一種基于計(jì)算機(jī)仿真的機(jī)械零件精度加工模擬技術(shù)

:高精密機(jī)械零件的加工成本極高,為了避免由于設(shè)計(jì)錯(cuò)誤造成的加工失敗。本文提出一種用于機(jī)械零件加工模擬的計(jì)算仿真技術(shù)。通過(guò)圖像處理的方式,準(zhǔn)確模擬加工后零件的尺寸特征,在仿真過(guò)程中,采用邊緣擬合配合誤差補(bǔ)償?shù)姆椒?運(yùn)用最小二乘法完成復(fù)雜元器件的擬合過(guò)程,為了保證精度的要求,運(yùn)用擬合誤差補(bǔ)償技術(shù),最大程度的完成機(jī)械零件高精度加工模擬。計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)證明,本文方法下的零件擬合,能夠滿足精度要求,取得了令人滿意的結(jié)果。

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隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)自動(dòng)化的不斷發(fā)展,相關(guān)學(xué)者開(kāi)始重視對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的研究。精密加工技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)零件所采用的重要手段之一。機(jī)械制造企業(yè)采用精密加工技術(shù)能夠更新產(chǎn)品的質(zhì)量、提高產(chǎn)量,進(jìn)而增強(qiáng)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。精密加工技術(shù)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)零件加工的高精度以及零件表面質(zhì)量的最優(yōu)化。當(dāng)前的機(jī)械零件具有復(fù)雜性和多樣性,其從最初的單一模型逐漸發(fā)展為多模型,零件上的孔由原來(lái)的單一孔類型向多類型孔發(fā)展,這些變化會(huì)導(dǎo)致零件對(duì)相應(yīng)的零件加工技術(shù)和精度的要求越來(lái)越高。企業(yè)生產(chǎn)某種類型的機(jī)器設(shè)備時(shí),通常采用流水線生產(chǎn)方式完成對(duì)機(jī)器產(chǎn)品的加工和組裝。

一個(gè)機(jī)器設(shè)備由大量的零件組成,不同的零件會(huì)由不同的生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行加工,再進(jìn)行組裝形成最終的機(jī)器產(chǎn)品。各個(gè)零件的質(zhì)量以及各零件之間的吻合匹配精度決定了最終合成的機(jī)器產(chǎn)品的性能高低。零件的形狀以及曲面精度,影響相應(yīng)產(chǎn)品的質(zhì)量、運(yùn)行效率、安全性、使用周期等因素;零件的形位公差決定著零件之間的匹配精度。因此對(duì)各零件質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)有效檢測(cè),可確保組合產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷發(fā)展,采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬機(jī)械零件的加工過(guò)程,能夠大大降低企業(yè)的加工成本,提高零件加工精度和效率。

1 高精密零件生產(chǎn)中的圖像擬合

采用計(jì)算機(jī)模擬零件的加工過(guò)程,需要先采集零件的特征數(shù)據(jù)。本文通過(guò)圖像處理技術(shù)定位零件的坐標(biāo),進(jìn)而獲取零件的邊緣數(shù)據(jù);基于零件的邊緣數(shù)據(jù),采用相應(yīng)的方法能夠獲取目標(biāo)參數(shù)。本文對(duì)圓形零件的計(jì)算機(jī)模擬過(guò)程進(jìn)行分析,通過(guò)最小二乘法擬合該圓,可以及時(shí)有效的獲取各圓孔的孔徑以及圓心坐標(biāo)。詳細(xì)的過(guò)程為:

依據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)方法原理,需要從從一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(xi,yi )(i=1,2,…,p)中提取自變量x與因變量y 之間的函數(shù)關(guān)系y=G(x)。由于觀測(cè)的數(shù)據(jù)通常具有隨機(jī)性,因此要求y=G(x)不必通過(guò)全部點(diǎn)(xi,yi ),但是要求在給定點(diǎn)xi 上的誤差ζi=G(x)-yi ( i=1,2,…,p)需要依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范實(shí)現(xiàn)最小化。最小二乘法的原理為:如果存在一組數(shù)據(jù)(xi,yi )(i=1,2,…,p),則需要在函數(shù)空間μ=span{μ0,μ1,…,μq}中搜索出一個(gè)函數(shù)y=Z*(x),使誤差平方和為:

式中:

上文獲取的零件邊緣數(shù)據(jù)可作為圓孔的邊緣離散測(cè)量點(diǎn)集(xi,yi )(i=1,2,…,p),假設(shè)理想圓的圓心是W0 ( x0,y0),半徑是r,則采用式(3)可得測(cè)量點(diǎn)到圓的代數(shù)距離:

為了便于求解,對(duì)上式進(jìn)行再次變換可得:

其中,(x,y)∈{(xi,yi ),|i=1,2,…,p}。式(4)可簡(jiǎn)化成:

其中,

因此可得:

函數(shù)G(x)可描述點(diǎn)W(x,y)到二次曲線G(x)=0 的代數(shù)距離,對(duì)零件邊界點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合,能夠獲取零件的圓心坐標(biāo)和半徑。

2 擬合誤差補(bǔ)償技術(shù)

通過(guò)運(yùn)算獲取零件的相關(guān)擬合數(shù)據(jù)后,應(yīng)對(duì)這些擬合數(shù)據(jù)進(jìn)行位置誤差補(bǔ)償。零件的角度誤差以及徑向誤差影響著零件的位置誤差。各圓孔的位置誤差具有一定的關(guān)聯(lián)性,分析單個(gè)零件的相關(guān)參量是否小于該零件的容差,可以判斷該零件的質(zhì)量是否合格。因此在一定的容差范圍內(nèi),可實(shí)現(xiàn)對(duì)圓孔零件的徑向誤差補(bǔ)償和角度誤差補(bǔ)償,獲取最佳分析位置,進(jìn)而得到最優(yōu)的數(shù)據(jù)。