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传统曲轴中心孔加工,主要是用几何定心法,利用主轴颈的几何中心作曲轴加工时的定位中心。这种方法加工后剩余的动不平衡量较大,在后面的动平衡工序中需多次反复测量和去重才能达到要求,影响生产节拍,效率低,且会造成个别半成品报废;近年来开始流行质量定心法,质量定心法虽能解决毛坯的初始动平衡问题,但对曲轴毛坯表面质量要求很高,如铸件毛坯上若存在飞边等局部缺陷,会产生不必要的报废,并且随着后续加工的深入,已经动平衡的曲轴毛坯则有可能变成动不平衡的。
本论文提出了基于计算机视觉来测量、识别和加工曲轴毛坯定位中心孔的技术方案,利用机器视觉测量曲轴毛坯的特征值,根据该特征值构建毛坯的三维几何图形,将毛坯与被加工零件的成品模型进行比较,实现最佳匹配,以此来决定中心孔的位置。
在研究如何实现最佳匹配的策略中,首先要考虑避免不必要的毛坯报废,即毛坯的立体图形必须要包容成品曲轴的立体图形。本论文运用圆柱体点列最大内包容法,对曲轴毛坯的各轴颈进行初步包容判断,并将各轴颈的包容统一到一个主轴轴线的定位下进行判断;其次,要尽量达到加工余量均化的目的。本文用加工余量均布优化法,通过粗定位以及精定位两个步骤,运用遗传算法进行中心孔的优化寻位计算,来达到曲轴毛坯加工余量均布的目标;另外,通过最佳匹配的计算,可以在后续加工前找出无法加工成形的曲轴毛坯件,避免不必要的加工工时浪费。
本论文对基于视觉寻位的曲轴初始基准加工机床进行了方案设计。为保证曲轴毛坯自身加工中心孔轴线与动力头轴线的重合度,需要改变传统曲轴中心孔加工机床的动力头和机床工作台的运动方式,通过机床动力头和工作台的组合运动来补偿曲轴任意放置引起的曲轴加工轴线与动力头轴线的不重合度。
本技术方案在曲轴定位基准的加工中实现一种“夹紧—寻位—加工”的新的操作模式。通过这种模式可以解决目前曲轴中心孔加工中存在的生产准备时间长、成本增加、柔性低、安装精度不易保证问题,能实现曲轴初始加工时安装定位过程的自动化。