引言

成組技術(shù)是一種制造哲理，是計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)。CAPP是連接CAD和CAM的紐帶，是計(jì)算機(jī)集成制造的核心。實(shí)施成組技術(shù)，需要對(duì)零件進(jìn)行分類編碼。開發(fā)CAPP系統(tǒng)，首先要解決零件信息輸入問(wèn)題。本文根據(jù)某齒輪工廠的實(shí)際情況，開發(fā)適用于齒輪零件的分類編碼系統(tǒng)，建立基于特征形面描述的零件信息輸入方法，并將零件編碼與信息輸入有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)在零件信息輸入的同時(shí)自動(dòng)生成零件成組編碼，從而為齒輪零件CAPP系統(tǒng)開發(fā)奠定基礎(chǔ)。

1 齒輪零件分類編碼系統(tǒng)

利用零件的相似性將其分類成組，并以零件組為基礎(chǔ)組織生產(chǎn)活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，是成組技術(shù)的基本內(nèi)容。為了便于分析零件的相似性，首先需對(duì)零件的相似特征進(jìn)行描述和識(shí)別。零件分類編碼系統(tǒng)就是用字符(數(shù)字、字母或符號(hào))對(duì)零件有關(guān)特征進(jìn)行描述和識(shí)別的一套特定的規(guī)則和依據(jù)。

當(dāng)今世界上使用的分類編碼系統(tǒng)不下百余種，較著名的有德國(guó)的Opitz系統(tǒng)，瑞士的Sulzer系統(tǒng)，荷蘭的Miclass系統(tǒng)，日本的KK系統(tǒng)，我國(guó)的JLBM-1系統(tǒng)等。其中JLBM-1系統(tǒng)是我國(guó)專家學(xué)者在充分借鑒德國(guó)Opitz系統(tǒng)和日本KK系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，并結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況開發(fā)的機(jī)械零件分類編碼系統(tǒng)，于1985年以機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)形式發(fā)表(JB/Z251———85)，之后得到廣泛應(yīng)用。

鑒于某齒輪工廠已部分采用JLBM-1系統(tǒng)的實(shí)際情況，首先對(duì)JLBM-1系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析。發(fā)現(xiàn)齒輪基本分類、結(jié)構(gòu)特征、毛坯特征、材料特征等在JLBM-1系統(tǒng)已得到較好的體現(xiàn)，基本能滿足齒輪零件分組和CAPP系統(tǒng)的需要，不足的是齒輪的齒形特征和輪齒精度特征反映不充分，而這兩個(gè)特征對(duì)于齒輪零件的工藝過(guò)程設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

為此，本文設(shè)計(jì)的齒輪零件分類編碼系統(tǒng)維持原有JLBM-1系統(tǒng)不變，僅在原有系統(tǒng)15位碼的基礎(chǔ)上，增加兩位與齒輪加工工藝密切相關(guān)的碼位:一位表示齒輪輪齒的結(jié)構(gòu)特征，另一位表示齒輪特有的精度要求。增加的兩個(gè)碼位各項(xiàng)含義如表1所示。如圖1所示雙聯(lián)齒輪(圖中僅給出了與編碼有關(guān)的部分尺寸)編碼為: 30202150246573516。各位編碼分別表示:齒輪類，圓柱外齒輪，外圓雙向臺(tái)階，外圓無(wú)要素，光滑通孔，內(nèi)孔有環(huán)槽，外圓齒形，內(nèi)圓無(wú)平面(曲面)加工，徑向均布孔，合金鋼，鍛件毛坯，高頻淬火，直徑>160~440mm，長(zhǎng)度>50~120mm，內(nèi)孔高精度，漸開線雙聯(lián)齒輪，齒輪精度6級(jí)。

2 齒輪零件信息輸入

零件信息輸入是CAPP的第一步，也是CAPP不可缺少的一步。目前實(shí)際使用的CAPP系統(tǒng)，其零件信息輸入方式主要有三種:

2. 1 成組編碼法

成組編碼法以零件的成組編碼作為零件輸入信息。目前的成組編碼雖然可以較充分地反映零件在結(jié)構(gòu)、材料和工藝三個(gè)方面的總體特征，但通常不能詳盡地描述零件的每一個(gè)加工面特征，即輸入信息較粗糙，也不完整。因此成組編碼法一般多用于只需制定簡(jiǎn)單工藝路線的場(chǎng)合。

2. 2 特征形面描述法

特征形面描述法的基本思路是:①任何一個(gè)零件加工表面均可分為基本形面(又稱主形面)和輔助形面。基本形面是影響零件主體形狀和尺寸的形面(如平面、圓柱面、圓錐面等)，輔助形面是附著于基本形面之上的對(duì)基本形面起局部修飾作用的形面(如外圓柱面上的環(huán)槽、徑向孔等)。②各形面的組合有一定規(guī)律可循。如回轉(zhuǎn)體零件可以按形面在零件上的位置順序加以描述，計(jì)算機(jī)可根據(jù)輸入的形面數(shù)據(jù)構(gòu)成完整的零件模型;③每個(gè)形面均可用一組特征參數(shù)來(lái)進(jìn)行詳盡描述;④各種形面均與一定的加工方法相對(duì)應(yīng)。由于特征形面描述法可完整地描述零件的幾何、工藝信息，因而能很好滿足CAPP系統(tǒng)對(duì)零件信息的需要。

2. 3 從CAD系統(tǒng)直接獲取零件信息

上述三種方法中第三種方法是CAPP系統(tǒng)零件信息輸入最理想的方法。但由于該齒輪工廠生產(chǎn)多為對(duì)外加工，通常無(wú)法獲取零件原始CAD信息。因此，從工廠實(shí)際情況出發(fā)，確定采用特征形面描述法輸入齒輪零件信息。

當(dāng)進(jìn)入本系統(tǒng)的零件數(shù)據(jù)輸入模塊后，系統(tǒng)采用多級(jí)菜單輸入的方式，引導(dǎo)操作者輸入零件的表頭信息及該零件的各個(gè)成形表面的特征參數(shù)，如圖2所示。其中主形面序號(hào)規(guī)定從01 ~99，若輸入00，則表示主形面已輸入完畢，程序轉(zhuǎn)入后續(xù)數(shù)據(jù)處理模塊。

圖2 齒輪零件信息輸入程序框圖

(1)表頭信息的輸入

表頭信息是指零件的總體信息，包括:零件的名稱、圖號(hào)、材料、質(zhì)量、毛坯類型、生產(chǎn)批量、熱處理與表面處理、輸入日期、設(shè)計(jì)者姓名等。表頭信息采用人機(jī)交互方式輸入。

(2)基本形狀要素的輸入

當(dāng)表頭信息輸入完成以后，就可以開始對(duì)零件的幾何信息和工藝信息進(jìn)行描述。由于零件的基本形狀都是沿著一條公共的回轉(zhuǎn)軸線順序排列，因此規(guī)定其輸入原則為:

1)先描述外部基本形面，后描述內(nèi)部基本形面。輔助形面從屬于基本形面。

2)外部基本形狀要素描述從右向左依次進(jìn)行。

3)內(nèi)部基本形狀要素描述從左向右依次進(jìn)行。程序初始化，系統(tǒng)總是設(shè)定為零件的外部基本要素。工作時(shí)系統(tǒng)根據(jù)所選定的形面，要求用戶輸入相應(yīng)的幾何參數(shù)和工藝參數(shù)。

圖3所示為外部基本形面菜單。例如圖1所示齒輪從右向左逐段描述基本形面時(shí)，首先遇到246圓柱齒輪，選擇菜單中的“f”，出現(xiàn)圖4所示圓柱齒輪特征參數(shù)菜單。菜單中首先出現(xiàn)齒形選擇項(xiàng)，當(dāng)點(diǎn)擊相應(yīng)齒形(如圖示選中漸開線齒形)時(shí)，即出現(xiàn)相應(yīng)參數(shù)項(xiàng)，便可按菜單提示輸入有關(guān)參數(shù)。

在每段基本形面特征參數(shù)輸入完成后，若有輔助形面，則顯示外部輔助形面菜單，如圖5所示。輸入輔助形面序號(hào)(輔助形面序號(hào)附屬于相應(yīng)的主形面，在主形面序號(hào)后增加數(shù)字1~9)，選擇相應(yīng)輔助形面，即出現(xiàn)相應(yīng)的輔助形面特征參數(shù)菜單。輸入相應(yīng)的特征參數(shù)值，即完成輔助形面的輸入。如此循環(huán)，可將齒輪零件全部加工面信息依次輸入系統(tǒng)。

3 自動(dòng)編碼的實(shí)現(xiàn)

零件描述完成后，系統(tǒng)對(duì)零件的各個(gè)形面特征參數(shù)進(jìn)行處理，并將其處理后的參數(shù)存儲(chǔ)于形面特征參數(shù)矩陣中。矩陣的每一行對(duì)應(yīng)齒輪零件的一個(gè)形面(包括主形面和輔助形面)，矩陣的第一列為形面序號(hào)，由小到大排列，矩陣的第二列為形面代碼，形面代碼用漢語(yǔ)拼音字頭表示，如WYZM表示外圓柱面，NYZM表示內(nèi)圓錐面等。矩陣的第3~n列為形面特征參數(shù)值。對(duì)于不同的形面，特征參數(shù)的個(gè)數(shù)、順序、參數(shù)值類型不盡相同，但對(duì)于特定的形面，其特征參數(shù)的個(gè)數(shù)、順序和參數(shù)值類型是確定的。因此可根據(jù)形面代碼，查找出相應(yīng)的特征參數(shù)值。

零件形面特征參數(shù)矩陣建立以后，即可通過(guò)對(duì)特征參數(shù)矩陣的掃描、參數(shù)提取和數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)形成零件的成組編碼。

根據(jù)第1節(jié)所述編碼系統(tǒng)，前15位碼含義與JLBM-1相同，第1、2碼位是零件名稱類別描述碼。本系統(tǒng)因針對(duì)齒輪零件，故第1碼位被固定設(shè)定為3，即齒輪類。第2碼位可根據(jù)表頭信息確定。為使表頭信息中的零件名稱與編碼系統(tǒng)中齒輪細(xì)分類名稱相一致，在輸入零件名稱時(shí)采用菜單選項(xiàng)方式進(jìn)行。零件編碼的第3位至第17位均為加工要素編碼，其值確定通過(guò)編程和對(duì)特征參數(shù)矩陣元素的處理實(shí)現(xiàn)。

例如，要確定第3位碼值，需首先掃描外部基本形面，判斷是否有球面、曲面、正多邊形等外表面，如有即可確定相應(yīng)的碼值(若外部基本形面對(duì)應(yīng)多個(gè)碼值，根據(jù)“后項(xiàng)包括前項(xiàng)”的規(guī)則，取較大碼值)。如沒有，則需判斷外表面有無(wú)臺(tái)階，及單向或雙向臺(tái)階，這可以通過(guò)判斷外部基本形面?zhèn)€數(shù)及一一比較外部基本形面直徑尺寸來(lái)確定(當(dāng)外部基本形面為圓柱齒輪或圓錐齒輪時(shí)，特征參數(shù)中沒有直徑尺寸，但其外徑尺寸可由模數(shù)、齒數(shù)、齒頂高系數(shù)等通過(guò)計(jì)算得到)。若外部基本形面只有一個(gè)，或雖有多個(gè)但直徑尺寸均相同，則可確定第3位碼值為0。若外部基本形面有2個(gè)且直徑尺寸不同，或外部基本形面有多個(gè)且直徑尺寸不同，但直徑尺寸按遞增或遞減順序排列，則可確定第3位碼值為1。若外部基本形面多于2個(gè)且直徑尺寸不同，而直徑尺寸又非按遞增或遞減順序排列，則可確定第3位碼值為2。判斷第3碼位碼值0、1、2的程序框圖如圖6所示。

圖6

4 結(jié)論

(1)根據(jù)工廠已部分采用JLBM-1系統(tǒng)的實(shí)際情況，針對(duì)齒輪零件的工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于JLBM-1系統(tǒng)的齒輪零件編碼系統(tǒng)，既滿足了齒輪零件CAPP系統(tǒng)的需要，也易于為工廠所接受。

(2)針對(duì)工廠以對(duì)外加工為主的特點(diǎn)，采用特征形面描述法較好地解決了齒輪零件信息描述與信息輸入問(wèn)題。

(3)采用矩陣形式存儲(chǔ)齒輪零件特征信息，通過(guò)對(duì)零件特征矩陣的掃描、參數(shù)提取和數(shù)據(jù)處理，可自動(dòng)形成零件的成組編碼，為齒輪零件CAPP系統(tǒng)開發(fā)提供了有力支持。(end)