浅析齿轮轴类零件工艺规程

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1、目 录摘要1关键词1引言1一、基于特征的齿轮轴类零件信息建模1二、基于产生式系统的模糊推理机械产品的加工3结束语6参考文献7浅析齿轮轴类零件工艺规程摘要：在基于特征的零件信息描述基础上，给出了适于齿轮轴类零件精度的特征描述方法。针对工艺过程中带有极大不确定因素的特点，将模糊推理与模糊知识相结合，通过模糊规则矩阵表达其工艺知识，通过模糊推理求得特征的最终加工工序，从而实现工艺过程的自动生成。关键词：特征；模糊推理；工艺过程引言 计算机集成制造系统( C I M S ) 被认为是未来机械 制造工业的生产模式。计算机辅助工艺过程设计 ( c A P P ) 在 C A D C A M集成技术发展中起

2、着纽带与桥 梁作用， 设计信息只能通过工艺过程设计才能生成 制造信息， 产品设计只能通过工艺设计才能与制造 实现信息和功能集成。基于特征的产品信息描述为 建立使 C A D C A M 相对统一的、 包含从计划到制造等 生产过程内所有形状功能及工艺特性的产品信息模 型提供了极大的可能性。传统的 C A P P系统是以专 家系统为智能核心， 要求有较高的知识表达及获取 能力， 而大多数的产生式推理主要是依赖工艺知识 规则库， 推理过程简单， 很难达到优化。本文在基于 特征的零件信息描述基础上， 引入模糊逻辑的概念，将零件的工艺特征进行模糊化， 通过模糊推理获得 特征的最终加工工序， 进一步通过工

3、艺决策实现零件的工艺过程设计。 一、基于特征的齿轮轴类零件信息建模该建模的特征是含有特定的设计和制造内涵的信息集合，它可以认为是以形状特征为载体，由尺寸及公差、约束和其他非几何属性共同构成的信息集合。特征建模应以系统集成、信息共享为目标，零件信息描述应适于后续的工艺规划系统进行信息处理。通常特征可以分为形状特征、精度特征、材料特征和技术特征等。本文主要研究以齿轮轴类零件加工工艺为目标的精度特征。齿轮轴零件既有轴类件的加工特性又有齿轮的加工特性，其加工工艺和设备要求对这2类表面不同又相互联系的精度特征进行描述。经过查阅大量轴类零件设计图纸后发现，轴类零件可以分为独立特征尺寸公差(又称形状定义尺寸

4、公差)和相关特征尺寸公差(又称位置定义尺寸公差)。其形状定义尺寸公差只与独立形状特征相关，所以把它当作属性放在形状特征内作为独立特征描述，而位置定义尺寸公差与多个形状特征相关，主要指轴向跨轴段尺寸公差，所以把它列为特征问尺寸公差，应在零件图生成后和各主特征之间拓扑关系确定后形成尺寸关系。轴类件的形位公差主要有圆度、圆柱度、同轴度、垂直度及圆跳动等，根据其特点将形状公差放在独立形状特征中描述，如圆度、圆柱度等，而把与多个形状特征相关的形位公差放在位置公差中描述，如同轴度、圆跳动等。齿轮精度的描述是一个相对复杂的内容，一是影响齿轮加工精度的工艺因素复杂，二是齿轮精度包含项目多。根据目前国内典型变速

5、箱企业齿轮加工工艺设备水平描述其精度特征，齿轮精度由高到低依次为12个精度等级，每个精度等级对应3个公差组，分别表征对传动性能的影响，而每个公差组又对应若干精度项目，但实际检测中因各精度项目之问有一定的相关联系，不同使用条件下可以考虑不同项目的重要性和敏感性。就变速箱内齿轮的使用特点分别给出齿向误差、齿圈径向跳动误差、公法线长度误差及周节累积误差，将这些归于相关特征属性，为后续的单个加工特征的工艺推理提供依据。齿轮轴整体信息描述如图1所示，精度特征描述如图2所示。图1 齿轮轴特征信息描述图2 齿轮轴精度特征描述二、基于产生式系统的模糊推理机械产品的加工该过程是一个非常复杂的过程，其中存在着许多

6、不确定的因素，同一功能的产品由于设备、工装条件及工艺人员经验的不同会有不同的工艺方式及加工路线。单纯由产生式规则中IF-THEN相对确定的知识表达很难概括工艺设计的多重复杂性，而模糊的知识表达将有助于问题的解决。模糊推理是依靠模糊集中的模糊逻辑模型，进行多个相关因素的综合考虑，处理模糊的、不确定的乃至于相互矛盾的信息。它的研究对象是带有模糊性的、不确定的客观事物。客观世界中许多概念是模糊的，不能用绝对属于或不属于来衡量。计算机辅助工艺过程设计所涉及的知识及条件带有极大的不确定性，例如加工精度高与低、生产中的“批量”都是一个模糊概念，大批量生产、成批生产、单件小批量生产之间没有明确的界限和数学关

7、系，这些更适合于模糊推理决策。(1)工艺特征的模糊描述。为了工艺推理的需要，首先要进行工艺特征的模糊描述。根据齿轮轴的特点，主要对其外圆柱面工艺特征和齿轮工艺特征进行模糊描述。齿轮加工工艺特征主要考虑精度、粗糙度及材料的选择。将精度分为高精度级、中等精度级和低精度级。粗糙度分为大数值粗糙度、中等数值粗糙度及小数值粗糙度。对加工方法选择影响比较大的另一个因素是齿轮的材料特性及热处理后的机械性能，根据常用的调质钢和渗碳钢材料，将齿轮齿面分为软齿面、软硬组合齿面及硬齿面。将以上因素模糊分类存人数据库，每一因素的每一档都可以表示为一个模糊函数或由加工方法选择经验给定的一个介于0l之问的模糊值。表l为影

8、响齿轮加工方法选择的3种因素可信度值。规则号精度等级(x)粗糙度值（y）齿面特征(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)产生式规则的模糊关系。表达产生式系统是专家系统中最为常见的一种知识表达方式，它由产生式规则、总数据库和控制策略3个基本部分组成。产生式规则的形式是：IF一

9、 r伍N，即“条件一行动”。先将条件和行动用模糊集表示出来，再根据具体规则中条件与行动的关联程度及特征选择合适的糊算子，通过模糊算子作相应的计算，便可得到用模糊关系表达的规则。表2为齿轮特征加工模糊规则矩阵。在齿轮工艺特征中，需要27个规则，以适应齿轮加工多种推理。对于矛盾的规则，如表2中第8条规则，不会存在精度等级高(46级)而粗糙度值大(尺a3263)的情况。所以对应的加工方法评价都为0。当多个规则支持同一结论时，可根据各个规则的可信度求出结论的可信度，这里有2种方法：一种是基于模糊集理论的方法，取支持这个结论的各规则可信度的最大值作为结论的可信度；另一种是基于概率论的方法，首先将各个规则

10、的可信度转换为可信性比例再取其乘积为结论的可信性比例，最后把结论的可信性比例转换为可信度。例如：加工一个材料为20CrMnTi，精度为4级的斜齿圆柱齿轮，分度圆直径为125.75 mm，粗糙度Ra 0.8，表面硬度5662 HRC，求出的各个规则的模糊可信度矢量：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。模糊评判是根据给出的评价标准和实测值经过模糊变换后对客观事物作出评价的一种方法。经过以上模糊推理根据单因素评判原则选择最大模糊值所对应的加工方法为最佳加工方法。该例最佳最终加工方法为磨削。特征名

11、工艺特征滚插铣剃磨拉珩推理结果采用齿轮高精度（4级）Ra0.8硬齿面0.01620.00600.19640.62400260.126磨齿0.624磨齿结束语：基于特征的产品信息描述克服了传统方法信息 不足的缺陷， 用这种方法构造的零件能够为后续的 C A P P等子系统提供较充足的工艺信息， 实现系统的 信息共享。基于模糊规则的知识描述和推理可以把精度、尺寸大小、材料特性及粗糙度等工艺参数通过模糊分类转换为模糊量，把部分工艺知识以模糊规 则矩阵的形式加以表示， 使加工方法的选择更趋于合理化。实践表明， 这种方法适合 C A P P这种设计参考文献：1吴宗泽，刘莹机械设计教程(下册)M北京：机械工业出版社，20032机械设计手册编委会机械设计手册(机械传动)M北京：化学工业出版社，20073成大先机械设计手册(机械传动)M北京：化学工业出版社，2004第 8 页 共 8 页