短轴套类零件参数化工艺规程编制的研究
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摘要：短轴套类零件在机械加工领域为常见的零件类型，该类零件种类繁多，工艺规程设计存在方案灵活多样、受加工现场生产资源约束较多的特点。介绍短轴套类零件参数化工艺规程编制的过程及方法，涉及成组工艺及参数化技术。
关键词：短轴套类零件; 成组工艺;参数化
中图分类号：V262.3+3 文献标识码：A
1 概述
短轴套类零件在机械加工领域为常见的零件类型，该类零件种类繁多，工艺规程设计存在方案灵活多样、受加工现场生产资源约束较多的特点。此类零件结构简单，工艺路线短，上文提及的特点一般不足以制约生产效率提高。但在小批量、多批次的生产模式下，此类零件生产准备时间就会大大压缩，此类零件种类繁多、差异性强的特点就制约了工艺规程编制效率，工艺规程的快速编制就会成为一个急于解决的瓶颈[1]。本文旨在总结以往工艺规程编制经验基础上，结合成组工艺技术及参数化技术，研究提高工艺规程编制效率。参数化工艺规程编制的基础是利用成组技术将零件分族，然后将参数化技术与零件分族结合，实现参数化工艺规程编制。
2 利用成组技术对零件初步分组
成组技术利用事物的相似性，将相似事物聚类集中解决，为解决技术多样性的流程设计提供有效的途径。零件分组的划分方法包括直觉分组法、生产流程分析法、编码分类法，其过程分为粗分组、细化分族、编码分类阶段。在产品分组的不同阶段采用不同的分组方法，只有将不同的分组方法结合才能达到最佳的分组效果。
在零件粗分组阶段采用直觉分类法，主要依据工艺人员经验及零件的主要构型进行分组。零件材料特征决定热处理工艺方法及机械加工工序顺序安排，因此将材料特征作为分组的首要因素。短轴套类零件主要的配合尺寸为外圆表面及内孔表面，不同加工精度直接制约了加工工艺方法的选择。高精度外圆表面需要粗车、半精车、粗磨、精磨等工序，低精度外圆表面以车削为主即可;同样高精度内孔表面需要钻、扩钻、粗铰、精铰、研磨、抛光等工序，低精度内孔表面加工以钻削为主即可[2]。因此零件精度等级是零件分组的次要因素。零件的结构特性如薄壁特征，对零件加工工艺路线造成较大影响。典型短轴套类零件内外圆表面一般同时在一道车削加工工序内完成，薄壁套类零件一般采用粗车外圆及内孔、以外圆为基准精镗内孔、以内孔为基准精磨外圆等工序。可见零件结构特性也是零件分组的主要依据之一。
根据以上分析，将企业生产的短轴套类零件按表1粗分类，按照表1中各要素自由组合，得到共8种分组可能。
按照粗分类型，再对每组产品进行细分族类，最终确定各零件族的组成部分。此阶段采用生产流程分析法。该方法基于当前产品生产流程进行分类，将工艺路线或加工设备相近的产品划分成一个产品族，形成具有相似组合的产品型号矩阵表[3]。表2为某类衬套零件采用生产流程分类法，形成的工序矩阵表。以不锈钢材料、外圆表面精度IT7、内孔表面精度IT7、不具备薄壁特性的四个零件进行零件族分组示例。将零件加工工序填入表2。由表2内容可将序号1、2、3、4零件分为A、B两族，两族分组的依据重点考虑产品工艺路线相似性。
零件分族初步完成后，意味着零件数据信息将有组织的分类管理，但面临种类繁多、易于混淆、不易查询更改的难题，需要对已经初步完成分族的零件进行整合，形成有规律、便于索引的编码管理。编码采用了四位数（码位） 来表示每个零件的特征， 由主码和副码组成， 主码占用三位数， 副码占用一位数。主码表示出零件的分类、功能、特征及主要形状结构， 副码表示出零件的主要结构尺寸。
3 特征参数化技术与成组技术的结合
在特定的生产环境和设计条件下，特征能决定最终生成的零件工艺流程，这些特征可以抽象为一组零件参数的集合。成组技术形成的零件编码与零件特征参数形成对应关系，实现参数化驱动零件编码分类，调用对应工艺模板，形成工艺规程。图1为短轴套类零件生成参数化工艺的过程。
将表3所示的编码结构进行改进，在编码尾部添加以参数描述和特征描述相结合的动态码，实现参数化驱动零件编码分类，如表4所示。
采用编程语言Visual Basic 6.0 开发相应程序，应用于短轴套类零件加工工艺规程的制定。工艺规程模板利用EXCEL表格生成，数据的输入与传输使用ADO技术，设计人员只需输入主码与副码，选择相应的特征要素，输入相应的几何参数，系统就可自动生成次层码和底层码，选择相应工艺模板，进而生成典型的参数化工艺规程。
图2为典型衬套零件图，以此为例说明参数化工艺规程生成过程及结果。
此零件属于钢制件，其外圆面及内孔加工精度等级按照HB5800规定均为IT9以上级别，而且不具备薄壁零件特性。因此零件主码的第一码位为1，第二码为8，第三码为5，副码为4，动态码为1186。主码第一码1含义为套类零件，第二码8为零件属于第8大类（钢制套类零件，外圆内孔精度等级均为粗加工，不具备薄壁结构），第3码为零件细分族类，属于工艺路线中包含车外圆、车内孔、铣键槽、线切割方槽等工序的产品族类;副码4为零件主要外圆尺寸介于40 mm与50 mm之间，描述零件主要尺寸规格;动态码11的含义为存在外键槽、存在内键槽，86的含义为外键槽宽度为8 mm，内键槽宽度为6 mm。由于篇幅限制，其余动态码位及主码、副码位数字及含义均未列出，在此不做解释。
通过代码激活Excel环境，输入零件特征信息。激活EXCEl的程序代码如下图3所示。
程序依据图4所示流程判断特征输入尺寸，并生成相应零件代码18541186，调用相应工艺模板生成参数化工艺规程。
一个零件包含了大量的特征信息，但并不是每一个特征都对零件加工过程有着等同的影响，不可能也不必要对每一个参数细节都进行比对，而只需要考察使其区别于其他零件的特征，这些特征参数有助于判别待加工零件与零件模板要求相似。
经过程序分析，生成的零件工艺路线及加工参数如表5所示。
4 结论
本文以成组技术为基础，以零件的相似性为原则，对短轴套类零件进行分组，并确定每一零件族的编码，再将编码与零件特征参数相结合，使零件参数驱动生成零件编码，调用各组的工艺模板，用VB 软件开发主程序，提高了工艺编制效率和正确性，减少人为影响，使工艺文件的生成更加智能化，对企业的生产经营发挥了积极作用。
参考文献
[1] 王先逵.机械加工工艺规程制定[M].北京：机械工业出版社，2008.
[2] 赵友亮，杨青，李敏通，等.CAPP 中回轉体零件信息的描述与输入方法[J].西北农林科技大学学报，2004，32（1）：99-102.
[3] 董宏献.CAPP 系统零件信息描述方法研究[J].机械研究与应用，2005，18（1）：7-9.
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