)因素的綜合考慮，處理模糊的、不確定的乃至于相互矛盾的信息。它的研究對象是帶有模糊性的、不確定的客觀事物?？陀^世界中許多概念是模糊的，不能用絕對屬于或不屬于來衡量。計算機輔助工藝過程設(shè)計所涉及的知識及條件帶有極大的不確定性，例如加工精度高與低、生產(chǎn)中的“批量”都是一個模糊概念，大批量生產(chǎn)、成批生產(chǎn)、單件小批量生產(chǎn)之間沒有明確的界限和數(shù)學(xué)關(guān)系，這些更適合于模糊推理決策。(1)工藝特征的模糊描述。為了工藝推理的需要，首先要進行工藝特征的模糊描述。根據(jù)齒輪軸的特點，主要對其外圓柱面工藝特征和齒輪工藝特征進行模糊描述。齒輪加工工藝特征主要考慮精度、粗糙度及材料的選擇。將精度分為高精度級、中等精度級和低精度級。粗糙度分為大數(shù)值粗糙度、中等數(shù)值粗糙度及小數(shù)值粗糙度。對加工方法選擇影響比較大的另一個因素是齒輪的材料特性及熱處理后的機械性能，根據(jù)常用的調(diào)質(zhì)鋼和滲碳鋼材料，將齒輪齒面分為軟齒面、軟硬組合齒面及硬齒面。將以上因素模糊分類存人數(shù)據(jù)庫，每一因素的每一檔都可以表示為一個模糊函數(shù)或由加工方法選擇經(jīng)驗給定的一個介于0l之問的模糊值。表l為影響齒輪加工方法選擇的3種因素可信度值。規(guī)則號精度等級(x)粗糙度值（y）齒面特征(z)S=xyz1高 0.81小 0.7硬 0.80.4482高 0.8小 0.7中 0.20.1124高 0.8中 0.3硬 0.80.1925高 0.8中 0.3中 0.20.0410中 0.2小 0.7硬 0.80.11211中 0.2小 0.7中 0.20.02813中 0.2中 0.3硬 0.80.04814中 0.2中 0.3中 0.20.012(2)產(chǎn)生式規(guī)則的模糊關(guān)系。表達產(chǎn)生式系統(tǒng)是專家系統(tǒng)中最為常見的一種知識表達方式，它由產(chǎn)生式規(guī)則、總數(shù)據(jù)庫和控制策略3個基本部分組成。產(chǎn)生式規(guī)則的形式是：IF一 r伍N，即“條件一行動”。先將條件和行動用模糊集表示出來，再根據(jù)具體規(guī)則中條件與行動的關(guān)聯(lián)程度及特征選擇合適的糊算子，通過模糊算子作相應(yīng)的計算，便可得到用模糊關(guān)系表達的規(guī)則。表2為齒輪特征加工模糊規(guī)則矩陣。在齒輪工藝特征中，需要27個規(guī)則，以適應(yīng)齒輪加工多種推理。對于矛盾的規(guī)則，如表2中第8條規(guī)則，不會存在精度等級高(46級)而粗糙度值大(尺a3263)的情況。所以對應(yīng)的加工方法評價都為0。當(dāng)多個規(guī)則支持同一結(jié)論時，可根據(jù)各個規(guī)則的可信度求出結(jié)論的可信度，這里有2種方法：一種是基于模糊集理論的方法，取支持這個結(jié)論的各規(guī)則可信度的最大值作為結(jié)論的可信度；另一種是基于概率論的方法，首先將各個規(guī)則的可信度轉(zhuǎn)換為可信性比例再取其乘積為結(jié)論的可信性比例，最后把結(jié)論的可信性比例轉(zhuǎn)換為可信度。例如：加工一個材料為20CrMnTi，精度為4級的斜齒圓柱齒輪，分度圓直徑為125.75 mm，粗糙度Ra 0.8，表面硬度5662 HRC，求出的各個規(guī)則的模糊可信度矢量：S=(0.448，0.112，0.192，0.O40，0.112，0.028，0.048，0.012)。求得的加工方法信任度模糊值如表3所示。模糊評判是根據(jù)給出的評價標準和實測值經(jīng)過模糊變換后對客觀事物作出評價的一種方法。經(jīng)過以上模糊推理根據(jù)單因素評判原則選擇最大模糊值所對應(yīng)的加工方法為最佳加工方法。該例最佳最終加工方法為磨削。特征名工藝特征滾插銑剃磨拉珩推理結(jié)果采用齒輪高精度（4級）Ra0.8硬齒面0.01620.00600.19640.62400260.126磨齒0.624磨齒結(jié)束語：基于特征的產(chǎn)品信息描述克服了傳統(tǒng)方法信息 不足的缺陷， 用這種方法