最近幾年，閉環(huán)制造概念已經(jīng)變得廣泛，特別是在工業(yè)4.0概念下，已經(jīng)成為智能制造的標(biāo)準(zhǔn)配置。本文中所描述的“閉環(huán)”，指的是針對(duì)圖1所示的檢查和反饋全過(guò)程，基于ISO標(biāo)準(zhǔn)，基于產(chǎn)品集合特征 ，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于工藝過(guò)程的閉環(huán)控制。
圖1：閉環(huán)系統(tǒng)概述
齒輪的設(shè)計(jì)過(guò)程包括幾個(gè)步驟，如研究市場(chǎng)的要求，使用通用公式進(jìn)行一般尺寸計(jì)算，以及數(shù)據(jù)檢查和優(yōu)化，但它必須為產(chǎn)品的制造商提供明確和準(zhǔn)確的技術(shù)要求為目標(biāo)，以上這些就是所謂的規(guī)范。
另一方面，齒輪的制造也涉及幾個(gè)步驟(鍛造、切削、熱處理、熱后加工)，但必須最后檢查零件是否符合要求，這叫做驗(yàn)證。
如果規(guī)范是具有二維CAD尺寸、表格和符號(hào)的二維設(shè)計(jì)，驗(yàn)證是由CMM或GMM生成的圖表，或由操作員借助測(cè)量結(jié)果編制的報(bào)告。
閉環(huán)系統(tǒng)的主要目的是使得實(shí)際加工的零部件結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行驗(yàn)證并完全一致，避免不一致的情況發(fā)生。
例如，只列出齒數(shù)、模數(shù)(不指定是否法向或端面)和螺旋角度的齒輪圖不能定義為適當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)，也不能列出表中的測(cè)量值和滾輪之間的測(cè)量值。同樣，沒(méi)有質(zhì)量報(bào)告的齒輪也不能歸類為已經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的工藝。
閉環(huán)制造系統(tǒng)是包含設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量及反饋各個(gè)階段的整體工作流程，本文結(jié)合實(shí)際，講解三個(gè)關(guān)于閉環(huán)制造的案例，包含了螺旋錐齒輪、圓柱齒輪及蝸輪蝸桿產(chǎn)品。
螺旋錐齒輪
傳統(tǒng)上的閉環(huán)制造系統(tǒng)是為螺旋錐齒輪所設(shè)計(jì)的。傳統(tǒng)的螺旋錐齒輪加工工藝包含端面滾齒、端面銑齒以及刀具的齒形優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)床參數(shù)的優(yōu)化調(diào)整，是自身存在閉環(huán)系統(tǒng)的。現(xiàn)代的制造系統(tǒng)包含了更精細(xì)的技術(shù)分析，如測(cè)量機(jī)的精確齒面接觸分析，提升了制造時(shí)間，截止目前，相關(guān)理念并未進(jìn)行變動(dòng)，僅僅進(jìn)行了優(yōu)化，如圖5和圖6所示。
圖2 齒面接觸分析
然而，并不是所有的錐齒輪設(shè)計(jì)師都有專門的加工相關(guān)軟件。在這種情況下，他們跟隨蘇格拉底的腳步：他們知道他們什么都不知道。在第一種情況下，它們可以限制自己只建立模數(shù)和齒數(shù)，以及壓力角(通常是20度或22.5度)、螺旋角(幾乎總是35度)和面寬(大約是外錐距離的三分之一)值。在設(shè)計(jì)螺旋錐齒輪以及計(jì)算圓柱齒輪時(shí)，仔細(xì)考慮了齒的厚度和齒根半徑，這幾乎是令人尷尬的。即使計(jì)算圓柱形(ISO 6336和AGMA2001)和錐齒輪(ISO 10300和AGMA 2003)的強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)要求齒厚度和齒根半徑的值或提供計(jì)算公式(AGMA929)，錐齒輪設(shè)計(jì)者也不總是能夠在圖紙中固定這些值。
大多數(shù)時(shí)候，沒(méi)有專用機(jī)床軟件的錐齒輪設(shè)計(jì)師試圖猜測(cè)空白的齒頂角和齒根角的角度，以及輪齒的厚度，可能希望得到齒根的全半徑。目前，參考文獻(xiàn)9提供了最現(xiàn)實(shí)的最終定義幾何學(xué)的螺旋銑削工藝。
表1 齒輪參數(shù)表
在某些情況下，圖形組合包括兩個(gè)階段，并跟蹤閉環(huán)系統(tǒng)的效果，如圖3所示。上半部分顯示了由設(shè)計(jì)師定義的幾何測(cè)量值，而下半部分顯示了實(shí)際的幾何形狀，取自由車間設(shè)計(jì)的尺寸表。?
圖3 錐齒輪圖紙
在其他情況下，同樣的螺旋錐齒輪對(duì)的圖紙，只有基本數(shù)據(jù)被發(fā)送給許多供應(yīng)商。每一個(gè)供應(yīng)商都會(huì)根據(jù)不同的方式進(jìn)行切削。同樣的宏觀參數(shù)的螺旋錐齒輪副的制造具有不同的幾何形狀，因此具有不同的強(qiáng)度。在這種情況下，技術(shù)部門不能向客戶或認(rèn)證機(jī)構(gòu)發(fā)送真實(shí)的計(jì)算報(bào)告。?
這種原始的傘齒輪閉環(huán)，它限制了在零部件制造之前的設(shè)計(jì)精確度，換句話說(shuō)，只有經(jīng)過(guò)定義規(guī)范，可以終止與由GMM獲得的微觀幾何網(wǎng)格被轉(zhuǎn)移到設(shè)計(jì)軟件。