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鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
0 引 言
在整個(gè)生產(chǎn)過程中，工藝工作貫穿其中。工藝設(shè)計(jì)工作不僅涉及到企業(yè)的生產(chǎn)類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝裝備、生產(chǎn)技術(shù)水平等，甚至還要受到工藝人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)管理體制的制約，其中的任何一個(gè)因素發(fā)生變化，都可能導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)方案的變化。因此說工藝設(shè)計(jì)是企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中最活躍的因素，工藝設(shè)計(jì)對其使用環(huán)境的依賴就必然導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)性和經(jīng)驗(yàn)性。
隨著計(jì)算機(jī)在制造型企業(yè)中的應(yīng)用，通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行工藝的輔助設(shè)計(jì)已成為可能， CAPP的應(yīng)用將為提高工藝文件的質(zhì)量，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期，并為廣大工藝人員從繁瑣、重復(fù)的勞動(dòng)中解放出來提供一條切實(shí)可行的途徑。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的必要性已被越來越多的企業(yè)所認(rèn)識(shí)，選取一個(gè)適宜本企業(yè)生產(chǎn)及管理環(huán)境的CAPP系統(tǒng)不但能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)越性，更能為企業(yè)數(shù)據(jù)信息的集成及管理打下良好的基礎(chǔ)。
?? CAPP的開發(fā)、研制是從60年代末開始的，在制造自動(dòng)化領(lǐng)域，CAPP的發(fā)展是最遲的部分。世界上最早研究CAPP的國家是挪威，始于1969年，并于同年正式推出世界上第一個(gè)CAPP系統(tǒng)AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系統(tǒng)。在CAPP發(fā)展史上具有里程碑意義的是于1976年推出的 CAM－Ⅰ'S Automated Process Planning系統(tǒng)。取其字首的第一個(gè)字母，稱為CAPP系統(tǒng)。目前對CAPP這個(gè)縮寫法雖然還有不同的解釋，但把CAPP稱為計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)成為公認(rèn)的釋義。
我國對CAPP的研究始于80年代初，迄今為止，在國內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議、刊物上發(fā)表的CAPP系統(tǒng)已有50多個(gè)，但被工廠、企業(yè)正式應(yīng)用的系統(tǒng)只是少數(shù)，真正形成商品化的CAPP系統(tǒng)還不多。手工進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，通常要經(jīng)過如下過程：
[1]根據(jù)產(chǎn)品圖紙，分析產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及技術(shù)要求；
[2]了解產(chǎn)品生產(chǎn)的綱領(lǐng)及批量；
[3]進(jìn)行工藝決策，確定加工方法和工藝路線；
[4]按企業(yè)的實(shí)際情況，具體確定機(jī)床設(shè)備、切削用量、工藝裝備以及工時(shí)定額；
[5]按規(guī)定格式生成正式工藝規(guī)程。
計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的基本原理正是基于人工設(shè)計(jì)的過程及需要解決的問題而提出的。首先，產(chǎn)品零件的數(shù)據(jù)信息應(yīng)能利用，并建立零件信息的數(shù)據(jù)庫；其次，工藝人員的工藝經(jīng)驗(yàn)、工藝知識(shí)能夠得到充分的利用和共享；第三，制造資源、工藝參數(shù)等以適當(dāng)?shù)男问浇⒅圃熨Y源和工藝參數(shù)庫；第四，充分利用標(biāo)準(zhǔn)（典型）工藝生成新的工藝文件。??
1 開展箱體類零件工藝分析及知識(shí)庫研究
1.1 開展箱體類零件工藝分析及知識(shí)庫研究的意義
目前，國內(nèi)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的應(yīng)用還處于推廣階段。由于計(jì)算機(jī)在企業(yè)中的應(yīng)用，尤其是在生產(chǎn)工程中的應(yīng)用還剛剛起步，很多企業(yè)還是空白 ,因此對CAPP應(yīng)用開發(fā)還應(yīng)解決以下幾個(gè)問題 :
1 .企業(yè)需要安裝簡便、人機(jī)界面友好的CAPP系統(tǒng)。操作復(fù)雜 ,數(shù)據(jù)準(zhǔn)備和系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間長，需要大量培訓(xùn)才能使用的CAPP系統(tǒng)很難讓用戶接受。
2 .實(shí)用性強(qiáng)的CAPP系統(tǒng)。操作使用應(yīng)符合工藝設(shè)計(jì)人員的工藝設(shè)計(jì)習(xí)慣，使之能迅速掌握。這樣CAPP系統(tǒng)才在企業(yè)中能得以推廣。
3 .開放性好的CAPP。由于制造環(huán)境的多樣和復(fù)雜，好的CAPP系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足：提供用戶可以構(gòu)造適合于本企業(yè)制造環(huán)境的CAPP平臺(tái)系統(tǒng)；當(dāng)用戶實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)與系統(tǒng)的解答不一致時(shí)，系統(tǒng)的推理和決策方法能方便的被用戶修改。
4.柔性。企業(yè)歡迎的CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有較好的柔性，能適應(yīng)企業(yè)不同的產(chǎn)品和生產(chǎn)要求，能滿足不同的經(jīng)營目標(biāo)和生產(chǎn)計(jì)劃方案。
5.能滿足集成要求。集成化發(fā)展是現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢，更是CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢，因此目前應(yīng)用CAPP應(yīng)注意CAPP系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)能否滿足集成要求。
6. CAPP系統(tǒng)要考慮國內(nèi)企業(yè)的管理模式。
1.2 國內(nèi)外箱體零件知識(shí)庫及工藝模板的研究情況
計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì) CAPP(Computer aided process planning)的研究迄今已有 3 0多年的歷史，早期CAPP系統(tǒng)采用派生式方法 (Variantapproach)，基于成組技術(shù)原理進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，系統(tǒng)柔性差。近年來大多數(shù)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究基于創(chuàng)成式方法 (Generativeapproach)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，基于人工智能方法，如：專家系統(tǒng)，開發(fā)創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)。國內(nèi)外在 CAPP方面也做了大量的研究工作，并取得很大的進(jìn)展。傳統(tǒng)的 CAPP系統(tǒng)大都采用批處理方式進(jìn)行， CAPP系統(tǒng)的輸入常常是一個(gè)零件的完整設(shè)計(jì)，即零件設(shè)計(jì)完成后，才能進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，不能實(shí)時(shí)提供產(chǎn)品設(shè)計(jì)的修改反饋信息，不能及時(shí)指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。并行工程強(qiáng)調(diào) CAD/ CAPP雙向 (Two-way)集成， CAD為 CAPP提供豐富產(chǎn)品信息，同時(shí)CAPP在設(shè)計(jì)階段，通過基于產(chǎn)品功能、可制造性、可裝配性、工藝時(shí)間和成本，來評價(jià)各種設(shè)計(jì)特征，又為設(shè)計(jì)者提供各種設(shè)計(jì)修改的反饋信息，即 CAPP可用來指導(dǎo)和改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，而且希望 CAPP對設(shè)計(jì)的反饋信息是實(shí)時(shí)交互進(jìn)行，從而盡早發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，來指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) CAD/ CAPP的實(shí)時(shí)并行。但目前能指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的CAPP系統(tǒng)正處于研究的初期階段。國內(nèi)對面向并行工程的 CAPP技術(shù)進(jìn)行了初步研究，
為了更具實(shí)用性和靈活性，CAPP技術(shù)也不斷向前發(fā)展，它的發(fā)展趨勢如下：
1.集成化。 計(jì)算機(jī)集成制造是現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢，作為集成系統(tǒng)中的一個(gè)單元技術(shù)，CAPP系統(tǒng)集成化也是必然的發(fā)展方向。在并行工程思想的指導(dǎo)下實(shí)現(xiàn)CADCAPPCAM的全面集成，進(jìn)一步地發(fā)揮CAPP在整個(gè)生產(chǎn)活動(dòng)中的信息中樞和功能調(diào)節(jié)作用，這包括：與產(chǎn)品設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)雙向的信息交換與傳送；與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)有效集成；與質(zhì)量控制系統(tǒng)建立內(nèi)在聯(lián)系。
2 .工具化。 開發(fā)應(yīng)用面廣、適應(yīng)性強(qiáng)的CAPP系統(tǒng)，即大力發(fā)展工具型CAPP系統(tǒng)。
3 .智能化。 CAPP系統(tǒng)必將在獲取、表達(dá)和處理各種知識(shí)的靈活性和有效性上有進(jìn)一步的發(fā)展。為了能使CAPP系統(tǒng)在企業(yè)中更好地推廣應(yīng)用，CAPP系統(tǒng)應(yīng)提供更好的開發(fā)模式。傳統(tǒng)專用型CAPP系統(tǒng)雖然針對性強(qiáng)，但由于開發(fā)周期長，缺乏商品化的標(biāo)準(zhǔn)模塊，適應(yīng)性差，已經(jīng)很難適應(yīng)企業(yè)的產(chǎn)品類型、工藝方法和制造環(huán)境的發(fā)展和變化。而應(yīng)用面廣、適應(yīng)性強(qiáng)的平臺(tái)型 (工具式 ) CAPP系統(tǒng)，已經(jīng)成為開發(fā)和應(yīng)用的趨勢。平臺(tái)型ＣＡＰＰ系統(tǒng)把系統(tǒng)的功能分解成一個(gè)個(gè)相對獨(dú)立的工具，用戶可以通過友好的用戶界面根據(jù)本企業(yè)的情況輸入數(shù)據(jù)和知識(shí)，針對不同的應(yīng)用環(huán)境，形成面向特定的制造環(huán)境和工藝習(xí)慣的具體的ＣＡＰＰ系統(tǒng)。也可以將開發(fā)平臺(tái)提供給用戶，使用戶可以進(jìn)行ＣＡＰＰ系統(tǒng)的二次開發(fā)，在開發(fā)平臺(tái)上構(gòu)造符合用戶需要的CAPP系統(tǒng)。從理論上講 ,它可以適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境，具有較好的通用性和柔性；而且由于還具有二次開發(fā)能力，能適應(yīng)企業(yè)內(nèi)部發(fā)生的較大的變化。
1.3 課題來源及主要研究內(nèi)容
查閱國內(nèi)外ＣＡＰＰ系統(tǒng) ,從其結(jié)構(gòu)的實(shí)質(zhì)上看 ,基本上由加工信息輸入、工藝過程生成、工藝結(jié)果輸出及系統(tǒng)管理等幾個(gè)部分組成。工藝設(shè)計(jì)是指產(chǎn)品（零件）的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換為對原材料加工成產(chǎn)品所需的一系列加工動(dòng)作和資源需求的描述。在CIMS環(huán)境下，CAPP成為把對產(chǎn)品本身進(jìn)行定義的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為面向制造的數(shù)據(jù)的一個(gè)關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。在CIMS出現(xiàn)之前，CAPP作為一種孤島式的自動(dòng)化系統(tǒng)，其開發(fā)技術(shù)在國內(nèi)外均取得很大的進(jìn)展，但商業(yè)化的CAPP軟件還為數(shù)不多。從目前國內(nèi)的商品軟件（OIR系統(tǒng)）看，實(shí)際上主要是GT分析和分類工具。在國內(nèi)，雖然有眾多的高校、研究所和工廠在成組技術(shù)研究和CAPP計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)方面做了大量工作，尤其是對標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方面，其中不乏成功的，但這些系統(tǒng)的使用化程度仍不高。一方面，CAPP系統(tǒng)需借助于人工輸入零件信息，效率低；另一方面，由于CAPP 系統(tǒng)是根據(jù)某一工廠制造環(huán)境而研制的，這就給CAPP系統(tǒng)的推廣帶來困難。上面的這一切導(dǎo)致了本課題研究的可行性。
本課題是研究箱體類零件的工藝分析及知識(shí)庫的建立，該知識(shí)庫主要提供CAPP系統(tǒng)中箱體類零件工藝設(shè)計(jì)所需的工藝決策規(guī)劃、機(jī)床、刀具、量具等信息資源。CAPP的決策和推理都是圍繞運(yùn)用知識(shí)庫中存儲(chǔ)的知識(shí)進(jìn)行匹配、約束等操作，從而得到新零件的工藝規(guī)程。
本設(shè)計(jì)可以根據(jù)企業(yè)的工藝現(xiàn)狀，對箱體類零件進(jìn)行工藝分析（零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、材料、毛坯；定位基準(zhǔn)的選擇；特征表面加工方法的選擇；工序劃分與安排；熱處理工序安排、機(jī)床與工藝裝備的選擇；典型零件的工藝路線），尋找工藝設(shè)計(jì)的規(guī)律，建立知識(shí)框架模型，確定工藝知識(shí)的表示結(jié)構(gòu)，根據(jù)所確定的工藝結(jié)構(gòu)錄入知識(shí)。工藝知識(shí)的存放采用SQL Server2000，前臺(tái)開發(fā)采用Delphi 6.0。
本設(shè)計(jì)具有規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的工藝術(shù)語、工藝知識(shí)、工藝參數(shù)等，具有友好的人機(jī)工作界面，便于用戶對工藝知識(shí)的獲取、管理和維護(hù)。
本設(shè)計(jì)是根據(jù)企業(yè)的工藝現(xiàn)狀，對減速器的箱體進(jìn)行工藝分析，并規(guī)范化，標(biāo)準(zhǔn)化。為了更好地了解箱體類零件的工藝過程，還進(jìn)行了單級減速器用于帶式運(yùn)輸?shù)膫鲃?dòng)裝置的設(shè)計(jì)，并建立了箱體類零件知識(shí)庫與工藝模板。
2 減速器的設(shè)計(jì)
2.1 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)的分析與計(jì)算
設(shè)計(jì)用于帶式運(yùn)輸機(jī)的傳動(dòng)裝置，其滾筒轉(zhuǎn)速為90r/min，減速器的輸出功率為3.4kW。運(yùn)輸機(jī)連續(xù)工作，單向運(yùn)轉(zhuǎn)，載荷變化不大，空載起動(dòng)。減速器小批生產(chǎn)，使用年限10年，大修期3年，兩班制工作，運(yùn)輸帶容許速度誤差5%。
2.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)
1）選擇電動(dòng)機(jī)類型
按以知工作要求和條件選用Y系列一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
2） 確定電動(dòng)機(jī)功率
工作裝置所需功率按式=計(jì)算
式中為滑塊聯(lián)軸器效率，=0.98，=3.4kW。代入上式得：
(kW)
電動(dòng)機(jī)的輸出功率按式 kW 計(jì)算
式中為電動(dòng)機(jī)軸至卷筒軸的傳動(dòng)裝置總效率。
由式；取帶傳動(dòng)效率=0.96，滾動(dòng)軸承效率=0.995，8級齒輪傳動(dòng)（稀油潤滑）效率=0.97，則
0.96×0.97×0.995×0.98=0.90
故 （kW）
因載荷變化不大，電動(dòng)機(jī)額定功率只需略大于 即可，按電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)選用電動(dòng)機(jī)的額定功率為4kW。
3） 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
推薦的各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比范圍：V帶傳動(dòng)比范圍=2～4，單級圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍=3～5，則總傳動(dòng)比范圍為=2×3～4×5=6～20，可見電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
（6～20）×90=540～180 （r/min）
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有750 r/min、1000 r/min和1500 r/min三種。為了減少電動(dòng)機(jī)的重量和價(jià)格，由表選擇常用的同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min的Y系列電動(dòng)機(jī)Y132M—6，其滿載轉(zhuǎn)速=960 r/min。
2.1.2 計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和分配各級傳動(dòng)比
1）傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比
10.97
2）分配轉(zhuǎn)動(dòng)裝置各級傳動(dòng)比
由式，為使V帶傳動(dòng)的外廓尺寸不至過大，取傳動(dòng)比=3，則齒輪傳動(dòng)比
2.1.3 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
1） 各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸 = r/min
Ⅱ軸 = 90 r/min
工作軸 r/min
2）各軸的輸入功率
Ⅰ軸 P= P·=3.7×0.96=3.552 kW
Ⅱ軸 P= P··=3.552×0.995×0.97=3.43 kW
工作軸 P= P··=3.43×0.995×0.98=3.34 kW
3）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸 =9550=9550=106.005 N·M
Ⅱ軸 T=9550=9550=363.961 N·M
工作軸 T=9550=9550=354.411 N·M
電動(dòng)機(jī)軸輸出轉(zhuǎn)矩 T=9550=9550=36.807 N·M
將以上算得的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)列表如下：
軸名
參數(shù)
電動(dòng)機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
工作軸
轉(zhuǎn)速n（r/min）
960
320
90
90
功率P(kW)
3.7
3.55
3.43
3.34
轉(zhuǎn)矩T（N·m）
36.8
106
363.9
354.4
傳動(dòng)比i
3.00
3.56
1.00
效率η
0.96
0.965
0.975
2.2 齒輪設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1 齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇
因傳動(dòng)功率不大、轉(zhuǎn)速不高、材料都按《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》中表7-1選取，都采用45鋼，鍛造毛坯，大齒輪正火處理，小齒輪調(diào)質(zhì)，均用軟齒面。
齒輪精度用8級，輪齒表面粗糙度為Ra1.6.
軟齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為點(diǎn)蝕，考慮傳動(dòng)的平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取 =25，則=3.56×25=89
2.2.2 設(shè)計(jì)計(jì)算
1） 設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（7-9）
d1t=
,
=0.90 ZE=189.8 ZH=2.5 u=i=3, =1
T1=9.55×106=9.55×106 ×3.552/320 N·mm=106005 N·mm
由圖7-6選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：
=580MPa =560MPa
由圖7-7選取材料的彎曲疲勞極限應(yīng)力為：
=230MPa =210MPa
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由式（7-3）計(jì)算
N1=60n1at=60×960×(16×300×10)=2.76×
則 N2=N1/μ=2.79×/3=9.2×108
由圖7-8查得接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1, ZN2=1.02
由圖7-9查得彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1, YN2=1
由表7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)SHmin=1,彎曲疲勞安全系數(shù)SFmin=1.4 又 YST=2.0,試選Kt=1.3
由式(7-1)、（7-2）求許用接觸應(yīng)力和許用彎曲應(yīng)力：
[m]=ZN1=580MPa
[H2]= ZN2=571 MPa
[F1]= YNI=328 MPa
[F2]= YN2=300 MPa
將有關(guān)值代入式（7-9），得
d1t==
=59.02 mm
則v1==2.97m/s
z1v1/100=2.97×25/100=0.74 m/s
查圖7-10得Kv=1.09；由表7-3查得KA=1.25；由表7-4查得K=1.05；取K=1，則KH=KAKVKK=1.25×1.09×1.05×1=1.431
修正d1= d1t=59.02×1.03mm=60.94 mm
m=d1/z1=60.94/25mm=2.44mm
由表7-6取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2.5 mm
3） 計(jì)算幾何尺寸
d1=m=2.5×25mm=62.5 mm
d2=m=2.5×89mm=222.5 mm
a=m ( +)/2mm=142.5 mm
b==1×62.5mm=62.5 mm
取b2=65 mm
b1=b2+10mm=75 mm
2.2.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
由圖7-18查得YFS1=4.2 YFS2=4.0 取Y=0.7
由式（7-12）校核大小齒輪的彎曲強(qiáng)度
=YFS1Y=×4.2×0.7 MPa=91.28 MPa≤ []
=·=91.28×MPa=86.93MPa≤[]
2.3 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.3.1選擇軸的材料及熱處理
由于減速器的傳遞功率不大,對其重量和尺寸也無特殊要求,故選擇常用材料45鋼,并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理.
2.3.2初估軸徑
根據(jù)扭矩強(qiáng)度條件粗略計(jì)算軸的直徑是常用的估算方法。這種方法是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件確定軸的最小直徑。計(jì)算時(shí)只考慮軸在轉(zhuǎn)矩作用下所受到的切應(yīng)力，而采用降低許用應(yīng)力的方法適當(dāng)?shù)乜紤]彎曲應(yīng)力是影響。這種方法還可以作為傳動(dòng)軸和不太重要的軸的最終強(qiáng)度計(jì)算方法。
由材料力學(xué)可知，軸受轉(zhuǎn)矩作用時(shí)，其強(qiáng)度條件為
≤[]
寫成設(shè)計(jì)公式，軸的直徑為
≥
按扭矩初步估算軸的直徑,查《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表10-2,得C=106～117,考慮到安裝聯(lián)軸器的軸段僅受扭矩作用,故可取C=110,則
d≥=C=110×=24.5 mm
取 dⅠmin=25mm
dⅡ≥= C=110×=37.0 mm
取dⅡmin=38mm
經(jīng)檢驗(yàn)軸的直徑均能滿足強(qiáng)度要求。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及其校核過程從略。
3 箱體類零件加工工藝分析
箱體類零件是機(jī)器及其部件的基礎(chǔ)件。它是機(jī)器及其部件中的軸、套和齒輪等零件按一定的相互位置關(guān)系聯(lián)在一起，按規(guī)定的傳動(dòng)關(guān)系協(xié)調(diào)地運(yùn)動(dòng)。因此，箱體類零件的加工質(zhì)量，不但直接影響箱體的裝配精度及運(yùn)動(dòng)精度，而且還會(huì)影響機(jī)器的工作精度、實(shí)用性能和壽命。
3.1 箱體類零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要技術(shù)要求
箱體的種類很多，其尺寸大小和結(jié)構(gòu)形式隨其用途的不同有很大差異，但也有一些共同的特點(diǎn)：有一對或數(shù)對要求嚴(yán)、加工難度大的軸承支承孔；有一個(gè)或數(shù)個(gè)基準(zhǔn)面及一些支承面；
結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜，壁薄且壁厚不均勻；有許多精度要求不高的緊固用孔。
箱體類零件的技術(shù)要求是根據(jù)其用途、工作條件等因素制定的，其主要技術(shù)要求是對孔和平面的精度及表面粗糙度的要求：支承孔的尺寸精度、幾何形狀精度和表面粗糙度；孔與孔的軸線之間的相互位置精度（平行度、垂直度）；裝配基準(zhǔn)面與加工中的定位基準(zhǔn)面的平面度和表面粗糙度；各支承孔軸線和各平面對基準(zhǔn)面的尺寸精度、平面度和垂直度。這些技術(shù)要求是保證機(jī)器與設(shè)備的性能和精度的重要因素。
各種不同的箱體，對上述幾方面技術(shù)要求的精度要求也不一樣。例如，CA6140車床床頭箱，其各項(xiàng)主要技術(shù)要求的指標(biāo)如下：
⑴ 支承孔的尺寸精度、幾何形狀精度及表面粗糙度 主軸孔的尺寸精度為IT6，不圓度允差為0.006～0.008mm，表面粗糙度Ra=0.4～0.8μm;其它各支承孔的尺寸精度為IT6～I(xiàn)T7,表面粗糙度Ra值均為1.6μm。
⑵ 支承孔的相互位置精度 主軸三孔的不同軸度允差為0.012mm，其它各支承孔的不同軸度允差為0.02mm；各支承孔軸心線的不平行度允差為0.04～0.05mm/400mm。
⑶ 主要平面的形狀精度、相互位置精度和表面粗糙度 主要平面的不平面度允差為0.04mm，表面粗糙度為Ra ≤1.6μm; 主要平面間的不垂直度允差為0.1mm/300mm。
⑷ 支承孔與主要平面的尺寸精度與位置精度 主軸孔對裝配基準(zhǔn)面的不平行度允差為0.1mm/600mm。主軸孔端面與軸心線的不垂直度允差為0.015～0.02mm/300mm。
3.2 箱體類零件的毛坯及材料
箱體類零件的材料常用鑄鐵，這是因?yàn)殍T鐵容易成型、價(jià)格低廉，而且具有良好的吸振性、切削性、耐磨性。根據(jù)零件的要求可選用HT10—26、HT40—68（GB976—67）等各種牌號的灰鑄鐵，車床主軸箱箱體通常采用HT20—40。
某些簡易機(jī)床的箱體零件和單件、小批量生產(chǎn)的箱體零件，為了縮短毛坯制造周期，可采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)。某些大負(fù)荷的箱體有時(shí)也采用鑄鋼件毛坯。在特定條件下，為了減輕重量，可采用鋁鎂合金或其它鋁合金制作箱體毛坯。
鑄鐵毛坯余量視鑄件精度和生產(chǎn)批量而定，在單件小批量生產(chǎn)時(shí)，一般采用木模手工造型，這種毛坯的精度低、余量大，其平面余量一般為712mm，孔在半徑上的余量為8～14mm。大批大量生產(chǎn)時(shí)，通常采用金屬模機(jī)器造型，毛坯的精度高、加工余量可適當(dāng)減小，鑄鐵毛坯平面余量為5～10mm、孔（半徑上）的余量為7～12mm。小于等于Ф30mm的孔，成批生產(chǎn)時(shí)一般不在毛坯上鑄出頂孔。單件小批生產(chǎn)時(shí)，對于大于Ф50mm的孔一般都鑄出頂孔，以減小加工余量。
3.3 箱體類零件加工工藝分析
箱體類零件加工表面雖然很多，但主要是一些孔和平面。通常平面的加工精度較易保證，而精度要求較高的支承孔以及孔與孔之間、孔與平面之間的相互位置精度較難保證，成為生產(chǎn)的關(guān)鍵，所以在制定箱體類零件加工工藝過程時(shí)，應(yīng)將如何保證孔的精度作為重點(diǎn)來考慮。雖然箱體類零件的加工工藝過程隨其結(jié)構(gòu)、精度要求和生產(chǎn)批量的不同差異很大。但由于主要是平面和孔系加工，故在加工方法上有共同特點(diǎn)。
3.3.1 箱體類零件定位基準(zhǔn)的選擇
1） 精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)的選擇與保證箱體類零件的技術(shù)要求很大。在選擇精基準(zhǔn)時(shí)，首先要考慮“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則，使具有相互位置精度要求的加工表面的大部分工序，盡可能用同一組基準(zhǔn)定位，以避免因基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換帶來的不重合誤差，有利于保證箱體類零件各主要表面的相互位置精度；并且，由于多道工序采用同一組基準(zhǔn)，使所用夾具具有相似的結(jié)構(gòu)形式，以減少夾具設(shè)計(jì)與制造的工作量，對加速生產(chǎn)準(zhǔn)備工作、降低生產(chǎn)成本很有益處。
(1) 以裝備基面為精基準(zhǔn)
以床頭箱為例，可選用作為裝配基面的底面、導(dǎo)向面為精基準(zhǔn)加工孔系和其它平面。因?yàn)橄潴w的底面、導(dǎo)向面既是主軸孔的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，也與箱體的主要縱向孔系、端面、側(cè)面有直接的相互位置關(guān)系，以它作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)加工上述表面時(shí)，不僅消除了基準(zhǔn)不重合誤差，有利于保證各表面的相互位置精度，而且在加工各孔時(shí)，箱口朝上，便于安裝調(diào)整刀具、更換導(dǎo)向套、測量孔徑尺寸、觀察加工情況和加注切削液等。這種定位方式在單件和中小批生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。
但也應(yīng)看到，采用這一定位方式，當(dāng)箱體中間隔壁上有精度較高的孔需要加工時(shí)，在箱體內(nèi)部相應(yīng)的地方需設(shè)置鏜桿導(dǎo)向支承，以提高鏜桿剛度，保證孔的加工精度。但由于箱口朝上，中間導(dǎo)向支承需裝在吊架裝置上，這種懸掛的吊架剛度差，安裝誤差大，影響箱體孔系的加工精度。并且，工件與吊架的裝卸也很不方便，影響生產(chǎn)效率的提高。因此，這種定位方式與大批大量生產(chǎn)不相適應(yīng)。
(2) 以一面兩孔作精基準(zhǔn)
由于吊架式鏜模存在以上問題，大批大量生產(chǎn)的床頭箱通常以頂面和兩定位銷孔為精基準(zhǔn)，此時(shí)，箱口朝下，中間導(dǎo)向支架可固定在夾具體上。由于簡化了夾具結(jié)構(gòu)，提高了夾具的剛度，同時(shí)工件的裝卸也比較方便，因而提高了孔系的加工質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。
應(yīng)該指出：床頭箱的這一定位方式也存在一定的問題，由于定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)不重合，產(chǎn)生了基準(zhǔn)不重合誤差。為了保證箱體的加工精度，必須提高作為定位基準(zhǔn)的箱體頂面和二定位銷的加工精度。因此，在大批大量生產(chǎn)的床頭箱工藝過程中，安排了磨頂面工序，要求嚴(yán)格控制頂面的平面度和至底面、至主軸孔軸心線的尺寸精度與平行度，并將二定位銷（設(shè)計(jì)上為主軸孔的油孔）通過鉆、擴(kuò)、鉸等工序使其直徑精度提高到H7，增加了箱體加工的工作量。此外，這種定位方式的箱口朝下，還不便在加工中直接觀察加工情況，也無法在加工中測量尺寸和調(diào)整刀具。但在大批大量生產(chǎn)中，廣泛采用自動(dòng)循環(huán)的組合機(jī)床、定徑刀具，加工情況比較穩(wěn)定，問題也就不十分突出了。
必須特別指出：實(shí)際生產(chǎn)中，一面二孔的定位方式在各種箱體加工中應(yīng)用十分廣泛。因?yàn)檫@種定位方式很簡便地限制了工件的六個(gè)自由度，定位穩(wěn)定可靠；在一次安裝下，可以加工除定位面以外的所有五個(gè)面上的孔或平面，也可以作為從粗加工到精加工的大部分工序的定位基準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則；此外，這種定位方式夾緊方便，工件的夾緊變形?。灰子趯?shí)現(xiàn)自動(dòng)定位和自動(dòng)夾緊。因此，在組合機(jī)床與自動(dòng)化線上加工箱體時(shí)多采用這種定位方式。
由以上分析可知：箱體的粗基準(zhǔn)的選擇有兩種不同的方案：一是以三平面為精基準(zhǔn)（主要定位面為裝配基面）；另一是以一面兩孔為粗基準(zhǔn)。這兩種定位方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中的選用與生產(chǎn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)有很大的關(guān)系。通常從“基準(zhǔn)統(tǒng)一”的原則出發(fā)，中小批生產(chǎn)時(shí)，盡可能使定位基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)重合，即一般選擇設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)；大批大量生產(chǎn)時(shí)，優(yōu)先考慮的是如何穩(wěn)定加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率，不過分地強(qiáng)調(diào)基準(zhǔn)重合的問題，一般多用典型的一面兩孔作為統(tǒng)一的定位基準(zhǔn)，由此而引起基準(zhǔn)不重合誤差，可采用適當(dāng)?shù)墓に嚧胧┤ソ鉀Q。
2） 粗基準(zhǔn)的選擇
箱體的粗基準(zhǔn)確定以后，就可以考慮加工第一個(gè)面所用的粗基準(zhǔn)了。由于箱體的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，加工的表面多，粗基準(zhǔn)選擇得恰當(dāng)與否，對各加工面能否分配到合理的加工余量及加工面與不加工面的相對關(guān)系有很大的影響，必須全面考慮，通常應(yīng)滿足以下幾點(diǎn)要求：第一，在保證各加工面均有加工余量的前提下，應(yīng)使重要孔的加工余量盡量均勻；第二，裝入箱體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)零件（如齒輪、軸套等）應(yīng)與箱體內(nèi)壁有足夠的間隙；第三，注意保持箱體必要的外形尺寸；此外，還應(yīng)保證定位、夾緊可靠。
為了滿足上述要求，一般宜選箱體的重要孔的毛坯孔作粗基準(zhǔn)。由于鑄造箱體毛坯時(shí)，形成主軸孔、其它支承孔及箱體內(nèi)壁的泥芯是裝成一整體放入的，它們之間有較高的相互位置精度，因此，不僅可以較好地保證主軸孔及其它支承孔的加工余量均勻，有利于各孔的加工，而且還能較好地保證各孔的軸心線與箱體不加工的內(nèi)壁的相互位置，避免裝入箱體內(nèi)的齒輪、軸套等旋轉(zhuǎn)零件在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)與箱體內(nèi)壁相碰撞。因此，在實(shí)際生產(chǎn)過程中都以主軸孔為粗基準(zhǔn)。以主軸孔為粗基準(zhǔn)只能限制工件的四個(gè)自由度，為了實(shí)現(xiàn)工件的完全定位，一般還選一個(gè)與主軸孔相距較遠(yuǎn)的孔作為粗基準(zhǔn)，以限制圍繞主軸孔回轉(zhuǎn)的自由度。
3.4 箱體類零件的加工工藝過程
3.4.1 箱體類零件加工工藝過程的制定
在制訂箱體類零件加工工藝過程時(shí)，應(yīng)注意各種不同箱體的結(jié)構(gòu)、精度要求和生產(chǎn)批量及工廠的具體條件。以車床主軸箱為例來分析箱體類零件的加工過程。
1） 箱體主要表面加工方法的確定
箱體的主要加工表面有平面和軸承支承孔。箱體上的平面粗糙讀Ra為1.6μm，平直度不大于0.04mm，一般應(yīng)該選用粗銑（刨）→半精銑（刨）→寬刀精刨→刮研或粗、精磨的工藝路線。由于該工件是屬于大批量生產(chǎn)的類型，粗加工和半精加工應(yīng)選用銑削方案。又由于工件尺寸較大，選用龍門銑床比較合適，在多軸龍門銑床上可以進(jìn)行組合銑削，這樣可有效地提高箱體平面加工的生產(chǎn)效率。在單件、小批量生產(chǎn)中，一般選用龍門刨床進(jìn)行平面加工，如果精度要求很高，再進(jìn)行手工刮研加工，如精度要求不太高，通常用精刨代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工刮研。當(dāng)生產(chǎn)批量大而精度又較高時(shí)，多采用磨削加工，為提高生產(chǎn)效率和平面間的相互位置精度，可采用專用磨床進(jìn)行組合磨削加工。
箱體上精度為IT7的軸承孔，一般需要經(jīng)過3～4次加工。小批量生產(chǎn)中一般用鏜床進(jìn)行加工。在大批量生產(chǎn)中多用專用組合機(jī)床進(jìn)行加工，一般用鏜磨作夾具，視直徑大小或用鏜孔方法或用較孔方法。例如可采用鏜（擴(kuò)）→粗鉸→精鉸或鏜（擴(kuò)）→半精鏜→精鏜的工藝方案進(jìn)行加工（若未鑄出預(yù)孔應(yīng)先鉆孔）。該箱體上精度為IT6的孔，表面粗糙度Ra為0.25～0.63μm，故還應(yīng)增加一道精加工或精密加工工序作為終加工，常用的方法有精銑鏜、滾壓、珩磨等；在單件小批量生產(chǎn)中，可采用浮動(dòng)鉸孔。
2） 箱體加工工藝過程的確定
由于主軸箱的技術(shù)要求較高，故工藝方案應(yīng)分粗加工、半精加工、精加工三個(gè)階段，又因該零件的剛度較好，不易變形，所以加工階段的劃分不應(yīng)過細(xì)，以免增加不必要的勞動(dòng)量。根據(jù)先基準(zhǔn)后一般、先平面后孔、先主要表面后次要表面等加工原則，可將工藝順序安排如下：
（1） 鑄造、熱時(shí)效刷防銹底漆；
（2） 用粗基準(zhǔn)加工精基準(zhǔn)（頂面和兩銷孔）；
（3） 用精基準(zhǔn)粗加工、半精加工諸平面；
（4） 修整精基準(zhǔn)；
（5） 用修整后的精基準(zhǔn)粗精加工縱向孔；
（6） 精加工主軸孔；
（7） 加工非主要表面如橫向孔、螺紋孔等；
（8） 以主軸孔為精基準(zhǔn), 精加工平面。
表3—1為車床主軸箱箱體的大批大量生產(chǎn)的工藝過程。
表3—1 車床主軸箱箱體的大批大量生產(chǎn)的工藝過程
序號
工 序 內(nèi) 容
定位基準(zhǔn)
主要設(shè)備
1
鑄造
2
時(shí)效
3
刷底漆
4
銑頂面
Ⅵ軸及Ⅰ軸鑄孔
單柱立式銑床
5
鉆、擴(kuò)、鉸頂面上的兩工藝孔，保證其對頂面的垂直度誤差小于0.1mm/600mm；并加工頂面上的各個(gè)螺孔
頂面、Ⅳ軸孔、內(nèi)壁一端
搖臂鉆床
6
銑其余5個(gè)平面
頂面及兩工藝孔
龍門銑床
7
磨頂面，保證平面度誤差小于0.04mm
底面
轉(zhuǎn)臺(tái)平面磨
8
粗鏜各縱向孔
頂面及兩工藝孔
雙工位組合銑床
9
自然失效8小時(shí)
10
精鏜各縱向孔、半精鏜主軸孔
頂面及兩工藝孔
雙工位組合銑床
11
精細(xì)鏜主軸孔
頂面及Ⅲ—Ⅴ軸孔
專用機(jī)床
12
加工橫向孔及各面上的次要孔
頂面及兩工藝孔
專用組合銑床
13
磨頂面以外5個(gè)面
頂面及兩工藝孔
平面磨床
14
鉗工去毛刺、清洗
15
檢驗(yàn)
3.4.2孔和孔系的加工
箱體的基本孔可分為通孔、階梯孔、盲孔和交叉孔等幾類。其中以通孔的工藝性為最好，特別是L/D〈=1—1.5的短圓柱孔，工藝性最好。當(dāng)L/D〉5時(shí)，稱為深孔?？椎募庸し椒ㄓ秀@、擴(kuò)、鉸、鏜、磨等。鉆孔時(shí)常用麻花鉆，剛度和強(qiáng)度都較差，加工精度低（IT10—IT12），孔距精度為±0.2mm，表面粗糙度為Ra50—12.5。精度高的孔，鉆孔只作為預(yù)加工。擴(kuò)孔是采用擴(kuò)孔鉆對已經(jīng)鉆出、鑄造、鍛出的孔進(jìn)一步加工的方法。擴(kuò)孔能提高尺寸精度和表面質(zhì)量。擴(kuò)孔的尺寸精度為IT9—IT10，孔距精度為±0.1mm，表面粗糙度為Ra6.3—3.2，通常作為鉸孔的預(yù)加工，或作為較低精度孔的終加工。擴(kuò)孔的余量一般為孔徑的1/8左右，切削用量因刀齒數(shù)較多而一般較大，效率高。對于孔徑大于100mm的孔，一般鏜孔。
鉸孔是未淬火孔進(jìn)行精加工的一種方法。鉸孔時(shí)，加工余量?。ù帚q0.15—0.35mm，精鉸0.04—0.15mm），切削速度較低；采用刀齒較多，剛性好且制造精確的鉸刀；加上排屑冷卻等條件好，鉸孔的加工質(zhì)量很高。鉸孔的尺寸精度為IT7—IT9（手鉸時(shí)可達(dá)IT6），孔距精度為±0.03—0.05mm，表面粗糙度為Ra3.2—0.8，（手鉸時(shí)可達(dá)0.2）。鉸孔主要用于加工中小尺寸的孔，鉸刀對于糾正孔的位置誤差能力很差，因此孔的有關(guān)位置精度應(yīng)由鉸孔前的預(yù)加工工序保證，而且一般粗鉸時(shí)直徑上加工余量為0.15—0.35mm，精鉸時(shí)的為0.04—0.15mm。
鏜孔是常用的孔加工方法，既可為粗加工，也可精加工。鏜孔的尺寸精度一般為IT7—IT9，孔距精度為±0.025—0.05mm，表面粗糙度為Ra6.3--1.6。鏜孔刀具因受到孔徑尺寸的限制，一般剛性較差，鏜孔是容易產(chǎn)生振動(dòng)，生產(chǎn)率較低。但在單件小批量生產(chǎn)中，采用鏜孔較為經(jīng)濟(jì)，無須許多不同尺寸的刀具，而且鏜孔容易保證孔中心線的準(zhǔn)確位置，這對矯正待加工孔中心線的偏歪，提高表面間相互位置精度具有重要意義。精細(xì)鏜在良好的條件下，加工精度IT6—IT7。孔徑在15—100時(shí)，尺寸誤差為0.005—0.008mm；圓度誤差小于0.003—0.005mm，表面粗糙度為Ra1.25—0.16。
磨孔作為孔的精加工方法，主要應(yīng)用于不宜鉸削或拉削的孔。例如，工件的硬度HRC>30—40或硬度不均的孔，精度很高、直徑較大的孔等。磨孔的精度為IT6—IT7，圓度為0.002—0.008mm，圓柱度為0.005—0.008mm/200mm，表面粗糙度Ra為0.8—0.1，如要求更高，孔可以進(jìn)行高光潔磨削。
平行孔系的加工要求主要是保證孔與孔的軸線與基面之間的距離精度和平行度，尤其是對軸線間距離的準(zhǔn)確度極為重要，按照零件生產(chǎn)類型極其結(jié)構(gòu)尺寸的不同，加工時(shí)保證孔距精度的方法有：1）找正法，2）坐標(biāo)法，3）鏜模法等。同軸線孔的同軸度是影響各軸裝配后的回轉(zhuǎn)精度，特別是影響機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)精度的重要因素。在成批生產(chǎn)中，一般采用鏜模加工孔系，精度有鏜模來保證，在單件小批生產(chǎn)中，一般采用以下幾種方法：1）利用以加工孔作支承導(dǎo)向；2）利用鏜床后立柱上的導(dǎo)向套支承鏜桿；3）采用調(diào)頭鏜法等。
4 箱體類零件的工藝知識(shí)庫的研究
4.1知識(shí)庫的框架
知識(shí)庫系統(tǒng)建?？蚣苁切畔⒁惑w化服務(wù)的基礎(chǔ)，旨在從建模的角度出發(fā)研究知識(shí)庫系統(tǒng)開發(fā)方法。早期對知識(shí)庫系統(tǒng)的研究側(cè)重于知識(shí)的表示及推理機(jī)制，與之對應(yīng)的開發(fā)技術(shù)能夠用于實(shí)現(xiàn)一些規(guī)模較小的系統(tǒng)，但將其用于構(gòu)造大型商業(yè)化知識(shí)庫系統(tǒng)的努力卻往往以失敗而告終。這種情形與20世紀(jì)60年代軟件開發(fā)所遇到的情況有相似之處：用于開發(fā)小型實(shí)驗(yàn)室原型系統(tǒng)的技術(shù)無法適用于大型商業(yè)軟件的開發(fā)與維護(hù)。軟件危機(jī)最終導(dǎo)致了軟件工程方法學(xué)的建立。因此，解決知識(shí)庫系統(tǒng)開發(fā)中所面臨的問題同樣需要方法學(xué)的變革。知識(shí)庫系統(tǒng)建?？蚣芫褪沁@種變革的產(chǎn)物。
CAPP是將工藝設(shè)計(jì)人員從工藝設(shè)計(jì)和工藝數(shù)據(jù)分析工作中解脫出來的一種工具,但目前能完成代替熟練工藝人員的CAPP系統(tǒng)仍難以實(shí)現(xiàn)，過多地強(qiáng)調(diào)CAPP系統(tǒng)工藝決策的自動(dòng)化并不現(xiàn)實(shí)。鑒于派生式CAPP的工藝生成方法有很好的理論支持及良好的應(yīng)用實(shí)例，特別是對于向箱體這樣的復(fù)雜類零件，要實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)化是很困難的事件，而采用派生式的基于實(shí)例的工藝規(guī)則方法是保證工藝設(shè)計(jì)完整性的良好手段。在另一方面考慮到特定企業(yè)產(chǎn)品零件類型的繼承性及零件加工方法的習(xí)慣性，對于設(shè)計(jì)已有的或相似的零件加工工藝，最好是借鑒已使用過的相似的加工工藝內(nèi)容，經(jīng)編輯修改而成。這樣既提高了工作效率，也使一些成熟的加工方法得以繼承，因此在CAPP系統(tǒng)中采用基于實(shí)例的工藝生成方法是一種很有效的手段。當(dāng)然對于大量的旋轉(zhuǎn)類零件采用創(chuàng)成式的工藝生成方式乃是理想的工藝設(shè)計(jì)方法，該方法不但可以實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)過程的自動(dòng)化，而且使CAD/CAPP/CAM的集成成為可能，特別是基于專家系統(tǒng)知識(shí)庫的零件工藝決策模式具有很好的實(shí)用性。
4.1.1知識(shí)庫的層次組織
知識(shí)庫描述了一組相關(guān)模型的建立，其中每一個(gè)均與知識(shí)庫系統(tǒng)的開發(fā)及其所處環(huán)境中的特定方面有關(guān)，包括組織、任務(wù)、主體、通信、知識(shí)及設(shè)計(jì)等模型。主要貢獻(xiàn)及其精髓在于“知識(shí)模型”（Expertise Model）。該模型將用于求解特定任務(wù)的知識(shí)劃分為三個(gè)不同的層次：領(lǐng)域?qū)印⑼评韺雍腿蝿?wù)層，分別對應(yīng)著知識(shí)庫系統(tǒng)的靜態(tài)視圖、功能視圖和動(dòng)態(tài)視圖。其中領(lǐng)域?qū)樱―omain Layer）包含了求解問題所需的特定領(lǐng)域內(nèi)的知識(shí)及對該領(lǐng)域概念的描述。構(gòu)建領(lǐng)域?qū)拥囊粋€(gè)重要目標(biāo)就是使其盡可能多地被重用于求解各種不同的問題。推理層指明了求解問題采用的方法，包含推理步驟和領(lǐng)域知識(shí)在其中所起的作用。任務(wù)層則將所需求解的問題分解成子任務(wù)，并為每一個(gè)子任務(wù)確定目標(biāo)，同時(shí)明確了對子任務(wù)的控制。
4.1.2層次間的契合
對知識(shí)庫結(jié)構(gòu)層次的劃分使知識(shí)庫的可維護(hù)性大大提高，并使知識(shí)的重用成為可能。例如，在以上模型中，領(lǐng)域知識(shí)與問題求解方法被明確地劃分到領(lǐng)域?qū)雍屯评韺?，這將有利于兩種類型的重用：一方面，對特定領(lǐng)域的描述可以被不同的問題求解方法所重用；另一方面，問題求解方法通過定義新的領(lǐng)域視圖可以被不同的領(lǐng)域所重用。但僅僅將不同層次的知識(shí)區(qū)分開還是不夠的。要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的重用，還需要一種有效的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)各層次間的靈活配置，將相互獨(dú)立的層次緊密地聯(lián)系在一起，共同組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。本體（Ontology）就是這一機(jī)制的核心。
“本體”是對共享概念的正規(guī)、明確的表述。20世紀(jì)90年代初期，本體成為包括知識(shí)工程、自然語言處理和知識(shí)表示在內(nèi)的諸多人工智能研究團(tuán)體的熱門課題。其主要原因在于本體使人或機(jī)器間的交流建立在對所交流領(lǐng)域共識(shí)的基礎(chǔ)上。本體在知識(shí)庫系統(tǒng)開發(fā)中較多應(yīng)用于開發(fā)領(lǐng)域模型，它提供了建模所需的基本詞匯并說明了它們之間的關(guān)系。建立大型知識(shí)庫的第一步就是設(shè)計(jì)相應(yīng)的本體，這對于整個(gè)知識(shí)庫的組織至關(guān)重要。
4.2 知識(shí)庫的建立和表示
知識(shí)庫由一系列的事實(shí)和規(guī)則組成，知識(shí)不但要在知識(shí)庫中簡潔地表達(dá)，而且要便于使用和重構(gòu)。由于CAPP系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，以及結(jié)論與結(jié)果之間的錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系，知識(shí)的表達(dá)方式仍是目前研究重點(diǎn)。CAPP系統(tǒng)的核心是工藝知識(shí) (工藝決策規(guī)則 ) ，知識(shí)是決定系統(tǒng)性能是否實(shí)用的主要因素。系統(tǒng)采用基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的知識(shí)表達(dá)方式，知識(shí)以表的形式存放，規(guī)則以表中記錄的形式表達(dá)。由于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具備很好的數(shù)據(jù)管理功能及標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，,從而可以保證CAPP系統(tǒng)有較好的可移植性和可重構(gòu)性。系統(tǒng)中工藝知識(shí)主要由兩個(gè)知識(shí)庫組成：形面加工鏈規(guī)則庫和零件整體加工工藝規(guī)則庫。
CAPP系統(tǒng)中制造資源數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)是以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，以若干個(gè)制造資源子數(shù)據(jù)庫為核心，每個(gè)子數(shù)據(jù)庫記錄相應(yīng)的制造資源數(shù)據(jù)。在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)，各個(gè)子資源數(shù)據(jù)庫可設(shè)置為“選用”或“不選用”，設(shè)計(jì)過程將使用被選用的資源子數(shù)據(jù)庫，從而保證工藝設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)性與靈活性，另一方面資源子數(shù)據(jù)庫可隨時(shí)新建或移植，子數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)可添加或刪除，這樣就保證了制造資源數(shù)據(jù)庫的重構(gòu)性與移植性。
由于在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中可方便的實(shí)現(xiàn)對記錄的修改及記錄的添加或插入，因此系統(tǒng)在使用過程中可以對知識(shí)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)的修改和維護(hù)，調(diào)整相關(guān)內(nèi)容或擴(kuò)充新的規(guī)則，從而為系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能的實(shí)現(xiàn)提供了條件，保證系統(tǒng)有廣泛的適應(yīng)性。
知識(shí)庫系統(tǒng)采用規(guī)則和框架結(jié)構(gòu)相結(jié)合的知識(shí)表示方法，控制知識(shí)用框架結(jié)構(gòu)表示。知識(shí)庫中的知識(shí)以規(guī)則的形式表示，分級分類存貯，其中含有多個(gè)規(guī)則庫，通常包括加工方法的選擇、刀具的選擇、量具的選擇、加工余量的確定以及定位經(jīng)基準(zhǔn)的確定等規(guī)則庫
在知識(shí)系統(tǒng)中，規(guī)則庫的維護(hù)應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則：（1）知識(shí)庫的一致性維護(hù)，即當(dāng)知識(shí)庫中原有規(guī)則進(jìn)行修改或輸入新規(guī)則時(shí)，必須排除不一致的規(guī)則，保證規(guī)則的一致性。（2）規(guī)則庫的完備性維護(hù)，即對于給定的推理前提，必須保證規(guī)則庫中至少有一個(gè)規(guī)則的結(jié)論與之相對應(yīng)。
4.3 知識(shí)庫的提取
知識(shí)庫管理層函數(shù)直接面向應(yīng)用，用于知識(shí)庫管理的各項(xiàng)操作調(diào)用，它直接調(diào)用知識(shí)庫層的各函數(shù)。知識(shí)庫層函數(shù)位于知識(shí)庫管理層和知識(shí)庫表層之間，起到連接兩層函數(shù)的紐帶作用。在進(jìn)行大型的應(yīng)用程序系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，多人協(xié)作編程是不可避免的。隨著應(yīng)用的不斷深入，系統(tǒng)的功能和結(jié)構(gòu)都會(huì)有所變化，系統(tǒng)的維護(hù)就成為該系統(tǒng)基本定型后最經(jīng)常進(jìn)行的工作。要做到維護(hù)和修改方便、數(shù)據(jù)的兼容性好，必須使數(shù)據(jù)存取和邏輯操作相分離。而要做到這點(diǎn)其首要條件就是要分析清楚知識(shí)庫管理系統(tǒng)的功能，知識(shí)的存取和引用機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上制定知識(shí)庫的操作和引用函數(shù)。
?????? 知識(shí)庫表層函數(shù)直接實(shí)現(xiàn)知識(shí)在數(shù)據(jù)庫的存取、查詢、修改、刪除等操作，它直接面向數(shù)據(jù)庫，操作的對象是底層數(shù)據(jù)。
??? 具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，對于每一個(gè)具體的知識(shí)庫管理操作，都將其分為三層調(diào)用形式來實(shí)現(xiàn)，各層函數(shù)完成的功能不同。這樣，當(dāng)因功能或需求的改變而使知識(shí)庫管理層的功能發(fā)生變動(dòng)時(shí)，或者由于底層的數(shù)據(jù)操作發(fā)生變化時(shí)，如添加數(shù)據(jù)項(xiàng)、選用另一種數(shù)據(jù)庫等，它都只影響本層的操作，而其它層不必做修改
4.4 知識(shí)庫的存儲(chǔ)
工藝數(shù)據(jù)指在工藝設(shè)計(jì)過程中所使用、產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)性質(zhì)來看，它包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種類型。靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)主要涉及到支持工藝規(guī)劃的相關(guān)信息，其可對應(yīng)于工藝設(shè)計(jì)手冊和已規(guī)范化的工藝規(guī)程等。靜態(tài)工藝數(shù)據(jù)一般由加工材料數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)、機(jī)床數(shù)據(jù)、刀具數(shù)據(jù)、量夾具數(shù)據(jù)、標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程數(shù)據(jù)、成組分類特征數(shù)據(jù)等組成，且常采用表格、線圈、公式、圖形及格式化文本等形式表示。動(dòng)態(tài)工藝數(shù)據(jù)則主要指在工藝規(guī)劃過程中產(chǎn)生的相關(guān)信息，其由大量的中間過程數(shù)據(jù)、零件圖形數(shù)據(jù)、工序圖形數(shù)據(jù)、最終工藝規(guī)程、NC代碼等組成。 從工藝規(guī)劃的方式來看，工藝數(shù)據(jù)又可劃分成支持檢索式、派生式、創(chuàng)式CAPP的工藝數(shù)據(jù)。但不管是用于何種形式的CAPP系統(tǒng)，相應(yīng)的工藝數(shù)據(jù)不外乎是上述靜態(tài)與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的不同組合。
知識(shí)庫發(fā)展的目標(biāo)是建立大型、易維護(hù)和可重用的知識(shí)庫系統(tǒng)。實(shí)際研究表明：知識(shí)庫盡管完全達(dá)到預(yù)定目標(biāo)但還有很多問題需要解決，但這些目標(biāo)正在通過知識(shí)的分層、方法庫的引入、本體的建立、建模工具的開發(fā)以及知識(shí)交換標(biāo)準(zhǔn)的完善而逐步得到實(shí)現(xiàn)。
綜觀整個(gè)知識(shí)庫系統(tǒng)建?？蚣艿陌l(fā)展過程，知識(shí)庫系統(tǒng)的開發(fā)將會(huì)向以所求解任務(wù)為目標(biāo)的知識(shí)庫組件智能拼裝的方向發(fā)展，整個(gè)開發(fā)過程將逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這將有賴于組件化技術(shù)和智能代理技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。建立知識(shí)庫系統(tǒng)的最終目標(biāo)就是以Internet為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)一個(gè)巨大的、虛擬的、分布式的知識(shí)倉庫，它能夠利用散布在Internet上的所有知識(shí)幫助使用者解決所提出的問題。知識(shí)庫系統(tǒng)與下一代Internet的結(jié)合將促成知識(shí)化網(wǎng)絡(luò)新時(shí)代的早日到來。
5 箱體類零件的工藝模板設(shè)計(jì)與開發(fā)
本次設(shè)計(jì)就是利用上一章節(jié)的知識(shí)來完成的。設(shè)計(jì)中建立了箱體的工藝設(shè)計(jì)模板，再輔以典型的箱體零件的加工工藝過程作參考。本設(shè)計(jì)還建立了詳細(xì)的工藝知識(shí)庫。企業(yè)在應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況來修改數(shù)據(jù)庫，或根據(jù)本企業(yè)的工藝習(xí)慣來建立新的工藝過程庫，以求得到最佳的工藝和工序安排。
5.1 工藝模板的特點(diǎn)
工藝模板的關(guān)鍵是建立完備優(yōu)越的知識(shí)庫系統(tǒng)，而知識(shí)庫則是由一系列的事實(shí)和規(guī)則組成，知識(shí)不但要在知識(shí)庫中簡潔地表達(dá)，而且要便于使用和重構(gòu)。由于CAPP系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的復(fù)雜性，以及結(jié)論與結(jié)果之間的錯(cuò)綜復(fù)雜關(guān)系，知識(shí)的表達(dá)方式仍是目前研究重點(diǎn)。CAPP系統(tǒng)的核心是工藝知識(shí) (工藝決策規(guī)則 ) ，知識(shí)是決定系統(tǒng)性能是否實(shí)用的主要因素。系統(tǒng)采用基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的知識(shí)表達(dá)方式，知識(shí)以表的形式存放，規(guī)則以表中記錄的形式表達(dá)。由于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具備很好的數(shù)據(jù)管理功能及標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，,從而可以保證CAPP系統(tǒng)有較好的可移植性和可重構(gòu)性。系統(tǒng)中工藝知識(shí)主要由兩個(gè)知識(shí)庫組成：形面加工鏈規(guī)則庫和零件整體加工工藝規(guī)則庫。
零件整體加工工藝規(guī)則是以成組技術(shù)為指導(dǎo)，從零件的整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，按零件組建立工藝集，也就是在零件整體特征編碼的基礎(chǔ)上將每組零件的主要加緊工階段進(jìn)行有序地排列集合在一起，形成若干條加工鏈。每個(gè)鏈就是一類零件的加工過程規(guī)則，該規(guī)則在數(shù)據(jù)庫中同樣以表中記錄的形式存放，記錄的前幾個(gè)字段存放分組代碼，后面字段存儲(chǔ)本族零件整體加工各階段的主要工序內(nèi)容，各個(gè)形面的加工工序內(nèi)容不需存放，是在工藝設(shè)計(jì)時(shí)通過形面加工知識(shí)庫創(chuàng)成生成。
由于在關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中可方便的實(shí)現(xiàn)對記錄的修改及記錄的添加或插入，因此系統(tǒng)在使用過程中可以對知識(shí)庫進(jìn)行動(dòng)態(tài)的修改和維護(hù)，調(diào)整相關(guān)內(nèi)容或擴(kuò)充新的規(guī)則，從而為系統(tǒng)的自學(xué)習(xí)功能的實(shí)現(xiàn)提供了條件，保證系統(tǒng)有廣泛的適應(yīng)性。
工藝設(shè)計(jì)需要產(chǎn)品的大量原始數(shù)據(jù),我們應(yīng)用數(shù)據(jù)庫技術(shù)建立有關(guān)大量的數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品基本數(shù)據(jù)庫材料庫、工裝庫、設(shè)備庫、工種車間庫、工時(shí)定額庫、典型工步庫等，這些數(shù)據(jù)庫為CAPP系統(tǒng)提供可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并由此生成或派生出其他數(shù)據(jù)庫，如典型工藝庫、產(chǎn)品工藝庫、材料明細(xì)庫、生產(chǎn)進(jìn)度表等。具體的建庫要求如下：
1 基于企業(yè)網(wǎng)絡(luò),建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫；
2 面向企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng),所有工藝數(shù)據(jù)為其它CAX系統(tǒng)和MIS系統(tǒng)所共享；
3 在工序安排上實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。應(yīng)用成組技術(shù)，根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)的相似性，自動(dòng)查找典型工藝庫中合適的典型工藝，得到產(chǎn)品工藝的模板；
4 每一工序的工步內(nèi)容,如工序內(nèi)容說明、加工設(shè)備、車間、工裝等，根據(jù)加工方式與工藝參數(shù)，自動(dòng)決策并填充，定額工時(shí)自動(dòng)計(jì)算。修改工步內(nèi)容中的有關(guān)參數(shù)時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)得到相似結(jié)構(gòu)產(chǎn)品新的工序內(nèi)容和新的定額工時(shí)
在機(jī)械加工中，每一種零件都有幾種加工工藝方法與之相對應(yīng)，根據(jù)生產(chǎn)的規(guī)模、零件的整體形狀和輪廓尺寸、制造資源等條件，針對每一特征的加工精度、表面粗糙度以及不同材料選擇和不同加工方法。這些加工方法具有一定的排列規(guī)律，呈現(xiàn)為一種樹狀結(jié)構(gòu)。它是一種由節(jié)點(diǎn)和分支構(gòu)成的圖，用來描述和處理“條件”和“動(dòng)作”之間的關(guān)系。節(jié)點(diǎn)有根節(jié)點(diǎn)、中節(jié)點(diǎn)和終節(jié)點(diǎn)之分。它表示一次測試或一個(gè)動(dòng)作，最后擬采取的動(dòng)作一般放在終節(jié)點(diǎn)上。樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)是一個(gè)特征的某一個(gè)加工工序，而每一分支則是一個(gè)特征有可能采取的加工方法。例如粗加工位于樹的根部，精加工位于樹的多分支的冠部。從精加工的樹冠追溯到粗加工的樹根部是一個(gè)反向推理過程，每一個(gè)推理過程的結(jié)果形成了從樹根到樹冠的特征加工鏈。如圖為外圓特征加工決策樹，把決策樹中的某些節(jié)點(diǎn)作為模糊推理中的推理選擇項(xiàng)，采用反向設(shè)計(jì)法，即先選定該特征的最終加工方法，然后從后向前逐步選擇相應(yīng)預(yù)備工序，經(jīng)過各個(gè)樹杈節(jié)點(diǎn)，回溯到樹的根部，最后形成該特征的加工工藝鏈。加工特征決策樹是工藝知識(shí)的一部分，用來進(jìn)行工工藝推理。
圖5-1 外圓特征加工決策樹
5.2 工藝模板的建立
工藝模板是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。經(jīng)過小組成員的研究討論，大家建立了相同的工藝模板。該工藝模板是以用 VISUAL BASIC編制而成的，通過鏈接數(shù)據(jù)庫，可調(diào)用已有的工藝過程作參考，亦可以通過界面的下拉框來選取工藝過程制定所需的工序名稱、工序內(nèi)容、機(jī)床及其型號、工藝裝備等。而且這些下拉框都連接著數(shù)據(jù)庫，可以通過對數(shù)據(jù)庫的維護(hù)來修改、添加，達(dá)到符合企業(yè)的現(xiàn)有生產(chǎn)現(xiàn)狀。
工藝模板的建立，是嚴(yán)格按照國標(biāo)中工藝過程卡來布局整個(gè)界面的，這樣可給用戶一個(gè)熟悉且清晰的第一印象，一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。提供給用戶的7份工藝工程卡和12張工序卡是在實(shí)際中已取得實(shí)效的，企業(yè)可以借鑒編輯修改成自己所需的內(nèi)容，運(yùn)用于生產(chǎn)中。
設(shè)計(jì)中的知識(shí)庫存放在SQL SEVER編制的數(shù)據(jù)庫中，在設(shè)計(jì)中，建立了加工方法選擇規(guī)則表，表中存放了常用的加工方法，這些方法都是經(jīng)典的經(jīng)過長期使用積累的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對加工方法選擇的智能化。建立了機(jī)床庫和相應(yīng)的磨、鉆、銑、鏜、車床庫，建立了機(jī)床選擇規(guī)則表，從而實(shí)現(xiàn)對機(jī)床調(diào)用的智能化。還建立了工序名稱表、工序內(nèi)容表、工藝裝備表、切削用量表等。用戶對這些表都可以修改。該知識(shí)庫的表示框架如下：
知識(shí)庫
加工規(guī)則庫
機(jī) 床 庫
工藝裝備庫
切削用量庫
車床庫
鉆床庫
銑床庫
鏜床庫
夾具庫
刀具庫
量具庫
車削用量庫
鉆削用量庫
銑削用量庫
鏜削用量庫
5.3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)及運(yùn)行
該軟件前臺(tái)開發(fā)用VISUALBASIC6.0 ，數(shù)據(jù)庫用的是SQL2000，符合畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求。
5.3.1本軟件具備以下幾種功能：
１． 可以對針對零件所進(jìn)行的工序以及毛坯的特征來自動(dòng)選擇機(jī)床的名稱和型號。
２． 可以根據(jù)型面的名稱，尺寸精度，粗糙度來自動(dòng)確定加工路線（注意：所輸入的數(shù)據(jù)必須要有根據(jù)否則系統(tǒng)回不響應(yīng)）
３． 本系統(tǒng)還列出了箱體類特征零件的加工工序，使得工藝人員能夠得以參考。
４． 在本系統(tǒng)的系統(tǒng)管理模塊中用戶可以瀏覽數(shù)據(jù)庫，也可以在數(shù)據(jù)庫維護(hù)中添加和刪除數(shù)據(jù)，這樣使得該系統(tǒng)的可擴(kuò)充性能大大提高，柔性也相對的提高。
５． 當(dāng)用戶在使用方面遇到困難時(shí)可以打開幫助文件，這樣有助他來解決困難。
６． 當(dāng)工藝文件編寫好之后，用戶可以選擇保存軟件和打印兩種方法來實(shí)現(xiàn)。
5.3.2 支持軟件：
（1） 操作系統(tǒng)為WIN2000以上版本或Windows NT 4.0以上版本。
（2） WIN2000環(huán)境下，內(nèi)存要求至少為64M，Windows NT環(huán)境下，內(nèi)存至少為32M。
（3） 系統(tǒng)最好要有VB6.0，語言的安裝SQL Server2000數(shù)據(jù)庫的安裝。
5.3.3 詳細(xì)介紹用戶進(jìn)入到主界面時(shí)各個(gè)菜單所具備的功能
A．菜單通過“打開工藝文件”菜單打開工藝文件；下圖的“查看零件圖”可以打開7張工藝過程卡的對應(yīng)的零件圖,可以以次為模板,制定合適的加工路線。
工藝文