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面向CAPP的壳体类工艺规程编制的反向拓扑方法

摘 要：提出一种以加工中心为主要加工设备，并适用于CAPP系统的壳体类零件工艺线安排的反向拓朴方法。

关键词：工艺路线；壳体；工序CAPP；AOV

0 概 述

CAD/CAPP/CAM是未来制造业的模式。面对激烈的竞争，也是工厂发展的必由之路。

我厂现有大量的微机和加工中心，已具备了发展CAD/CAPP/CAM的基本硬件条件。CAPP是连接CAD和CAM的重要环节，为今后的发展作准备，工艺规程的编制应尽量向CAPP方式靠拢，以便条件成熟时易于移植到计算机中。

由于计算机的动作需要严密的逻辑和明确的表达，因此要使编制工艺规程的思路以一定的方法形式化、结构化、规范化，才能编译为计算机内部语言。CAPP用于壳体类有一定难度，本文报导了我厂的初步成果。

1 工艺路线的生成

1.1 确定主体框架

我厂壳体类零虎林件工艺规程的结构按是否需要精加工，可归纳为如下两类模式：

A、加工毛基→加工光基→中间工序段→毛刺工序→洗涤工序→检验工序

B、加工毛基→加工光基→中间工序段（粗加工）→毛刺工序→洗涤工序—中间工序段（精加工）洗涤工序检验工序

实际上，绝大部分壳体类零件的工艺规程都具有以上结构。仅在中间工序上有所区别。对于一个新零件，需要编排的只是中间工序段的顺序。所以工艺规程的编制可按下面的步骤：

第一步分析设计图中有无现有设备及加工方法无法加工和无法达到的要求。若有，则反馈给设计部门，协商解决。确保没有加工上的障碍。

第二步分析零件的结构特点和毛坯类型，确定加工基准。

第三步分接入设备析零件有无精加工必要，决定采取哪种模式。

第四步分析零件16条精整生产线有无热表处理要求加热器，若有，则增加相应的热表处理工序。

第五步查看零件有无冲洗和实验要求。若有，则在最终检验工序前增加冲洗和实验工序。

完成以上工作后，基本上就可以确定工艺路线的主体框架了。图1是这部分工作的流程图。

图1 壳体工艺规程流程图

以SDB为例，按此步骤得出下面框架：

加工毛基→加工光基→中间工序段（粗加工）→毛刺工序→洗涤工序→冲洗工序→检验工序→表面处理工序→中间工序段（精加工）→毛刺工序→洗涤工序→冲洗工序→试验工序→检验工序

1.2 确定中间工序段

确定中间工序段需要做两方面的工作：

A．确定工序的数量。

B．确定工序的顺序。

传统的方法主要是凭工艺员的经验来决定安排多少工序，然后再视工序间的相互关系排定顺序。显然计算机并不具备所需的经验，要让计算机来完成这些工作，利用拉伸实验得到的数据可以肯定材料的弹性极限、伸长率、弹性模量、比例极限、面积缩减量、拉伸强度、屈服点、屈服强度和其它拉伸性能指标就要把我们平时的思维合乎逻辑地归纳为逻辑和运算过程。

1.2.1 确定工序数量

由于加工中心具有强大的加工能力，处于同一加工工位的几何体素基本上能一次加工完成。所以确定了加工工位的数量也就确定了工序的基本数量。在CAPP系统开发中零件信息的描述起着极为重要的作用，同时也是一个较为复杂的问题。为与实际加工统一，将零件的几何信息按加工工位和加工位置两个级别来描述。将法线和轴线方向一致的加工要素（面、孔、凸台等）统称为面；将同一轴线上的加工要素（孔、螺纹、槽、倒角等）统称为孔。实际上每一个面就对应着一个加工工位，每一个孔对应着一个加工位置。这样，一个零件就可以表示成图2那样的树状结构。

图2 零件加工要素的树状结构

1.2.2 排序

工序间的顺序对工艺规程的优劣影响最大，它直接关系到加工的难易和生产周期的长短。同时也是最体现工艺员个性的地方。不同的工艺员对同一零件编制的工艺规程在工艺流程的安排上总有差别。要统一顺序必需先统一排序的标准和方法。排序的标准这里暂不讨论。首先应找出一种明确按逻辑方式判断的排序方法。

<首饰套装p>在上一步工作中得出的工序中，有些工序是完全独立的，如钻锁紧孔。即完成它不需要先决条件。而大部分工序则受到其他因素的约束。如图3所示结构。从工艺上来说应当先加工孔1，再加工孔2，最后加工孔3。这种关系可用有向图表示出来，见图4。

图3 图4

图中的三个工序称为节点，有向线段称为有向边，表示先决条件和优先关系。箭头引出节点为前趋节点，指向的节点为后继节点。这样的有向图称为AOV（ACTIVITY ON VERTEX NETWORK）。在确定了工序的数量后，依据工艺路线的安排原则，工序间的相互关系可以用AOV表达出来。

由于影响工序间关系的因素很多，一道工序的前趋和后继工序往往不只一个，得出的AOV大多数会象图5那样。

图5 工艺路线工序的AOV

这就需要采取一种可以为计算机接受的排序方法。这里采用了反向拓扑法。以图5A的情况为例，其过程如下：

（1）在AOV中选出没有后继节点（即没有后继工序）的节点，并将其输出。

（2）在AOV中删除该点及与其相连的所有有向边。

重复以上步骤，直到全部节点输出完毕（见图5A、B、C、D）。输出的结果可能不止一个，如图5就有以下两种结果：

（1）BACDEF；

（2）BCADEF

A和C没有相互关系，在工艺上属于可互相超越的工序。选用哪一种结果关系不大。

对上步工作得出的工序编号，根据判断条件建立AOV，再按以上方法对粗、精加工可以说已登堂入室的中间工序段排序，将排好顺序的中间工序段插入主体框架，就可得出完整的工艺路线了。

2 判别条件

前面谈的只是编制的方法，而要建立AOV还需要分析判断工序间的相互关系。分析判断的条件往往是根据个人的经验。把这些经验以明确的方式写入计算机内，作为判断的依据，就可以让计算机来完成以上工作了。这里只简单谈一下加工中主要考虑的原则。

2.1 基准的选取

加工基准对于整个零件的加工极为重要。基准的作用是定位，目的是限制加工中零件在各个方向的位移。

由于壳体类零件较复杂，为保证精度，一般要分毛基和光基。以棒料和板料为毛坯的零件毛基较好选择。铸件毛坯的毛基选择要难一些。通常是以三点确定一个面，再用两点限制其旋转。也有用圆弧面和加点定位的。基本的原则是选取部位的尺寸要稳定，不要选在合模线上。有时毛坯上没有合适的基准，则要求设计增加专门的工艺基准。光基的选取原则上是以一个较大的平面和两个精度较高的孔定位。

2.2 工序间的先后顺序

安排工序间的顺序时，首先应考虑的是可加工性。顺序安排不当会给加工带来额外的困难。其次，应考虑生产效率。合理的顺序能缩短生产周期。最后还应该考虑设备的利用率。每一道工序在工艺路线中的位置是由许多因素决定的，其中有一般机械制造工艺的通用原则：基准先行原则

先粗后精逐渐减少误差的原则

工序集中的原则

对壳体零件又有其特殊的规则，这些规则是在工作中逐渐总结积累出来的。如：两孔相通先加工被通的孔，两孔相交先加工小孔等。这里就不一一列举了。

3 结束语

1.在SKB工艺规程的编制中采用了上述方法。由于时间紧迫，零件的生产在没有完整的工艺规程的情况下进行。生产时只有一份由上述方法得出的加工工序链表，每一道工序的图纸都是在加工前一两天内完成的。经过全部上百道工序，为期两个多月的加工，零件一次试制成功。比常规方法快一倍多，而且没有一处由于工艺路线的不合理造成的超差。足以证明这种方法是严密的、合理的、并且十分简便，能大幅度提高工作效率。它的表达方式也基本满足了CAPP的要求。

2.该法虽比较结构化、规范化，要将它变为CAPP程序还存在不少困难，需要作出大量的工作。

参考文献

［1］李福生等著.数控机床程序编制—自动编程［M］.北京：机械工业出版社.1988.(end)

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