铝轮毂表面自动抛光系统的研制

铝轮毂表面自动抛光系统的研制铝轮毂表面自动抛光系统的研制 摘要摘要 提高抛光质量 应对铝轮毂轮毂表面抛光技术工人的不足 提出了一种基于教学回放方法 的分层自动抛光系统 多轴刀具位置数据 CL 数据 的生成与教学方法 首先 螺旋刀具 路径和灵活的抛光工具用高质量 高效率的方法 将初始不规则数据处理成连续抛光 CL 数 据 影响抛光质量的重要因素 即在多轴 CL 数据的插补周期计算的基础上恒定去除率 从 抛光实验表明 自动机械抛光比手工抛光质量较好且稳定 介绍介绍 表面抛光是电镀前的枢纽的一个重要步骤 这需要 0 4 米甚至更小的表面粗糙度 Ra 几 乎所有的轮毂生产企业依靠谁都灵巧力控制和熟练的轨迹控制研磨工具如图 1 所示的能力 熟练工人 然而 抛光过程产生的粉尘和噪声对人体健康不利 它所要求的高劳动强度使 它成为一项累人的工作 此外 抛光过程需要特殊的技能 只能由经验丰富的大师传授 对于轮毂的大量生产 迫切需要自动表面抛光 目前 工业机器人主要用于自动抛光的研究 主要目标是提高时间效率和表面质量 努力 一直集中在抛光力控制 抛光端执行器的实现 以及路径生成等领域 在裁判 为了保持 表面质量 人们一直试图保持恒定的抛光力 参考文献 描述使用被动装置 以减少抛光 过程中的接触力的变化所造成的小定位和定位误差的抛光机器人 在裁判 描述了基于 CAD 模型或 CAM 数据的抛光刀具轨迹生成 然而 成本高 效率低 防止机器人抛光 满足生产要求 实现轮毂表面的自动抛光 这 项工作的目的是开发一个自动的表面抛光系统 以解决在手动抛光模式的问题 获得多轴 刀具位置数据 CL 数据 与教学方法和处理的数据 以产生连续抛光 CL 数据 插补周期 作为影响抛光质量的重要因素 采用恒定去除率约束法计算 最后 抛光表面没有 CAD 模 型的工件来实现通过控制与多轴 CL 数据的磨具姿势 预计抛光时间缩短 通过实际抛光实 验验证了自动抛光系统 由熟练工人打磨的轮毂表面 2 自动表面抛光系统自动表面抛光系统 2 1 轴抛光 图 2 显示了表面旋转的轮毂表面自动抛光系统 自动抛光机有四个轴 每个轴由步进电机 驱动 对于抛光轮在直角坐标系中 存在着线性运动在 x 方向的摆动在 XZ 平面 工作台带 动工件旋转 在 XY 平面上做升降运动 图 2 轮毂表面自动表面抛光系统 2 2 轮毂表面抛光控制策略 随着定制要求的提高 轮毂表面形状越来越多样化 在实际轮毂抛光中 需要一个抛光系 统能够适应各种表面形状的轮毂 而没有轮毂 CAD 模型即可进行抛光 而且抛光系统应具 有操作步骤简单 抛光质量和效率高的特点 教学回放方法 即加工前的测量 12 可以用来满足这种多样化的要求 它采用适当的测量 方法进行工件表面轮廓的数字采集 以一定的格式存储在数据文件中的工件的离散点信息 然后 处理存储的数据 以建立一个完整的数据库描述实体模型的几何体 这个数据库可 以直接用于加工 或存储 然后转移到其他机器工具的使用 复制的实体模型相同的可加 工批量 基于示教再现原理的自动轮毂表面抛光控制系统如图 3 所示 该系统采用分级控制和上下 位机模式 上位机 PC 机 负责数据处理和人机交互 下位机 微控制器单元 负责数据 采集和运动控制 上 下计算机交换数据通过 RS232 接口 推荐标准 232 图 3 控制系统原理图 2 3 刀具路径规划 在用机器抛光 以获得高的表面质量和抛光效率高 在抛光轮的基本轨迹中采用了图 4 所 示的螺旋路径 多轴 CL 数据 运动机构带动抛光轮直线移动在一个给定的进给速度和不断 调整的抛光轮的姿势根据轮毂表面的切线方向 抛光轮的轴线是平行或夹角对轮毂表面的 切线方向而工作台旋转 图 4 抛光刀具轨迹 3 多轴多轴 CL 数据生成数据生成 在本节中 使用轮毂表面抛光生成多轴 CL 数据的方法 多轴发光数据是由 X 轴位移 X Z 轴位移 Z 方向角 的抛光轮和插补周期 T 3 1 多轴 CL 数据采集 集线器的表面曲线被分散到若干采集点 如图 5 所示 Pi 1 PI 和 PI 1 是相邻的三个采集 点 为了获得准确的曲线信息 更多的采集点时 采样曲率较大 当一个给定的点皮被收购 在每个轴的运动控制手动教学 抛光轮调整以接触轮毂表面 如图 5 所示 抛光轮的轴线必须与接触点曲线的切线方向平行或形成一个角度 砂带与表 面接触 以便在抛光轮中产生 1 毫米到 2 毫米的弹性变形以产生抛光力 接触方式是表面 接触 在这里 手动观察 以决定是否在接触姿势的要求是满意的 图 5 接触造成的抛光轮与轮毂表面 其中 Pi 1 PI 和 PI 1 是相邻的三个采集点 对抛光轮的轴线形成一 个角度 AA 与接触点的曲线切线方向点 P 在数据采集过程中 下位机将采集到的数据传输到 PC 机的每一个定义的采集周期 这些数 据是在每个轴的运动到达采集点时驱动步进电机的脉冲数 抛光轮的接触姿态数据存储在 PC 机的 Access 数据库中 多轴 CL 数据的存储格式如表 1 所示 在抛光过程中 表 1 中的 CL 数据被逐行读出 并且每个轴被驱动以精确地运行到相应的采集点 注 X 是沿 X 轴的位移 Z 是沿 z 轴的位移 的抛光轮方向角 T 是插补周期 T 是一个步骤的时间 N 为脉冲数 S 是总步数在采集过程中离散 3 2 轴数据处理 在实际的数据采集过程中 各轴的运动需要经常调整 以满足接触姿态的要求 一般情况 下 在最初获得的脉冲数据出现混乱和不规则 如表 2 所示 这些刀位数据不能直接用于 轮毂表面抛光 需要进一步加工 为了便于数据处理 标签点被添加在表中作为收购步骤 识别的标志时 采集步骤结束 然后 下一个采集步骤进行 直到所有的点获得 在轴的 脉冲数 Z 和 在时间 T1 T2 T3 和 T4 结合为一个步骤 如表 3 所示 在这里 所有的 轴连接在一起 抛光刀的位置轨迹是一个连续的曲线 如图 6 所示 3 3 刀具位置点坐标的计算 在工件坐标系中的一个刀位点的坐标可以计算出皮基于记录的脉冲数 N 在每个轴上表 1 脉冲当量 相应的公式是 Pxz 是工件的偏移坐标 图 6 采集轨迹和抛光轨迹 其中 Pi 1 PI 和 PI 1 是相邻的三个采集点 根据抛光精度要求 利用已知刀具位置点坐标计算 CL 数据中的插补周期 T 3 4 插补周期计算 表 1 内插循环 T 是影响表面抛光变形的重要因素 在抛光过程中 抛光轮发生弹性变形 而不会发生在刚性工具上 这种变形导致同一条曲线李在同一个插补周期内 TI 需要更深层 次的表面材料去除 需要进行控制才能实现轮毂表面的均匀抛光 不变形 因此 一个恒 定的去除率 K 指的是一个固定的体积去除金属单位时间 13 15 用于约束轴进给率 为 了简化计算 假定每单位时间的材料去除面积是固定的 去除深度也是如此 因此 插补 周期可以表示为 其中 Si 是形成的环的表面区域 由于周围的轮毂轴 Z 对应于收购步骤李的演变 如图 7 所 示 从式 2 可以看出整个表面抛光时间的调整可以通过调整去除率达到最优效率 K 不产生 表面抛光变形容易实现 图 7 面积计算的恒定去除 4 实验与结果实验与结果 图 8 显示了我们在实验中使用的轮毂表面自动抛光机的照片 磨具有 X 向运动和摆动角 工作台上把革命和提高工件的运动 每个轴由步进电机驱动 并由运动控制器控制 磨具 由抛光电机和抛光轮组成 抛光轮旋转由电机通过多楔带加速度 因此 对抛光轮与线速 度要求抛光的铝合金材料 即线性速度 30 米以上的 1 为了进一步提高抛光效率 所设 计的自动抛光机允许最多三个相同大小的磨具被暂停均匀 每个磨料刀具驱动的多轴 CL 数 据 使同步运动 组成一三头螺旋抛光刀具路径 图 9 显示了抛光场景使用建议的自动表面抛光系统 抛光轮由柔性海绵轮和砂带组成 这 种装配形式的抛光轮有利于 CL 数据采集和抛光控制以及快速皮带更换 与图 1 所示的手工 抛光的纤维砂轮工具相比 抛光轮的规则形状具有较低的抛光振动和较高的表面抛光质量 抛光机运转时 柔性抛光轮受应力变形 其与轮毂表面接触面积增大 抛光效率提高 抛 光轮的灵活性也允许被动柔顺的运动 以避免损坏轮毂表面 图 8 轮毂表面自动抛光机 图 9 使用自动抛光机抛光轮毂表面 采用 540 毫米直径的轮毂作为实验对象 这就要求抛光表面应无抛光均匀 表面粗糙度 Ra 应 0 4 m 以下 低压铸造常用于轮毂生产 轮毂表面原始粗糙度显著 表面抛光 通过三 个步骤 磨削 研磨和抛光 以逐步降低砂带粒度 即 120 240 和 400 分别 表 4 列 出了轮毂表面抛光的主要工艺参数 抛光后的表面状态进行了评估 通过目视检查密切关注和触摸手指 使用手写笔仪器进行 定量评价 抛光过程中的目标是实现一个算术平均粗糙度 RA 约 0 35 米 图 10 是一个 光滑的表面材料去除深度曲线 在 1 000 平方毫米的 常数 1 去除率 K 和 500 平方毫米的