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)備時間短、制造靈活性低、制造生產(chǎn)成本高的缺點，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),對其理論基礎(chǔ)及相關(guān)實現(xiàn)技術(shù)進行研究,為進一步提高企業(yè)的市場快速響應(yīng)能力作出生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備。2企業(yè)主動尋位+順應(yīng)工具智能尋位加工技術(shù)是通過主動獲取工件實際空間位姿信息,然后根據(jù)工件實際狀態(tài)實時生成刀具運動路徑和軌跡,最后控制機床運動進行順應(yīng)現(xiàn)實加工,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,從總體上有別于傳統(tǒng)的加工方法。由文獻論述可知,“尋位-加工”與“定位-夾緊-加工”的重大差別在于:它以主動尋位代替被動定位,以順應(yīng)現(xiàn)實靈活加工代替按既定關(guān)系強制加工。這決定了智能尋位技術(shù)實現(xiàn)的核心問題在于:(1)如何實現(xiàn)主動尋位;(2)如何實現(xiàn)順應(yīng)現(xiàn)實加工。圍繞著這兩個核心問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)實現(xiàn)的多樣性。解決方案的選擇則要綜合考慮生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)對各性能指標(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)尋位工作站尋位對由物流系統(tǒng)運送來的在裝卸站使用通用緊固元件夾持而沒有精確定位的工件進行大范圍測量。采用宏觀與微觀相結(jié)合的方法,測取工件表面關(guān)鍵點的空間坐標(biāo),基于模型庫已有信息約束,采用高效智能的尋位算法求取工件的實際空間坐標(biāo)交換矩陣,并將位姿信息放入基于現(xiàn)場總線結(jié)構(gòu)的信息流系統(tǒng)中去。(2)刀具路徑實時生成該工作站將根據(jù)信息流中設(shè)計信息、工藝信息和被加工零件的實際狀態(tài)信息,通過實時規(guī)劃生成被加工零件本次入線在各臺機床上加工的刀具運動路徑文件,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(包括識別特征和定位特征),為主動尋位及刀具路徑的實時生成提供引導(dǎo)信息,提高了系統(tǒng)的反映速度、識別與定位的可靠性。3粗到精coarsetofine解決方法確定以一定隨意性放置于工作臺面的被加工零件的空間位姿(六自由度)是一個較為復(fù)雜的問題。如何實現(xiàn)復(fù)雜度、速度、精度、花費的最優(yōu)組合是我們在解決問題時需先行考慮的問題。從方法學(xué)和實踐的角度來看,將一個復(fù)雜問題分解為幾個簡單問題,從粗到精(CoarsetoFine)進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行處理的方法。3.1無接觸測量方法在宏觀信息獲取階段,目的是快速獲取被加工對象的整體宏觀信息,借助這些信息的導(dǎo)引,來順利實現(xiàn)精密的微觀測量尋位過程,提高整個系統(tǒng)的可靠性、敏捷性,將這個階段的快速性的要求提到一個較高的位置上。無接觸測量方法則是達到這個目的比較好的可選測量方法。其中,基于視覺的測量方法則隨著相關(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。本階段同時細(xì)分為二維處理與三維處理兩個階段,流程見圖2。3.2cmm測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),實現(xiàn)精密可靠的微觀測量尋位工作,這就將這個階段的精確性、可靠性的要求提到一個較高的位置上。利用精密位置傳感器的接觸測量方法可以很好地達到這一要求。CMM(坐標(biāo)測量機)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)過了廣泛的檢驗,有相對較多的特性參數(shù)已經(jīng)可以被經(jīng)驗性地使用,使測量工作真正地得到保證。另外,非常值得關(guān)注的一點是,現(xiàn)有的視覺處理技術(shù)已經(jīng)可以實現(xiàn)較高精度的測量,在滿足我們加工精度的基礎(chǔ)上,利用無接觸的測量方法相比CMM這種接觸式測量方法在速度、成本方面具有極強的競爭力。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,將三維視覺測量方法應(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,達到微觀測量的目的。圖3是主動信息獲取系統(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床運動控制命令,實現(xiàn)順應(yīng)現(xiàn)實加工,則成為智能尋位加工技術(shù)的另一個需要解決的問題。對此,文獻已經(jīng)進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、精度高和造價低等優(yōu)點,可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)多坐標(biāo)數(shù)控加工以及裝配與測量等多種功能,更適用于我們順應(yīng)現(xiàn)實加工的工作。它的廣泛應(yīng)用也必將為智能尋位加工技術(shù)的實現(xiàn)與實用化提供最強有力的支持。基于該設(shè)備的引入,使得采用多坐標(biāo)控制法具有更實際的意義,只需要與機床運動系保持一致,而無須對刀具軌跡或位姿進行實時修正,因而簡化了控制,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,說明智能尋位加工方法的實現(xiàn)過程。圖4中,和兩個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)計基準(zhǔn)與裝配基準(zhǔn)為底座的上平面(粗糙度為Ra1.6μm的臺面)。主要加工工藝過程如圖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:(1)簡化了夾具只需要簡單的夾緊裝置,無需嚴(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)實現(xiàn)方案本文提出了一種基于