基于特征的蜗轮蜗杆CAPP

蜗轮蜗杆是机械中常用的传动部件之一,而蜗轮蜗杆的制造过程比较复杂,其加工质量的好坏与工艺规程制定有很大关系。为了解决手工制定工艺规程的繁琐和因加工质量带来的影响,开发了蜗轮蜗杆的CAPP系统。该系统的零件信息输入与计算机内部如何对产品或零件进行表达的问题,其实质就是如何组织和描述零件信息。为此需要确定合理的数据结构或零件模型来对零件信息进行描述。

1     零件信息的描述
        基于目前我国企业的现状,如将零件信息的输入全部建立在信息模型或由CAD系统直接输入,实现起来有一定的困难。因此,找一种适合我国国情的零件信息输入方法,是实现已有零件CAPP的关键。本文提出了基于扫描技术的图形输入与识别,并在蜗轮蜗杆CAPP中进行了尝试。
         对零件而言,特征是零件某一部分形状和属性的信息集合,如孔、槽、台和材料、精度等。它能方便地描述零件的几何形状,并能为加工、分析及其他工程应用提供必要和充分的信息,蜗杆零件的形状特征见图1。但是,表达底层的零件几何定义信息(如点、线、面等)无法表达产品的非几何信息(如工艺信息、装配信息、精度信息、材料信息、功能信息等)。基于特征的特征单元就弥补了这一不足。特征单元是图1　蜗杆零件的形状特征一个封装了特征的集合体。它可以包含若干个主特征、辅助特征、基准特征和过渡特征。根据实际资源状况以及零件制造、检测和调度的需要,特征单元包括的特征可由一个基本形状特征构成,也可由整个零件的所有特征构成。一般情况下,视制造要求,一个零件由多个特征单元构成,记为:
                           零件特征=FU1+FU2+…+FUn=∑FUi
 
2    蜗轮蜗杆零件的形状特征
        蜗杆的主要特征有蜗杆头数(齿数z1)、蜗杆喉部螺旋升角V、蜗杆工作半角hm、蜗杆螺纹部分长度L、齿顶圆直径df1等。蜗轮的主要特征有齿数z2、端面模数mt等。一般情况z1= 1～4,z2= 27～80。蜗轮与蜗杆在扫描识别后不管是参数还是象素,都有较大的区别,因此很容易将蜗轮蜗杆区分开来。蜗杆类的不同零件根据其主特征组成特征矩阵(表
示零件的设计信息)并加以区分。
       F= [齿数　齿顶圆直径　齿顶形状　工作长度] (齿顶为圆柱形规定为1,齿顶为圆弧形为0)
        同样,蜗轮类的不同零件也可以区分:
        F= [齿数　齿顶圆直径]
      蜗轮蜗杆零件可以用下面的特征代码来表示:

这样,蜗轮蜗杆零件的特征代码和不同零件的特征矩阵有如下的对应关系,见表1。
                      
     
 3    蜗轮蜗杆检索式CAPP实现
        系统是根据零件的相似性原理,即相似零件有相似的工艺规程。一个新零件的工艺规程是通过检索系统中已有的相似零件的工艺规程并加以自动筛选后编辑而成。首先将零件划分成若干个相似零件组,根据已有的零件工艺文件,进行总结归纳,编制出相似零件组的标准工艺规程,并以文件形式储存在数据库中。当新零件设计工艺规程时,输入零件代码,由计算机检索出此零件的标准工艺文件。可以对此工艺文件进行全屏幕编辑修改。在修改完成后,计算机把编制出的零件工艺规程存入相应的工艺文件库中,以备今后调用或打印输出。
                               
         识别结果输入后,首先和零件的特征代码相比较:将式(1)或式(2)与网络输出的特征向量相比较,若1的位置对应相同,则认为零件属于这一组,并且可以将蜗轮和蜗杆区分开,如果是同类型的零件,则进入下一个模块。根据同类型零件不同的特征矩阵来判断属于那一种类型,并指向相应工艺文件数据库,检索出典型工艺。反之,则退出系统。弹出的工艺文件有2～3种,通过人机对话选取最优并加以修改,存入相应的数据库当中。流程图如图2所示,选取最优的工艺文件见表2。
                   
      
结　语
    　蜗轮蜗杆的CAPP系统方案完整,使用方便,针对工厂的生产需要,从实用角度出发而设计的。目前本系统所生成的工艺文件与原手工编制的文件比较,大大提高了零件工艺编制的速度,不仅符合生产要求,而且更规范化、标准化。