农机轮盘零件的数控加工工艺论文

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2025-02-07 11:45:40 来源：作者：liziwei

摘要：为满足农业机械生产制造对轮盘零件的需求，以轮盘零件为研究对象，围绕轮盘的数控加工工艺进行探究。在分析以计算机软件为基础的轮盘零件加工工艺流程基础上，探索了轮盘数控建模方法和虚拟仿真加工方法，与传统数控加工方法进行比较，结果显示改进后的轮盘零件数控加工效率和加工精度显著高于优化前。

　　摘要：为满足农业机械生产制造对轮盘零件的需求，以轮盘零件为研究对象，围绕轮盘的数控加工工艺进行探究。在分析以计算机软件为基础的轮盘零件加工工艺流程基础上，探索了轮盘数控建模方法和虚拟仿真加工方法，与传统数控加工方法进行比较，结果显示改进后的轮盘零件数控加工效率和加工精度显著高于优化前。

　　关键词：农业机械；轮盘；数控加工

　　1.问题提出

　　以农机轮盘零件为研究对象，围绕该零件的数控加工工艺进行研究。轮盘是农业机械中常用零部件，主要用于农业机械辅助机构的行走部分，此类行走结构一般由两个相同的轮盘零件组成，一对轮盘支架通过反向螺纹的连接形成整体结构，实现农机辅助机构的行走功能。农机轮盘一般由不同直径的同心圆柱面组成，轮盘周边可能分布孔、槽、凹坑、倒角、圆角、轮齿、凸台、退刀槽等结构，属于农业机械加工中的典型复杂零部件，采用传统数控加工方法可能无法满足轮盘高精度加工需求。因此，提出基于三维建模，采用计算机软件进行轮盘零件设计，并在此基础上运用智能算法制定轮盘零件数控加工工艺。

　　2.基于计算机软件的农机轮盘零件加工工艺流程设计

　　农机轮盘零件的数控加工效果关键在于轮盘设计。根据轮盘零件数控加工对加工效率和加工精度的需求，制定了以下轮盘零件数控加工工艺方案。

　　2.1三维建模

　　三维建模的目的是优化轮盘零件方案设计，为设定数控中心的运行参数、优化刀具行走轨迹提供依据。在建立轮盘零件的三维模型前，工作人员要先采集轮盘零件的加工数据，包括轮盘零件的拓扑结构、形状、尺寸等。采用的轮盘零件三维建模采用逆向重构方法，先采用高清相机采集标准轮盘零件的图像，在获得成品零件的图像后对该图像进行预处理，在图像中检测零件的边缘。基于图像采集，采用HALCON软件拟合算子对零件的边缘展开拟合，在完成上述处理后获得三维建模所需要的信息。为保证三维建模的精度，工作人员在正式分析图像前，还可以对相机实施标记，利用以下公式转换图像的像素点坐标和零件的实际空间坐标：

　　式中Z为轮盘零件图像上的像素点坐标(x0,y0)的变换矩阵；(x1,y1,Z1)表示轮盘的实际空间坐标；j表示相机焦距；h0和h1分别代表相机像元的高度及宽度；和分别表示旋转矩阵和平移矩阵。

　　在处理好轮盘零件的图像后，工作人员可以采用Canny算子对轮盘零件图像实施边缘检测，先结合一阶偏导函数获取图像的像素梯度幅值和方向如下：

　　式中T为轮盘零件的图像；F为轮盘零件图像像素梯度的幅值；为轮盘零件图像像素梯度的方向角参数。

　　上述操作结束后，工作人员可以在像素梯度方向角的基础上进行区域划分，并基于双阈值算法对图像上的边缘像素点展开检测，若检测结果合格则通过有序连接各像素点，获得零件在图像上的实际边界，在提取这些信息后就能在计算机软件中建立出高精度的数学模型。轮盘三维建模的流程见图1。

　　根据图1所示，工作人员在确定零件设计意图后，可以基于图像处理流程生成轮盘零件成品的基体要素，将其作为生成零件细部要素的基础，在此基础上建立出轮盘零件的外形结构，随后根据确定的零件成品的细节特性，修正模型中零件的细节特性，持续改进轮盘零件的三维模型，并采用UGNX等软件进行三维建模，通过直接导入前期建立的各项参数，实现轮盘零件的三维建模，为虚拟仿真和数控加工提供支撑。

　　2.2建立虚拟零件加工环境

　　为避免轮盘零件数控加工中因刀具长度不足导致的问题，工作人员可以采用VERICUT软件建立零件的虚拟数控加工环境，对设计方案下的零件加工进行模拟验证，通过对轮盘零件毛坯、数控中心夹具等进行检测，提前发现数控中心不同运动部件在特定轨迹下的碰撞问题，轮盘虚拟加工环境构建流程见图2。

　　根据图2所示，在建立轮盘的虚拟加工环境的过程中，工作人员要先建立虚拟数控加工中心，结合数控机床的拓扑结构和基本逻辑进行拆解，在拆解机床的基础上建立数控机床的数学模型。在机床建模过程中，工作人员一般只用对机床外壳、面板等进行仿真，只用在计算机软件内导入参与仿真的部件，在完成机床基体模型搭建后建立X、Y、Z三条轴的坐标体系，并对机床数控系统、逻辑控制进行设计。

　　2.3数控加工参数设定

　　在轮盘零件三维建模和虚拟仿真的基础上，工作人员可以运用实例推理智能算法，在实例库数据的支撑下进行问题求解，实例库数据以输入机制和系统过去解决的问题为基础，其算法流程见图3。

　　在实例推理过程中，工作人员可以根据轮盘零件数控加工过程的问题描述，从实例库中寻找一个与问题匹配的实例，若该实例与描述问题相符，则直接输出结果，反之则需要修改实例，直至将输出结果修改至满足数控加工需求为止，并将输出结果作为新的实例数据保存在实例库，为下一次问题描述提供依据。

　　2.4数控加工方式

　　在设定好农机轮盘零件的数控加工参数后，数控加工中心可以采用编码程序完成自动化加工，通过在数控计算机中心输入加工程序后，对该程序进行译码处理，采用刀具插补的方式完成零件加工。在数控加工过程中，工作人员可以采用反馈调节方式实现刀具和工件的位置控制，提高加工精度。轮盘零件数控加工工艺流程见图4。

　　在轮盘零件数控加工工艺中，工作人员可以采用实例库来优化数控机床的各个模块，通过直接输入经过优化的实例，或者通过加工过程匹配与修正方法输出符合零件高精度加工要求的结果后，实现对数控机床整体结构的优化，最后对数控机床的各模块进行拼接，在此基础上完成对数控机床的优化，在特定流程下提高数控机床加工轮盘零件的精度。

　　3.农机轮盘零件改进数控加工工艺的应用效果验证

　　为验证基于计算机软件和智能算法改进的农机轮盘零件数控加工工艺的可行性，明确改进数控加工工艺的应用效果，采用虚拟仿真、实例推理等方法对轮盘零件设计方案以及数控机床进行优化后，将其与传统数控加工方案进行对比，对优化前后数控机床对农机轮盘零件的加工效率和加工精度进行比较，分别在两种数控加工方案下加工6组轮盘零件，试验结果见表1。