面向制造特征的加工方法研究

李琼

（惠州工程技术学校，广东惠州，516001）

面向制造特征的加工方法研究

李琼

（惠州工程技术学校，广东惠州，516001）

论文研传统的零件加工方法的确定主要借助经验对零件进行定性分析，缺乏对加工方法的有效定量分析。本文探索和研究制造特征加工方法的定量分析方法：首先分析零件的制造特征；其次基于格贴近度和多个特性的择近原则，抽选制造特征加工方法特性指标，建立制造特征加工方法iA~各加工因素隶属函数和加工方法标准库；最后将VC++和面向对象的思想，开发了一个模糊综合自动确定零件加工方法的应用程序。通过制造特征孔的实例，验证了该运用程序在确定待加工零件制造特征加工方法的有效性。该程序同样适用于其他制造特征（如台阶，槽和面等）加工方法的确定。

制造特征；加工方法；隶属函数；模糊综合自动确定；应用程序

0 前言

零件加工方法处于产品设计和加工制造的联接处，是一个涉及多因素的复杂问题。虽然加工方法设计的发展取得显著成果，促进了制造工艺技术的进步与相关理论研究，但是仍存在很多不容忽视的问题：制造特征的识别功能不足，智能化水平不高，零件信息共享水平较低，加工方法较单一，加工方法的定量化不足[1-3]。因此，必须有针对性地进一步开展技术与理论研究。传统的零件加工方法主要借助经验对零件进行定性分析，缺乏对加工方法的有效定量分析的确定[4-6]。本文就制造特征加工方法的定量分析进行探索和研究，并结合VC++和面向对象的思想，开发了一个制造特征加工方法的模糊综合自动确定应用程序。模糊是指影响制造特征加工方法的单个因素定量分析，综合是指考虑了影响制造特征加工加工方法的多个因素，自动是指为该方法编写了自动计算的应用程序。最后以制造特征孔作为实例加以验证。

1 模糊综合自动确定零件加工方法的基本理论

1.1 制造特征的分析

制造特征通常是指制造领域中，具有特定意义的可表达的实体或抽象体。制造特征的种类繁多，但它们有规律可循，故可以按照以尽可能少的典型制造特征，比较高效地覆盖尽可能多的产品的原则，归纳、抽取出有限的几大类基本制造特征。根据各种制造特征加工的特点，以典型轴类零件为例，可以抽取台阶，通孔，槽等制造特征。制造特征的准确和可靠的分类，为零件的制造特征识别，数控程序的生成和工艺的评价提供了基础和保证。

1.2 格贴近度

格贴近度常用来表征不同模糊集合间的贴近程度[7-10]。设在论域U'={x1,x2,…,xn}有m个制造特征模糊子集（m个模型），构成了标准模型库，待定制造特征B也是一个模糊集，欲求B与

1.3 择近原则

2 模糊综合自动确定零件加工方法

2.1 制造特征加工方法特性指标的抽选

在制造特征的各因素中，抽取与制造特征识别问题有显著关系的特性指标，写出识别对象B~的特性指标向量。在机械加工中，制造特征所需考虑的加工因素常包括加工精度特征（尺寸精度，形状精度，位置精度）和表面质量特征（表面粗糙度，冷作硬化程度，金相组织，残余应力）。由于机械加工主要考虑几何形貌，故在文中选取尺寸精度，形状精度，位置精度和表面粗糙度四种加工因素作为制造特征的特性指标。如需考虑到制造特征的其他因素，同理确定论域即可。

2.2 制造特征加工方法A~i各因素隶属函数的建立

本文主要根据模糊统计法，参考论域元素的定义域和元素的分布特点，建立制造特征的加工方法隶属函数，以建立孔的各因素隶属函数为例说明如下。

同理，可以建立平面、台阶、开口槽、封闭槽、倒角和环槽等制造特征加工方法各因素的隶属函数。

2.3 制造特征加工方法标准库的建立

查阅机械加工工艺手册[11-13]，根据上述制造特征加工方法iA~的隶属函数（3）～（6），可得制造特征孔的加工方法标准库，如表1所示。

表1 制造特征孔的加工方法标准库Tab.1 the standard library of the processing method for the hole

通过以建立制造特征孔为例来说明制造特征加工方法标准库的建立方法。同理，针对不同的制造特征，可以建立如平面、台阶、开口槽、键槽、倒角和环槽等制造特征的加工方法标准库。

2.4 计算格贴近度和应用多个特性的择近原则

按公式（3）～（6）计算待定零件制造特征相应的隶属度，根据公式（1）分别计算待定制造特征和制造特征加工方法标准库的格贴近度，运用择近原则公式（2）判断待定制造特征和制造特征标准库的相关程度，确定待定制造特征B~的加工方法。

2.5 待定零件制造特征加工方法确定的自动实现

图1 模糊综合自动确定零件制造特征的加工方法Fig.1 fuzzy comprehensive automatic determine the processing method of manufacturing characteristics

3 应用实例

以图2典型轴零件中制造特征孔的加工方法的确定为例，说明如何进行制造特征的加工方法的模糊综合自动的确定。选取的典型轴中主要包含了三种制造特征：通孔，键槽和倒角，其中通孔直径是Φ20mm，要求尺寸精度IT=10，形状精度IT=8，相对位置精度150μm，表面粗糙度Ra=4。

根据公式（3）～（6），可得

同理可得，

可以得出待制造特征孔的加工方法B~与A~2最为接近，因此可以认为该制造特征采用扩孔的加工方法比较合适。运行制造特征的模糊自动确定加工应用程序，结果如图3所示。

图2 典型轴类零件Fig.2 the holes in the typical shaft parts

图3 制造特征孔的加工方法的程序运行结果Fig.3 the result of the application program for determining the processing methods of holes

为了验证上述理论的正确性，分别进行了孔直径为8mm的钻孔、扩孔和铰孔的试验，结果如图4所示。分别测量每种加工后孔的尺寸精度，形状精度，相对位置精度和表面粗糙度，如表2所示。

表2 待加工孔和已加工孔的质量参数Tab.2 the quality parameters of the machining and the machined holes

综合比较上述数据，铰孔的质量最好，扩孔次之，钻孔最差，但扩孔的质量参数与待加工孔的质量参数最为接近；虽然铰孔的质量非常好，但也带来了高的加工成本；钻孔的质量不能满足待加工孔的要求。综上所述，应选择扩孔。同理，还可以进行拉孔、镗孔、磨孔、和研磨等的试验。

图4 不同孔加工方法的实验结果Fig.4 the experimental result of the holes with different processing methods

4 结论

本文分析和研究了制造特征的内涵和分类、格贴近度、多个特性的择近原则，并结合VC++和面向对象的思想，开发了制造特征加工方法的模糊综合自动应用程序。制造特征孔的加工方法实例验证了该方法的有效性、准确性和可靠性。实例表明：（1）该方法有效克服了通过经验定性分析制造特征加工方法的缺点；（2）该方法同样适用于确定其他制造特征（如平面、台阶、槽和倒角）等制造特征的加工方法。但对于具有多处不同精度要求的复杂自由曲面加工方法的确定，该方法还需要进一步研究。

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Study on the Processing Methods Oriented to Manufacturing Features

LI Qiong
(Huizhou Engineering Technical School, Huizhou 516001, China)

Traditional processing methods for parts were qualitatively analyzed with experiences, which lack of quantitative analysis. In the current paper, quantitative analysis of processing methods for manufacturing features was explored and researched by analyzing the manufacturing features of parts firstly, choosing the characteristic indexes of manufacturing features based on grid close-degree and optional close principle, and establishing the membership functions of manufacturing factors and the standard library of processing methods for manufacturing features. Moreover, combined with VC++ and the object-oriented thought, an application program was developed to fuzzy comprehensive automatic determine the processing methods of parts. The program can effectively determine the processing method for the manufacturing features of prefabricated parts, which has been validated by the hole example. The program can also be used to determine the manufacturing method for the other features, such as step, slot and surface.

Manufacturing features; Processing methods; Membership functions; Fuzzy comprehensive automatic determination; Application program

李琼.面向制造特征的加工方法研究[J]. 新型工业化，2016，6（11）：75-80.

10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.11.010

: LI Qiong. Study on the Processing Methods Oriented to Manufacturing Features[J]. The Journal of New Industrialization, 2016, 6(11) : 75-80.

李琼（1985-），女，讲师，主要研究方向为CAPP/CAD/CAM数字化制造与先进技术