基于尋位-加工模式的智能尋位加工技術(shù)研究

基于尋位-加工模式的智能尋位加工技術(shù)研究

1制造柔性長(zhǎng)作為一種新型的制造生產(chǎn)模式，“定位加工”生產(chǎn)模式克服了傳統(tǒng)制造生產(chǎn)模式的生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間短、制造靈活性低、制造生產(chǎn)成本高的缺點(diǎn)，引起了研究人員的關(guān)注。本文介紹一種基于“尋位-加工”生產(chǎn)模式,具有快速響應(yīng)性能的智能尋位加工技術(shù),對(duì)其理論基礎(chǔ)及相關(guān)實(shí)現(xiàn)技術(shù)進(jìn)行研究,為進(jìn)一步提高企業(yè)的市場(chǎng)快速響應(yīng)能力作出生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備。2企業(yè)主動(dòng)尋位+順應(yīng)工具智能尋位加工技術(shù)是通過(guò)主動(dòng)獲取工件實(shí)際空間位姿信息,然后根據(jù)工件實(shí)際狀態(tài)實(shí)時(shí)生成刀具運(yùn)動(dòng)路徑和軌跡,最后控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)進(jìn)行順應(yīng)現(xiàn)實(shí)加工,生產(chǎn)出合格產(chǎn)品的智能加工技術(shù)方法的總稱。由于它是基于新型“尋位-加工”生產(chǎn)模式的技術(shù)方法,也就繼承了“尋位-加工”生產(chǎn)模式的快速響應(yīng)優(yōu)勢(shì),從總體上有別于傳統(tǒng)的加工方法。由文獻(xiàn)論述可知,“尋位-加工”與“定位-夾緊-加工”的重大差別在于:它以主動(dòng)尋位代替被動(dòng)定位,以順應(yīng)現(xiàn)實(shí)靈活加工代替按既定關(guān)系強(qiáng)制加工。這決定了智能尋位技術(shù)實(shí)現(xiàn)的核心問(wèn)題在于:(1)如何實(shí)現(xiàn)主動(dòng)尋位;(2)如何實(shí)現(xiàn)順應(yīng)現(xiàn)實(shí)加工。圍繞著這兩個(gè)核心問(wèn)題的多種多樣的技術(shù)解決方案也就決定了智能尋位加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)的多樣性。解決方案的選擇則要綜合考慮生產(chǎn)實(shí)踐環(huán)節(jié)對(duì)各性能指標(biāo)的要求,如精度、速度、可靠性等。圖1是一種智能尋位加工方法整體實(shí)現(xiàn)方案的框圖。其關(guān)鍵環(huán)節(jié)有:(1)尋位工作站尋位對(duì)由物流系統(tǒng)運(yùn)送來(lái)的在裝卸站使用通用緊固元件夾持而沒(méi)有精確定位的工件進(jìn)行大范圍測(cè)量。采用宏觀與微觀相結(jié)合的方法,測(cè)取工件表面關(guān)鍵點(diǎn)的空間坐標(biāo),基于模型庫(kù)已有信息約束,采用高效智能的尋位算法求取工件的實(shí)際空間坐標(biāo)交換矩陣,并將位姿信息放入基于現(xiàn)場(chǎng)總線結(jié)構(gòu)的信息流系統(tǒng)中去。(2)刀具路徑實(shí)時(shí)生成該工作站將根據(jù)信息流中設(shè)計(jì)信息、工藝信息和被加工零件的實(shí)際狀態(tài)信息,通過(guò)實(shí)時(shí)規(guī)劃生成被加工零件本次入線在各臺(tái)機(jī)床上加工的刀具運(yùn)動(dòng)路徑文件,并將刀具路徑文件放入信息流系統(tǒng)中去,以便傳送給相應(yīng)的新型的位姿自適應(yīng)數(shù)控系統(tǒng),使其作好加工準(zhǔn)備。(3)模型庫(kù)提供物體的模型與各種屬性描述、幾何描述以及尋位特征(包括識(shí)別特征和定位特征),為主動(dòng)尋位及刀具路徑的實(shí)時(shí)生成提供引導(dǎo)信息,提高了系統(tǒng)的反映速度、識(shí)別與定位的可靠性。3粗到精coarsetofine解決方法確定以一定隨意性放置于工作臺(tái)面的被加工零件的空間位姿(六自由度)是一個(gè)較為復(fù)雜的問(wèn)題。如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度、速度、精度、花費(fèi)的最優(yōu)組合是我們?cè)诮鉀Q問(wèn)題時(shí)需先行考慮的問(wèn)題。從方法學(xué)和實(shí)踐的角度來(lái)看,將一個(gè)復(fù)雜問(wèn)題分解為幾個(gè)簡(jiǎn)單問(wèn)題,從粗到精(CoarsetoFine)進(jìn)行解決是非常行之有效的方法。本文在信息獲取環(huán)節(jié)上就采取宏觀與微觀相結(jié)合的用多分辨率策略進(jìn)行處理的方法。3.1無(wú)接觸測(cè)量方法在宏觀信息獲取階段,目的是快速獲取被加工對(duì)象的整體宏觀信息,借助這些信息的導(dǎo)引,來(lái)順利實(shí)現(xiàn)精密的微觀測(cè)量尋位過(guò)程,提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性、敏捷性,將這個(gè)階段的快速性的要求提到一個(gè)較高的位置上。無(wú)接觸測(cè)量方法則是達(dá)到這個(gè)目的比較好的可選測(cè)量方法。其中,基于視覺(jué)的測(cè)量方法則隨著相關(guān)硬件設(shè)備的不斷更新,相關(guān)技術(shù)研究成果的不斷出現(xiàn)而非常適合于獲取宏觀信息。本階段同時(shí)細(xì)分為二維處理與三維處理兩個(gè)階段,流程見(jiàn)圖2。3.2cmm測(cè)量方法在微觀信息獲取階段,目的是借助宏觀信息的引導(dǎo),實(shí)現(xiàn)精密可靠的微觀測(cè)量尋位工作,這就將這個(gè)階段的精確性、可靠性的要求提到一個(gè)較高的位置上。利用精密位置傳感器的接觸測(cè)量方法可以很好地達(dá)到這一要求。CMM(坐標(biāo)測(cè)量機(jī))以其成熟的技術(shù),廣泛的工業(yè)應(yīng)用證明了這種方法的可行性,其可靠性、精確性經(jīng)過(guò)了廣泛的檢驗(yàn),有相對(duì)較多的特性參數(shù)已經(jīng)可以被經(jīng)驗(yàn)性地使用,使測(cè)量工作真正地得到保證。另外,非常值得關(guān)注的一點(diǎn)是,現(xiàn)有的視覺(jué)處理技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)較高精度的測(cè)量,在滿足我們加工精度的基礎(chǔ)上,利用無(wú)接觸的測(cè)量方法相比CMM這種接觸式測(cè)量方法在速度、成本方面具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。因此,在宏觀二維信息處理階段獲取的物體空間位姿信息的引導(dǎo)下,將三維視覺(jué)測(cè)量方法應(yīng)用于我們所感興趣的區(qū)域上,使有限的分辨率得以大大提高,達(dá)到微觀測(cè)量的目的。圖3是主動(dòng)信息獲取系統(tǒng)的示例。4終端智能加工設(shè)備的選擇在獲得工件的三維空間位姿描述以后,如何在其引導(dǎo)下自適應(yīng)地生成刀具軌跡和機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制命令,實(shí)現(xiàn)順應(yīng)現(xiàn)實(shí)加工,則成為智能尋位加工技術(shù)的另一個(gè)需要解決的問(wèn)題。對(duì)此,文獻(xiàn)已經(jīng)進(jìn)行了較為詳盡的闡述。值得一提的是,在終端智能加工設(shè)備的選擇上,可以考慮選用最新的加工設(shè)備——虛擬軸加工機(jī)床(VirtualAxisMachineTools),它具有模塊化程度高、出力大、重量輕、速度快、精度高和造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),可以在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多坐標(biāo)數(shù)控加工以及裝配與測(cè)量等多種功能,更適用于我們順應(yīng)現(xiàn)實(shí)加工的工作。它的廣泛應(yīng)用也必將為智能尋位加工技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與實(shí)用化提供最強(qiáng)有力的支持。基于該設(shè)備的引入,使得采用多坐標(biāo)控制法具有更實(shí)際的意義,只需要與機(jī)床運(yùn)動(dòng)系保持一致,而無(wú)須對(duì)刀具軌跡或位姿進(jìn)行實(shí)時(shí)修正,因而簡(jiǎn)化了控制,并提高了加工的靈活性。5粗深加工合并現(xiàn)以圖4所示精密鏜床的減速箱殼體的加工為例,說(shuō)明智能尋位加工方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。圖4中,和兩個(gè)孔要求有較高的精度和相互垂直度,是最重要的加工表面。該箱體孔系的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)為底座的上平面(粗糙度為Ra1.6μm的臺(tái)面)。主要加工工藝過(guò)程如圖5所示。在相同的條件下(單件、小批量生產(chǎn);粗精加工合并),與原有的工藝相比,具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì):(1)簡(jiǎn)化了夾具只需要簡(jiǎn)單的夾緊裝置,無(wú)需嚴(yán)格的定位。降低了生產(chǎn)成本,縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。(2)消除了基準(zhǔn)不重合誤差原工藝因考慮安裝、測(cè)量不方便,將工藝基準(zhǔn)改為底座的底面,引入了基準(zhǔn)不重合誤差。(3)減少了裝夾次數(shù)原工藝須裝夾7次,而本工藝只需要2次。(4)易獲得要求的加工精度因消除了基準(zhǔn)不重合誤差,并在一次裝夾中加工,使加工精度容易保證。6整體技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案本文提出了一種基于