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成组技术

第二章基于成组技术的DJ-1CAPP系统工艺设计标准化过程开发

2.1概述

DJ—1CAPP系统是针对电机生产开发的CAPP系统，同时系统具有一定的通用性。

系统为基于成组技术的派生式CAPP系统，可以通过调用典型零件工艺或已编制的相似工艺，在此基础上进行编制、修改，最后生成具有面向电机生产的机械加工工艺规程。

2.1.1成组技术简介

成组技术是一门基于解决多品种小批量生产所存在的种种问题而产生的生产技术应用性科学，它利用统计分析和相似性的理论，将分散的小生产汇集成较大的成组生产，把多品种转化为少品种，小批量转化成大批量，显著地提高了多品种多批量生产的经济效益。

成组技术的最初应用是在指导机械零件的制造工艺方面，把许多结构不同的零件按工艺相似性分类整理成零件族，设计出适合全族零件加工的成组工序，从而取得最佳的生产经济效益。

随着成组技术理论体系的完善，成组技术的应用不仅在制造工艺方面，而且在产品设计和生产组织管理方面也日益广泛，特别是与计算机技术的结合，使得成组技术的应用更加简单、实用。

成组技术是利用有关事物的相似性将相似的问题归类成组，并寻求解决这一组问题的最优方案。

在机械加工工厂中，应用成组技术将该厂产品中的被加工零件，按其结构形状、尺寸大小、材料及加工工艺的相似性进行分类成组，可达到扩大零件批量的目的。

在成组技术中，将零件归类成组是关键。

分类的合理与否直接影响到成组技术的效果，因此国内外对成组技术的分类方法十分重视。

随着计算机技术的发展，现已广泛采用电子计算机进行零件的分类。

为此，必须用数字化信息描述零件的结构形状、尺寸大小、材料、加工工艺、加工精度等特征。

成组技术的核心问题是按相似性将零件分类成组，并根据各个零件组设计主样件。

2.1.2系统开发的思想及思路

变异型CAPP系统的特点就是运用GT的原理，利用零件的相似性检索现有的工艺规程来生成新的零件加工工艺规程。

基于上述设计思想，在CAPP系统开发过程中主要应做如下几项工作：

1）根据产品的特点，选择（或设计）合适的编码系统；

2）制订辅助编码系统，以助于对已有零件的整理、分类；

3）按照编码系统对零件分类归族（组），按族选择出每族（组）的主样件，确立典型工艺路线和相应的工序内容；

4）确立各类工艺数据库；

5）进行系统总体设计。

许多国家针对不同的应用需要已开发了不同的分类编码系统。

阿亨工业大学的OPITZ教授在调查研究了26种机械产品、45000种零件的基础上研制了OPITZ系统，该系统主要是由5位主码和4位辅码构成，属于以链式结构为主的混合式刚性码结构。

主码中的前两位为树形结构，其它为链式结构，整个系统比较简单。

但OPITZ系统为科学地应用成组技术提供了工具，开创了零件特征数字化的新纪元。

成组技术应用的后起之秀日本提出了适合中小型企业的KC分类编码系统，紧接着又推出了适合大中型企业使用的KK一1，KK一2和KK一3分类编码系统。

其中KK一3系统是一个多码位、多功用的通用分类编码系统，它由21位码构成。

我国各个部门也分别研制了本行业的分类编码系统，如航空部研制的HFU系统，该系统主要由16位码位构成，适用于航空附件企业的设计、制造和管理。

以上各分类编码系统都有各自的优越性，但从信息集成的角来讲，还存在不足：

这些分类编码系统缺乏详细描述工程信息和几何形状信息的能力，系统特征项固定，结构呆板，代码冗余，不易扩充等。

根据抚顺煤矿电机厂产品的特殊性，初步确定自行设计一个具有一定针对性的分类编码系统DJ—1分类编码系统。

它由零件名称类别矩阵、形状及加工码、辅助码共13位码位组成，每位编码都用0一9的数字来表示零件的某项特性指标。

依据上述分类编码方案，开发出13位编码的计算机辅助编码系统，以抚顺煤矿电机厂的主导产品隔爆电机为基础，利用计算机辅助编码系统，把零件全部输入计算机进行编码、分类、归纳、推理、分组，总结出复合工艺路线，形成典型零件，编制出成组工艺。

系统的设计思路如图2.1所示：

图2.1电机生产CAPP系统设计思路

Fig.2.1DesignideasofCAPPsystemsofmotormanufactory

编制新工艺时，首先对新零件进行编码，将编码输入计算机后，在已有的主样件库中进行检索，若检索到相似的主样件，则调出其工艺，并作简单调整后输出即可。

若检索不到时就进行模糊搜索，模糊搜索时只对特征码位进行搜索，其余码位忽略，从而查找出更多的相似性工艺规程（由不同的编码确定），工艺人员根据图样浏览分析选择编码框中各不同编码对应的工艺规程进行设计、修改形成新的样件工艺，在输出的同时，将其工艺存入样件库中，对库进行扩充和维护。

设计交互式编辑系统，对工艺进行编辑修改，编辑中可以对表格中的各项进行工序的插入、删除、交换前后位置、其中某个工序的前后移动等编辑。

2.2DJ-1CAPP系统的构成

在系统设计中，遵循了软件开发的基本原理和方法，同时兼顾到系统的扩充和维护性，该系统为模块化设计。

见图2.2：

图2.2系统结构图

Fig.2.2Structuralpatternsofsystems

第三章DJ-1零件分类编码系统

零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）对零件各种特征或属性进行描述、识别的一套特定规则。

根据分类编码系统制定的规则，用字符标识和描述零件就是对零件进行编码。

代表零件特征属性的每一个字符称为特征码。

经过编码，零件的特征被标成相应的特征码，这些特征码的有序组合便产生了零件的代码。

3.1.编码系统结构设计

通常，零件的几何形状、结构及其技术条件通过工程图样可以详细、完整地表达清楚，同时也提供了从制造到装配的基本信息。

然而，对许多决策过程，过多的信息反而使决策困难，GT的编码却可以构造一个零件模型而无需细节。

在构造DJ-1零件分类编码系统时，首先考虑的是零件编码系统的结构设计。

零件分类编码系统结构有三类：

①树式结构：

码位之间是递阶隶属关系；即除第一位码位内的特征码外，其后各码位特征含义都要根据前一位确定，因此，形成树状结构。

树式结构在码位数与链式相同时能包含大量的分类环节，但结构复杂，编码和识别代码均不方便。

②链式：

各码位的特征或属性具有独立含义，与前位或后位无关。

链式结构在相同的码位数时，所包含的特征信息量即分类环节总数比树式结构少，但结构简单，编码和识别代码比较方便。

③混合结构：

系统中部分码位为链式、部分为树式，故称混合结构。

混合结构利用了链式和树式两者的优点。

3.1DJ-1分类编码系统结构设计

DJ-1分类编码系统采用混合结构，由13位十进制代码组成，前7位（1～7码位）为主码，表示零件的类别及几何形状特征。

后6位（8～13码位）为辅助码。

用数字0～9分别表示零件的特征。

此编码系统的总体结构如图2.3所示。

图2.3DJ-1分类编码系统结构

Fig.StructuresofDJ-1classificationandcodingsystems

3.1.1DJ-1分类编码系统详细设计

（1）第一码位设计

DJ-1分类编码系统第一位编码为零件类别，第二～七位编码为形状要素，第八位编码为材料、第九位编码为毛坯原始形状，第十位编码为热处理，第十一、十二位编码为主要尺寸，第十三位编码为精度要求。

编码内容如下：

第一码位为零件类别。

0—6特征项为回转体类零件，考虑到该编码系统的通用性，所以第一位编码的前3项特征项（0～2号特征项）分别是轮盘类、环套类、销轴类。

因电机轴结构的特殊性，所以第一码位的第4位特征项（3号特征项）为电机轴。

抚顺煤矿电机厂电机外壳分为两大类；筒式电机及箱式电机，筒式电机又分为法兰和底脚两种。

因筒式电机壳基本形状为回转体类，所以第一码位的第5、6特征项（4、5号特征项）分别为筒式电机壳法兰、底脚类。

在收集资料中发现电机端盖有不同轴回转结构，所以第一码位第7特征项（6号特征项）为回转体异形件。

第一码位第8特征项（7号特征项）为板条类零件，第9特征项（8号特征项）为块状零件，第一码位最末特征项（9号特征项）为箱式电机壳。

第一码位见表2.1。

表2.1DJ-1分类编码系统第一码位结构

Table2.1StructuresoffirstcodingpositionofDJ-1classificationandcodingsystems

码位

1

特征项号

零　　件　　类　　别

0

回

转

件

轮盘类

1

环套类

2

销轴类（电机轴除外）

3

电机轴

4

筒式电机壳

法兰

5

底脚

6

异形件

7

非回转件

板条

8

块状

9

箱式电机壳

（2）第二至七码位设计

回转体零件的第二至五位码为零件内、外形状码位，第六位码为平面、曲面加工信息，第七位码为辅助加工信息。

第二、三码位为零件外部形状及加工。

第二码位为基本形状。

根据收集到的零件结构资料可知，电机回转类零件分为单一轴线及多轴线两大类，其中单一轴线回转体零件（如部分端盖、销轴、电机轴等）又可分为光滑、单向台阶、双向台阶以及球、曲面、正多边形、弓形、扇形等结构。

多轴线（部分端盖、筒式电机壳）可分为平行轴线及弯曲、相交轴线。

所以第二码位的十个特征项包含了上述信息。

第三码位为零件外部功能要素，根据电机零件结构特点，确定出环槽、螺纹、锥面或上述几种功能要素组合等特征项。

第四、五码位为内部形状及加工。

基本形状有无轴线孔、非加工孔、通孔（单、双向台阶）、盲孔（单、双侧）、球、曲面、深孔、相交孔等特征项。

功能要素与外部功能要素基本同。

第六码位为平面、曲面加工信息。

根据电机的特点，确定以下特征项。

无平面加工、外部平面、外部键槽、花键，外部键槽与花键组合特征、内部平面、内部键槽、内部花键、因电机轴常见外部键槽与内花键组合结构，所以第7号特征项定为2+7。

第七码位为辅助加工，主要根据电机端盖常见结构设计，同时也能够满足通用零件所需。

非回转体零件第二至七码位分别为外部形状及加工、内部形状及加工、辅助加工。

其中外部形状及加工含平面加工、曲面加工、外形要素加工等信息。

内部形状及加工含主孔及要素加工、内部平面加工等信息。

辅助加工考虑均布孔及非均布孔、成形加工等信息。

第八至十三位码为零件材料、毛坯、热处理、主要尺寸及加工精度等信息。

DJ—1分类编码系统第二至十三码位见表2.2。

表2.2DJ-1分类编码系统第二至七码位（回转类零件）

Table2.2StructuresofsecondtoseventhcodingpositionofDJ-1classificationandcodingsystems（gyratingparts）

码位

二

三

四

五

六

七

特征项号

外部形状及加工

内部形状及加工

平面加工

辅助加工

基本形状

功能要素

基本形状

功能要素

0

单一轴线

光滑

0

无

0

无轴线孔

0

无

0

无平面加工

0

无

1

单向台阶

1

环槽

1

非加工孔

1

环槽

1

外部平面

1

均布孔

轴向

2

双向台阶

2

螺纹

2

通孔

光滑、单向台阶

2

螺纹

2

外部键槽

2

径向

3

球、曲面

3

1＋2

3

双向台阶

3

1＋2

3

花键

3

非均布孔

轴向

4

正多边形

4

锥面

4

盲孔

单侧

4

锥面

4

2+3

4

径向

5

非圆对称截面

5

1＋4

5

双侧

5

1＋4

5

内部平面

5

倾斜孔

6

弓、扇形或4、5以外

6

2＋4

6

球、曲面

6

2＋4

6

内部键槽

6

各种孔组合

7

多轴线

平行轴线

7

1＋2＋4

7

深孔

7

1＋2＋4

7

内部花键

7

端面环槽

8

弯曲、相交轴线

8

其它螺纹

8

相交孔、平行孔

8

其它螺纹

8

2+7

8

6+7

9

其它

9

其它

9

其它

9

其它

9

其它

9

其它

DJ－1分类系统非回转类零件分类表（二至七码位）

码位

二

三

四

五

六

七

特征项号

外部形状及加工

内部形状及加工

辅助加工

平面加工

曲面加工

外形要素加工

主孔及要素加工

内部平面加工

0

无

0

无

0

无

0

无

0

无

0

无

1

一侧平面及台阶平面

1

回转面加工

回转面加工

1

外部一般直线沟槽

1

无螺纹

单一轴线

光滑、单向台阶或单向盲孔

1

主孔内

单一轴向沟槽

1

均布孔

单方向

圆周排列的孔

2

双向平面

两侧平面及台阶平面

2

回转定位槽

2

直线定位导向槽

2

双向台阶或双向盲孔

2

多个轴向沟槽

2

直线排列的孔

3

直交面

3

一般曲线沟槽

3

直线定位导向凸起

3

多轴线

平行轴线

3

内花键

3

两个方向配置了孔

4

斜交面

4

简单曲面

4

1＋2

4

单一轴线

4

内等分面

4

多个方向配置孔

5

多面平面

两个两侧平行平面

（即四面需加工）

5

复合曲面

5

2＋3

5

有螺纹

单一轴线

5

1＋3

5

非均布孔

单个方向排列的孔

6

2＋3或3＋5

6

1＋4

6

1＋3或1＋2＋3

6

多轴线

6

2＋3

6

多个方向排列的孔

7

六个平面需加工

7

2＋4

7

齿形齿纹

7

有其它功能要素（功能锥、功能槽、曲面等）

单一轴线

7

异形孔

7

成形

无辅助孔

8

斜交面

8

3＋4

8

刻线

8

多轴线

8

内腔平面及窗口平面加工

8

有辅助孔

9

其它

9

其它

9

其它

9

其它

9

其它

9

其它