以回轉(zhuǎn)類零件為對象，......



以回轉(zhuǎn)類零件為對象，將功能－特征－工藝－制造環(huán)境等有機結(jié)合，建立工藝咨詢及評價的知識、信息模型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品與工藝的并行設(shè)計。
1　系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)功能及信息需求
該咨詢系統(tǒng)不僅可以與CAD系統(tǒng)聯(lián)接進行產(chǎn)品設(shè)計以及生成加工工藝，而且能給設(shè)計者提供有關(guān)工藝與制造環(huán)境方面的咨詢，幫助設(shè)計者更快地設(shè)計出能被方便加工的零件或產(chǎn)品，還可以隨時對上游設(shè)計依據(jù)本領(lǐng)域的專家知識進行可制造性評價并反饋評價意見和修改建議。
1.1　系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)與功能需求
系統(tǒng)包括零件建模及圖形顯示、工藝咨詢、可制造性與經(jīng)濟性評價、工藝設(shè)計、工藝數(shù)據(jù)/知識庫、咨詢知識庫、特征庫與用戶界面等， 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。①零件建模。建立滿足并行設(shè)計的零件信息模型，不僅能接收咨詢信息，而且可以接收可制造性評價的反饋信息，并且可以進行零件模型的修改。②咨詢模塊。其功能是從工藝角度分層次就所設(shè)計零件的單一特征或組合特征的工藝性能進行咨詢，為設(shè)計者提供工藝與設(shè)備資源方面的知識與經(jīng)驗。③評價模塊。其功能之一是從工藝角度對所設(shè)計零件的可制造性及工藝結(jié)構(gòu)的合理性進行評價，并提出修改意見，功能之二是對所生成的多套工藝路線進行時間、成本的綜合評價，推薦優(yōu)選方案。④工藝設(shè)計。用于生成同一零件的多套工藝路線，并可根據(jù)評價信息修改工藝路線。⑤控制與協(xié)調(diào)管理。是實現(xiàn)CE/DFM的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，具有控制零件建模、工藝生成、咨詢與評價之間并行交互的進程、協(xié)調(diào)各模塊的作業(yè)等功能。
1.2　系統(tǒng)的信息需求
(1)零件信息
除常規(guī)的零件尺寸、公差及精度要求外，還需要與制造有關(guān)的功能、材料及加工信息，它們是并行設(shè)計依據(jù)。
(2)決策信息
工藝知識，包括領(lǐng)域數(shù)據(jù)庫和領(lǐng)域知識庫；咨詢信息，主要是工藝咨詢知識，包括功能－特征映射規(guī)則、特征－加工方法映射規(guī)則、加工 方法－設(shè)備資源映射規(guī)則及備選加工方法和設(shè)備資源規(guī)則等；評價知識，包括結(jié)構(gòu)工藝性、經(jīng)濟精度、結(jié)構(gòu)可制造性及軸向尺寸檢查等信息。
(3)操作控制信息
是控制各模塊協(xié)調(diào)作業(yè)的信息，包括設(shè)計與咨詢、設(shè)計與評價及并行設(shè)計的操作信息。
圖1　DFM工藝咨詢系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
2　系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
2.1　工藝性評價
在零件設(shè)計過程中，通過評價模塊檢驗特征是否具有工藝可行性，判斷所設(shè)計零件是否滿足設(shè)計、工藝及制造環(huán)境的約束，以及它們之間 是否存在有沖突等。如果發(fā)現(xiàn)所設(shè)計零件與設(shè)計要求、工藝要求及制造環(huán)境存在有沖突或不滿足，設(shè)計者可以根據(jù)該模塊產(chǎn)生的評價意見和建議修改零件模型，直到零件設(shè)計與工藝設(shè)計都滿足約束為止。
(1)結(jié)構(gòu)工藝性評價
在結(jié)構(gòu)工藝性評價中，我們主要考慮：①中心孔、退刀槽、倒角、過渡圓角的設(shè)置是否合理；②錐體或呈弧形面的零件是否有便于裝夾的 工藝圓柱面或中心孔；③同軸孔系排列，其孔徑應(yīng)向一個方向或中間遞減；④避免出現(xiàn)深孔(L/D＞5)加工；⑤盲孔、螺紋孔、階梯孔、有階梯的螺紋孔是否應(yīng)設(shè)置退刀槽。
(2)特征可制造性評價
在滿足功能的前提下，根據(jù)零件信息，檢查零件的各特征是否符合當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境下的工藝、資源及工裝的約束，使零件具有較好的可制造 性。如果某特征不滿足約束或可制造性不好，設(shè)計者可自行進行修改，若需要系統(tǒng)也可提出修改建議。
(3)經(jīng)濟精度評價
經(jīng)濟精度評價主要考慮下面兩個問題：①根據(jù)零件的特征功能及設(shè)計要求評價所設(shè)計特征的精度；②根據(jù)特征的精度判斷是否超過現(xiàn)有生 產(chǎn)環(huán)境下機床的加工能力。
(4)尺寸檢查
該模塊可以檢驗零件主特征是否出現(xiàn)錯誤的軸向尺寸——過定位或欠定位。其判斷方法是：當(dāng)尺寸鏈圖為一棵樹時，尺寸鏈正確；若存在 有環(huán)，為過定位；若為森林(即多棵樹)，表示為欠定位。圖2為傳動軸的軸向尺寸鏈檢查。
圖2　傳動軸的軸向尺寸鏈檢查
若多尺寸13，為過定位；若少尺寸73，為欠定位；若無尺寸13，有尺寸73，為正確定位
(5)工藝方案評價
對于一個被加工零件，可以擬定多套滿足技術(shù)與功能要求、且具有不同經(jīng)濟性的工藝方案；傳統(tǒng)CAPP只考慮單一工藝過程的最優(yōu)，很少涉 及多方案和綜合評價指標(biāo)。該模塊可以依據(jù)低工藝成本和少加工時間等對并行設(shè)計所產(chǎn)生的多套工藝方案進行評價，推薦出給定生產(chǎn)環(huán)境下經(jīng)濟、高效的方案。
2.2　工藝性咨詢
在設(shè)計產(chǎn)品中，設(shè)計者常常根據(jù)各自的經(jīng)驗和習(xí)慣構(gòu)造產(chǎn)品，很少考慮特征在現(xiàn)有制造環(huán)境下的加工能力，不可避免地會增加加工成本， 延長開發(fā)周期。本研究旨在建立適合DFM的咨詢層次模型；該模型清楚表達特征－加工方法－設(shè)備資源的層次和隸屬關(guān)系，構(gòu)成咨詢信息模型，圖3為工藝性咨詢模塊的功能圖。
本文有[www.0574-laser.com]提供，請及時關(guān)注[www.0574-laser.com]提供的內(nèi)容
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圖3　工藝性咨詢模塊的功能圖
在工藝咨詢過程中，主要考慮以下因素：備選特征、特征的加工方法、特征的加工設(shè)備來構(gòu)造工藝咨詢模糊函數(shù)，使該函數(shù)反映所咨詢對象(即被設(shè)計的特征)與上述因素的模糊映射關(guān)系，其工藝咨詢模糊函數(shù)
式中：p1＝｛Uf｝——特征替代規(guī)則集；
p2＝｛Us｝——特征的設(shè)備資源規(guī)則集；
p3＝｛Um｝——特征的加工方法規(guī)則集。
F、Pi（i＝3）在產(chǎn)品建模的不同階段都可以發(fā)揮一定的作用。
(1)特征的替代性咨詢
特征的替代由零件功能所決定。任一零件的總功能都可分解成多個分功能，用零件功能集描述，F(xiàn)un＝｛fun1，fun2，……，funn｝；同 樣，任一零件的總體形狀特征也可以有很多特征組成(即用零件特征集描述)，F(xiàn)ea＝｛fea1，fea2，……，fean｝，零件功能集｛funi｝與零件特征集｛feai｝之間存在非唯一的映射關(guān)系，可能出現(xiàn)某一功能有多種可選特征，或滿足某一功能要求出現(xiàn)組合特征等，如傳動軸的某分功能“支承傳動件”和“軸向定位”，其映射關(guān)系為：“支承傳動件”圓柱面或圓錐面，“軸向定位”圓錐面或臺階面/端面；但是，對于某零件特征，其具有相同功能的多種可選特征的適合程度不同，可替代性沒有十分明顯的界限，具有一定的模糊性，給設(shè)計者選擇替代特征帶來一定的困難。因此，為了更好地通過零件功能咨詢零件特征，運用模糊數(shù)學(xué)方法處理零件功能與特征之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)功能向特征的轉(zhuǎn)換，
圖4是特征替代咨詢模塊。
(2)特征的加工方法與設(shè)備資源咨詢
圖4　特征替代咨詢
不管從特征角度，還是從加工方法角度，其一種特征可能對應(yīng)多種加工方法，一種加工方法可能對應(yīng)多種設(shè)備資源，它們之間可以用一種較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)及層次結(jié)構(gòu)描述(圖5)。因此，根據(jù)特征咨詢加工方法和根據(jù)加工方法咨詢設(shè)備資源均是一個復(fù)雜的工作。為簡化這一過程，可以建立特征－加工方法、加工方法－設(shè)備資源之間的模糊關(guān)系矩陣，將零件特征被選擇的可能性變換成加工方法的候選性、將加工方法的候選性變換成設(shè)備資源的可用性，并把它們之間已知的、可以羅列的事實以文件或數(shù)據(jù)庫形式存放。