基于幾何重構(gòu)的輻條式輪轂飛邊去除技術(shù)研究

曾好平，葛東東，杜海清，劉長(zhǎng)生，鄭紅峰

（1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 交通學(xué)院，紹興 312000；2. 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，紹興 312000）

0 引言

輪轂是摩托車、汽車等機(jī)動(dòng)車輛不可或缺的重要構(gòu)件。輕合金鑄造輪轂由于具有自重輕和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛采用。由于需要設(shè)置分型面，所以鑄造輪轂常常存在鑄造飛邊（俗稱“毛刺”）[1]。這些飛邊不僅影響產(chǎn)品的美觀和車輛空氣動(dòng)力學(xué)性能，而且還會(huì)對(duì)后續(xù)加工、裝配人員和用戶留下安全隱患，因此必須在進(jìn)入后續(xù)加工工序前將輪轂上的這些飛邊去除。

對(duì)于摩托車等車輛使用的輻條式輪轂來(lái)說(shuō)，因不能使用類似汽車輪轂的車削方法，目前主要有三種去除飛邊方法[2,3]：毛刷法、機(jī)器人法和光整法。毛刷法使用的毛刷由粘有碳化硅的條形耐磨塑料束構(gòu)成，去毛刺機(jī)通過(guò)刷盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)毛刷切削鋁輪轂邊緣實(shí)現(xiàn)去除飛邊的效果[4]。毛刷法對(duì)于工件形狀的適應(yīng)性較好，但是對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的部位如輪輞根部處理效果不太理想，而且還會(huì)對(duì)輪轂基體產(chǎn)生一定的損傷。機(jī)器人法是使用機(jī)器人持人工的工具代替人工動(dòng)作完成毛刺去除工作，不僅可依據(jù)產(chǎn)品變化調(diào)用不同程序以實(shí)現(xiàn)不同產(chǎn)品的混線生產(chǎn)，甚至可依據(jù)產(chǎn)品需要切換應(yīng)用多種打磨工具[5]。然而，機(jī)器人法也存在系統(tǒng)昂貴、工件識(shí)別誤判率高、無(wú)法適應(yīng)工件個(gè)體差異等缺點(diǎn)。光整法通過(guò)將輪轂浸泡在添加磨粒的磨液中去除毛刺，它對(duì)輪轂形狀適應(yīng)性強(qiáng)，但不僅處理時(shí)間較長(zhǎng)，而且在去除毛刺的同時(shí)也會(huì)對(duì)輪轂產(chǎn)生損傷，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的廢水[6]。

因此，摩托車等車輛使用的輻條式輪轂?zāi)壳爸饕捎糜扇ワw邊與打磨兩道工序組成的手工去除方法。手工去除飛邊不僅效率低下，而且工人的工作環(huán)境非常惡劣，他們不僅需要面臨金屬粉塵、噪聲、高溫等對(duì)身體健康造成的傷害，還要承受極高的勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，手工去除飛邊的質(zhì)量還會(huì)受到工人技能熟練程度和體力的影響，即使是同一個(gè)工人加工的產(chǎn)品也很難保證其一致性。

本文提出一種基于幾何重構(gòu)的輻條式輪轂飛邊去除方法，在一臺(tái)小型加工中心上集成檢測(cè)與銑削兩個(gè)工序，采用接觸式在機(jī)檢測(cè)技術(shù)與小型加工中心銑削技術(shù)相結(jié)合的輻條式輪轂飛邊去除方法。

1 輪廓“窗口”測(cè)量

由于模具制造誤差和磨損、鑄造殘余應(yīng)力變形等原因，輻條式輪轂的實(shí)際輪廓形狀與理論輪廓形狀存在一定的偏差。如果去除飛邊時(shí)不考慮這些偏差而按照輪轂的理論輪廓進(jìn)行加工，則在加工過(guò)程中即可能出現(xiàn)“過(guò)切”現(xiàn)象，也可能出現(xiàn)“欠切”現(xiàn)象。為了避免出現(xiàn)這些現(xiàn)象，加工時(shí)必須測(cè)量輪轂“窗口”的實(shí)際輪廓。

如圖1所示為某款輻條式摩托車輪轂的理論輪廓，其輻條數(shù)量為5輻，或者說(shuō)輪轂具有5個(gè)“窗口”。圖2為該輪轂壓鑄后的半成品實(shí)際外形。

圖1 輻條式摩托車輪轂的理論輪廓

圖2 輻條式摩托車輪轂的鑄造件

為了測(cè)量輪轂“窗口”實(shí)際輪廓，必須在每個(gè)“窗口”測(cè)量一些點(diǎn)的位置，從而確定實(shí)際輪廓與理論輪廓的偏差。為了提高“窗口”輪廓測(cè)量的精度和去除飛邊的質(zhì)量，必須測(cè)量輪廓上盡可能多的點(diǎn)的位置，但卻會(huì)降低測(cè)量和加工的效率。因此，為了在保證測(cè)量精度的同時(shí)又不至于效率太低，在每個(gè)“窗口”按逆時(shí)針?lè)较蜻x擇8個(gè)測(cè)量點(diǎn)，整個(gè)輪轂總共選擇40個(gè)測(cè)量點(diǎn)，如圖3所示。

圖3 輪轂“窗口”測(cè)量位置和順序選擇

2 加工路徑的偏差補(bǔ)償

如圖4所示為根據(jù)“窗口”8個(gè)實(shí)際測(cè)量點(diǎn)擬合的4次樣條曲線（實(shí)線）與理論輪廓曲線（虛線）的偏差示意圖。將圖4中理論輪廓曲線和擬合樣條曲線展開(kāi)如圖5所示。每個(gè)加工點(diǎn)的實(shí)際補(bǔ)償值可從樣條曲線與理論輪廓的法向偏差值獲得。

圖4 “窗口”理論輪廓（虛線）和實(shí)際測(cè)量擬合樣條曲線偏差示意圖

圖5 “窗口”輪廓展開(kāi)示意圖

3 輪轂去除飛邊加工實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證上述輪轂飛邊去除方法的可行性，采用MarPoss在線測(cè)量系統(tǒng)對(duì)每個(gè)輪轂“窗口”的8個(gè)位置進(jìn)行測(cè)量，然后根據(jù)8個(gè)位置的坐標(biāo)對(duì)“窗口”輪廓進(jìn)行擬合，再根據(jù)樣條曲線與理論輪廓的法向偏差值設(shè)置各點(diǎn)刀具直徑補(bǔ)償值，使用程序輸入刀具補(bǔ)償量指令（如FANUC系統(tǒng)的G10）按理論輪廓編程進(jìn)行加工。

圖5為輪轂飛邊加工，如圖6為去除飛邊效果圖。從圖中可以看出，輪轂“窗口”被加工面寬度比較一致，不存在過(guò)切和欠切。

圖6 輪轂“窗口”輪廓測(cè)量

圖7 飛邊去除加工

圖8 去除飛邊效果圖

4 結(jié)論

首先采用Marposs在線測(cè)量系統(tǒng)對(duì)摩托車輪轂的窗口輪廓坐標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，然后將測(cè)量數(shù)據(jù)與輪轂理論輪廓數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，將比較所得偏差映射到根據(jù)理論輪廓數(shù)據(jù)確定的加工路徑中去，采用樣條曲線將各偏差數(shù)據(jù)點(diǎn)連接起來(lái)，再?gòu)臉訔l曲線上獲取每個(gè)加工點(diǎn)的偏差值，進(jìn)而將偏差值補(bǔ)償?shù)綄?duì)應(yīng)的加工路徑點(diǎn)中對(duì)飛邊進(jìn)行去除，不存在過(guò)切和欠切。