【文章內(nèi)容簡介】 徑可以分為兩類，一是提高機(jī)床本身的精度，但是受到技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件的限制。二是通過誤差補(bǔ)償來減少加工誤差。影響齒輪加工精度的因素很多，除了 電氣方面的以外，還有如機(jī)床結(jié)構(gòu)特性與熱特性、刀具磨損、機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差、各種靜態(tài)載荷，以及工件裝夾和機(jī)床振動(dòng)等因素。所有這些因素都可以通過建模 (如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模 )來加以補(bǔ)償。 3. 滿足齒輪加工專業(yè)化、個(gè)性化的要求。 用戶界面圖形化，且能適應(yīng)齒輪加工的專業(yè)性。盡管齒輪加工機(jī)床具有復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，但是齒輪加工又具有其共性，這點(diǎn)與用于車、銑、加工中心等通用的數(shù)控系統(tǒng)又有著巨大的不同，齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)要滿足齒輪加工的特殊性，這種特殊性表現(xiàn)在兩個(gè)方面 :操作界面和編程功能。 1) 操作界面友善。基于 Windows的圖 形操作界面為齒輪加工時(shí)大量的參數(shù)輸入提供了友善的界面，并能以齒輪加工工藝數(shù)據(jù)庫為依托，提供在線幫助，或 提華東理工 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 數(shù)控及其編程技術(shù) 10 供優(yōu)化的工藝參數(shù)。 2) 齒輪加工數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)有豐富的自動(dòng)編程功能，能根據(jù)操作界面所提供的 數(shù)據(jù)自動(dòng)生成數(shù)控代碼，供數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)伺服系統(tǒng)工作。 4. 網(wǎng)絡(luò)化，數(shù)控系統(tǒng)的通訊聯(lián)網(wǎng)功能不斷加強(qiáng)。 開放的 CNC系統(tǒng)可以方便 的進(jìn)入各級通用網(wǎng)絡(luò)，從而可以柔性的實(shí)現(xiàn) DNC, FMS, CIMS和 FA(自動(dòng)化 工廠 )。 NC技術(shù)使 FMS和 CIMS成為可能 :FMS和 CIMS的發(fā)展反過來要求 CNC系統(tǒng)應(yīng)具有通訊和聯(lián)網(wǎng)功能，以便 實(shí)現(xiàn) CIM環(huán)境中的信息集成和系統(tǒng)管理。 現(xiàn)代 CNC系統(tǒng)一般都具有用于通訊的串行口和 DNC接口。將來的 CNC應(yīng)能充分利用 Inter/Intra的功能，具有遠(yuǎn)程培訓(xùn)、遠(yuǎn)程診斷等功能。 5. 智能化 1) 智能化自適應(yīng)控制。以齒輪機(jī)床的狀態(tài) (包括溫度、應(yīng)力、應(yīng)變等 )作 為反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)床的切削用量，以保證機(jī)床的加工精度。 2) 智能診斷技術(shù)的應(yīng)用。一旦機(jī)床出現(xiàn)故障或報(bào)警，診斷系統(tǒng)就會(huì)提示機(jī)床故障名稱，并能在技術(shù)人員的協(xié)助下快速找到故障原因。 華東理工 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 齒輪類參數(shù)化編程技術(shù) 11 3 齒輪類參數(shù)化編程技術(shù) 參數(shù)化編程的概念及技 術(shù)現(xiàn)狀 在機(jī)械零件加工中經(jīng)常遇到一些零件上有許多相同或相似的幾何形狀體，或者形狀相似的零件。在數(shù)控編程中如果把這些幾何形狀體一一編寫出來，不但程序很大，數(shù)據(jù)較多，而且出現(xiàn)錯(cuò)誤也不易檢查出來，為解決這一問題，總結(jié)出一種參數(shù)化數(shù)控編程方法。在編寫加工程序時(shí)，把一組命令構(gòu)成的某種特定功能，象子程序那樣記錄在存儲(chǔ)器中，其功能可用一個(gè)命令來代表，并使用該命令調(diào)用它。其一組命令稱為參數(shù)指令體，代表的命令稱為參數(shù)指令。用戶不必記憶參數(shù)指令體的一組命令，只要記憶代表參數(shù)指令體的參數(shù)指令即可。用參 數(shù)程序的特點(diǎn)是參數(shù)程序中有變量，變量之間可進(jìn)行運(yùn)算，用參數(shù)指令給變量設(shè)定實(shí)際值。把某個(gè)功能作為參數(shù)程序編程時(shí)，可將變化的值、未知值作為變量編程。這種變量式編程稱之為參數(shù)化編程。 參數(shù)化程序的特征一般分為兩類：一是與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)的特征；二是與計(jì)算機(jī)有關(guān)的特征。如果對計(jì)算機(jī)語言了解，就會(huì)感到對參數(shù)化程序非常熟悉，雖然參數(shù)化程序與計(jì)算機(jī)語言每個(gè)指令的格式不同，但是基本因果關(guān)系還是一樣的。與計(jì)算機(jī)有關(guān)的特征與加工中心的類型無關(guān)，具有通用性，參數(shù)化程序的特征主要包括變量、算術(shù)運(yùn)算、語句標(biāo)號(hào)、非條件分支語句（ GOTO）、條件分支語句（ IF）、邏輯及循環(huán)（ WHILE?? END）等。 程序體中的參數(shù)變量用 i（ I:1,2,3,4）或 ［ 式子 ］表示。例如， 5， 109，［ 101 1］且每個(gè)變量都對應(yīng)一個(gè)地址，變量分為局部變量、公用變量和系統(tǒng)變量。局部變量是一個(gè)在參數(shù)程序中局部使用的變量；公用變量對主程序調(diào)用各子程序及各參數(shù)程序是公用的；系統(tǒng)變量是在某些特定代號(hào)的變量中，放入特定的值。變量的數(shù)值（ 有時(shí)是算術(shù)運(yùn)算中間結(jié)果）存儲(chǔ)在變量地址中，如果不修改，該值將在此變量中保持不變。參數(shù)化程序中的變量可以表示坐標(biāo)軸位 置、圓弧半徑、倒棱大小、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量、刀具直徑、工件加工尺寸等，變量也可以存儲(chǔ)其他變量的地址，在參數(shù)化程序中可以調(diào)用該地址中所存儲(chǔ)的變量數(shù)值，參數(shù)化程序的變量還可以是邏輯變量。參數(shù)化程序也允許進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算，除了加（ +）、減（ ）、乘（ *）、除（ /）外，還可以進(jìn)行復(fù)雜的函數(shù)運(yùn)算，如括號(hào)（［ ］，注意是方括號(hào)而不是圓括號(hào)）、正弦（ SIN）、余弦（ COS）、正切（ TAN）、反正切（ COT）、開方（ SQRT ）、絕對值（ ABS）、四舍五入（ ROUND）、去尾（ FIX）、華東理工 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 齒輪類參數(shù)化編程技術(shù) 12 收尾（ FUP）等。 其運(yùn)算指令格式為： I=式子 右邊是常數(shù)、變量函數(shù)和算符的組合。參數(shù)程序體中的控制指令有兩種：分支指令和重復(fù)指令。分支指令的格式為： IF[ 條件式 J]GOTO n 滿足條件時(shí)，轉(zhuǎn)到本程序中順序號(hào) * 的程序段；不滿足條件時(shí)繼續(xù)執(zhí)行。程序序號(hào) 6n可用變量式代替。重復(fù)指令的格式為： WHILE［ 條件式 ］ Do m …… END m 式中， m=1,2,3……。 滿足條件式時(shí)，重復(fù)執(zhí)行從 Do m到 END m之間的程序；不滿足時(shí)，執(zhí)行 END m 后的程序段。參數(shù)指令體在主程序中執(zhí)行簡單調(diào)用時(shí)可用 G65和程序號(hào) P來調(diào)用。其格式為： G65 P(p)自變量賦值 L(1) 式中， p為參數(shù)程序體號(hào)， 1為重復(fù)調(diào)用次數(shù)，省略時(shí)為一次調(diào)用。對于類似的不同的參數(shù)程序體可以賦不同的參數(shù)即可。有時(shí)候可以把這些參數(shù)程序體作為數(shù)控系統(tǒng)的一個(gè) G指令，這樣可以多擴(kuò)充些數(shù)控系統(tǒng)的 G指令。在主程序中調(diào)用時(shí)其格式為： G XX自變量賦值 L (1)， G XX為指令代號(hào)，如 G 151，其他同上。 利用成組技術(shù)，將加工特征相似的零件組成零件組，為同一零件組內(nèi)的零件編寫一個(gè)通用加工程序。加工時(shí)，只要給參數(shù)化通用程序中相應(yīng)加工特征參數(shù)變量賦予具體的數(shù)值，即可 完成同一零件組內(nèi)不同零件的加工。這種通用加工子程序稱之為基本特征幾何模型子程序。建立基本特征幾何模型子程序是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化數(shù)控編程的關(guān)鍵技術(shù)。 參數(shù)化設(shè)計(jì) (Parametric Design)，也稱為尺寸驅(qū)動(dòng) (DimensionDriven)，是 通過改動(dòng)圖形的某一部分或某幾部分的尺寸，或者修改已經(jīng)定義好的參數(shù)，自動(dòng) 完成對圖形中相關(guān)部分的改動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對圖形的驅(qū)動(dòng)。 參數(shù)化設(shè)計(jì)是 CAD技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中提出的課題。機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)創(chuàng)造性 的活動(dòng)，是一個(gè)反復(fù)修改、不斷完善的過程。同時(shí)，對 很多企業(yè)，設(shè)計(jì)工作往往 是變型或系列化設(shè)計(jì)，新的設(shè)計(jì)經(jīng)常用到己有的設(shè)計(jì)結(jié)果。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，零件的華東理工 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 齒輪類參數(shù)化編程技術(shù) 13 結(jié)構(gòu)要素 90%以上是通用或標(biāo)準(zhǔn)化的，零件有 70%一 80%是相似的。在參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)出現(xiàn)以前，傳統(tǒng)的 CAD使用的方法是先繪制精確圖形，再從中抽象幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)只存儲(chǔ)最后的結(jié)果，而不關(guān)心設(shè)計(jì)的過程。這種設(shè)計(jì)系統(tǒng)不支持初步設(shè)計(jì)過程，缺乏變參數(shù)設(shè)計(jì)功能，不能很好地自動(dòng)處理對已有圖形的修改， 不能有效地支持變型化、系列化設(shè)計(jì)，從而使得設(shè)計(jì)周期長、設(shè)計(jì)費(fèi)用高、設(shè)計(jì)中存在大量重復(fù)勞動(dòng)，嚴(yán)重影響了設(shè)計(jì)的效率，無法滿足市場需求。在這種 情況 下，參數(shù)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)運(yùn)而生。 參數(shù)化設(shè)計(jì)以約束造型為核心、以尺寸驅(qū)動(dòng)為特征。在參數(shù)化設(shè)計(jì)中采用參數(shù)化模型，設(shè)計(jì)者可以通過調(diào)整參數(shù)來修改和控制幾何形狀，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的精確造型，而不必在設(shè)計(jì)時(shí)專注于產(chǎn)品的具體尺寸 :參數(shù)化設(shè)計(jì)方法存儲(chǔ)了設(shè)計(jì)的全過程，能設(shè)計(jì)出一系列而不是單一的產(chǎn)品模型 :對己有設(shè)計(jì)的修改，只需變動(dòng)相應(yīng)的參數(shù)，而無需運(yùn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全過程。與傳統(tǒng)的自由約束的設(shè)計(jì)方法相比，參數(shù)化設(shè)計(jì)更符合工程設(shè)計(jì)的習(xí)慣，因此極大地提高了設(shè)計(jì)效率，縮短了設(shè)計(jì)周期，減少了設(shè)計(jì)過程中信息的存儲(chǔ)量，降低了設(shè)計(jì)費(fèi)用，從而增強(qiáng)了產(chǎn)品 的市場競爭力。 參數(shù)化技術(shù)經(jīng)過十多年來的發(fā)展，已經(jīng)成為 CAD技術(shù)的重要分支，也成為 CAD技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)的熱點(diǎn)，參數(shù)化技術(shù)正處于不斷發(fā)展之中?，F(xiàn)代主流 CAD軟件，如 PRO/E, SolidWorks, UG等都實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化 . 由于參數(shù)化設(shè)計(jì)以約束造型為核心，所以在一個(gè)參數(shù)化 CAD系統(tǒng)中，參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，是其最重要的一個(gè)方面。 一個(gè)好的參數(shù)化的方法，至少應(yīng)該滿足以下幾方面的要求鬧： (1)能夠檢查出約束條件的不一致，即是否有過約束和欠約束的出現(xiàn)； (2) 算法可靠，即當(dāng)給定一組約束和拓補(bǔ)描述后能夠求出存在 的一個(gè)解， 而且當(dāng)用戶需要時(shí)，可以給定所有可行解； (3) 交互操作，即求解速度快，使得用戶的每一步設(shè)計(jì)操作都能得到及 時(shí)、適當(dāng)?shù)幕貞?yīng)； (4) 在構(gòu)造物體的過程中允許修改約束，而且修改的效果應(yīng)該與先期的約束設(shè)定次序無關(guān)； (5) 應(yīng)能容許廣泛的約束類型并且容易為某些特殊應(yīng)用加入新的約束類 型； (6) 應(yīng)能通用于二維和三維； (7) 應(yīng)能處理常規(guī) CAD數(shù)據(jù)庫中的圖樣，必要時(shí)允許人工干預(yù)。 多年來，關(guān)于參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的研究，取得了很大的進(jìn)展，也形成了幾種比 較成熟的方法，主要有基于幾何約束的變量幾何法、基于幾何推理的 人工智能方 法、基于生成歷程的過程構(gòu)造法以及編程求解法等叫參數(shù)化編程。 基于幾何約束的變量幾何法，是華東理工 大學(xué)本科學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 齒輪類參數(shù)化編程技術(shù) 14 一種基于約束的數(shù)學(xué)方法。這種方法將幾何 形狀定義為一系列的特征點(diǎn)，將約束關(guān)系轉(zhuǎn)換成以特征點(diǎn)坐標(biāo)為變量的非線性約 束方程組，當(dāng)約束發(fā)生變化時(shí)，通過NewtonRaphson法迭代求解方程組，求出一 系列新的特征點(diǎn)，從而生成新的幾何模型。該方法對所有的約束都有統(tǒng)一的模型， 因此可以適應(yīng)很大范圍的約束，但求解的效率低，處理過程的幾何直觀性差，迭 代法求解的穩(wěn)定性也比較差，迭代的初值和步長的選取對求解的結(jié)果有很大影響。模型越復(fù)雜 、約束越多，約束方程組的規(guī)模就越大，越不易求解?；趲缀瓮评淼娜斯ぶ悄芊椒ㄓ没谝?guī)則的推理方法來確定用一組約束描 述的幾何模型。在推理過程中，利用專家系統(tǒng)將約束關(guān)系用一階邏輯謂詞描述并 存入事實(shí)庫，在給定約束的起始點(diǎn)的情況下，通過推理機(jī)的推理作用，從規(guī)則庫中選取規(guī)則并應(yīng)用于現(xiàn)有事實(shí)，推理的結(jié)論作為新的事實(shí)，推理史記錄了所有成 功的應(yīng)用規(guī)則并提供給重構(gòu)過程，構(gòu)造出符合設(shè)計(jì)要求的幾何體。該方法的主要 優(yōu)點(diǎn)是表達(dá)簡潔直觀，通過謂詞可以表達(dá)很復(fù)雜的約束，如相切等，這是其他方法所無法比擬的，而且可以避免變量幾何法的不穩(wěn)定性循 環(huán)。但其系統(tǒng)龐大，計(jì) 算量大，約束求解速度慢，無法處理循環(huán)約束，求解全局約束的能力也比較差。 基于生成歷程的過程構(gòu)造法采用一種稱為參數(shù)化履歷 (Parametric History)的 機(jī)制，在設(shè)計(jì)過程中，系統(tǒng)自動(dòng)記錄造型操作過程，記錄下幾何體素生成的前后 順序及其相互間的關(guān)系，捕捉設(shè)計(jì)者的意圖。同時(shí)將記錄的定量信息作為變量化 參數(shù)，當(dāng)給其賦予不同的值時(shí)就會(huì)得到不同的幾何模型。該方法可以處理很復(fù)雜 的模型，經(jīng)常用于三維實(shí)體或曲面的參數(shù)化建模，但一般只適于結(jié)構(gòu)相同而尺寸 不同的零件設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的柔性不足。 編程求解方法通過分 析模型的特點(diǎn)，以尺寸為變量，并確定各尺寸變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，輸入?yún)?shù)以給定變量值，然后確定其它變量的值，完成約束求解，并用編程語言在 CAD軟件中實(shí)現(xiàn) (當(dāng)前的多數(shù) CAD系統(tǒng)都提供了此項(xiàng)功能 )。該方法主要用于表達(dá)過程性的約束，特別適合于表達(dá)工程約束。但只適用于拓補(bǔ) 關(guān)系確定的圖形，如果拓補(bǔ)關(guān)系變化了，必須重新編制相應(yīng)的程序，所以靈活性 不足，并且復(fù)雜零件的程序編制有很大的難度。這種方法通常用于對 CAD的二 次開發(fā)中。 除此而外，不斷有一些新的思想被提出，如何有鈞等人提出的基于圖形分解思想的復(fù)雜零件的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，劉 敏等人提出的基于圖形元素特征參數(shù)的 參數(shù)化設(shè)計(jì)方法等等，這些方法基本上都是在上述主要方法基礎(chǔ)上的擴(kuò)展。 實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)今幾乎所有的著名 CAD軟件，如 PRO/E、 UG、 SolidWorks等都采用變量幾何技術(shù)。這主要有兩方面原因：一是變量幾何技術(shù)可以求解所有的幾何約束，不存在不能求解的約束模式，并且可以和工程約束一起聯(lián)立求解，適應(yīng)面極為廣