尺寸精度

尺寸精度（精选7篇）

尺寸精度 篇1

作为精密刀具领先的全面的供应商之一, 德国KOMET (高迈特) 集团不断开发刀具, 使用户进一步提高生产率。典型的例子是该公司在AMB 2012 (国际金属加工展) 中展出了KOMET KUB Centron®取芯钻头的最新发展——KOMET KUB Centron®Powerline标准刀具。新的Powerline产品系列包含KUB Centron®钻头的重要特性, 如中央钻尖、清晰的连接点和钻头。不过, 采用方形Quatron双面刀片则是最新改进。用户可以从其双刃中受益, 进而提高进给速度, 并相应地缩短生产时间。KOMET KUB Centron®Powerline的中央钻尖可以将刀具精确地导入钻孔轴内, 确保了钻孔深度达9×D时尺寸的精度、直线度和最佳的工艺可靠性。极其坚固的Quatron双面刀片还确保了最大的稳定性和最佳的金属切削率, 即使是钻较深的孔。由于每边齿间距可达39毫米以上, 所以即使是切削难以加工的材料, 其产生的金属屑也较短。新的KOMET KUB Centron®Powerline适用于KUB Centron®现有的所有基本要素。

尺寸精度的灰色预测模型研究 篇2

关键词：尺寸精度,灰色模型,缓冲算子

1 引言

机械产品加工过程中影响尺寸精度的因素很多, 其中的主要影响因素:原始误差, 机床误差, 刀具误差是没办法测量的, 所以机械加工过程是个典型的灰色过程[1]。

灰色模型就是应用数理统计知识和建模理论, 根据已知的少量信息进行建模, 减弱系统的随机性。由于随时间变化的因素太多, 使得机械加工尺寸有时变性。要想机械加工尺寸有较为准确的预报, 就需要模型能考虑外界环境对尺寸加工的影响, 使得模型能对加工系统及时做出正确的反应。在传统灰色模型的基础上, 通过指数型弱化算子的构造弱化外界环境对原始数据失真的干扰, 以此优化预报模型的预报精度[2]。

2 GM (1, 1) 模型的建立

灰色预报模型主要是通过先建立原始序列, 对原始序列进行一次累加生成累加序列, 通过最小二乘法求出参数的计算公式, 以微分方程作为演绎推理工具等, 得到时间响应序列函数, 然后对模型进行理论和实验分析, 对尺寸精度进行灰色预报[3]。

2.1 试验准备

试验时使用的车床为C5112A型数控单住立式车床, 内圆直径尺寸为mm的进油环, 通过实验观察在连续加工过程中车削加工的尺寸偏差的趋势性和随机性, 发现机械加工过程对加工尺寸的影响规律。

2.2 试验数据

取直径尺寸偏差为预报对象, 以进油环内圆直径尺寸的偏差值为建模的序列, 建立GM (1, 1) 模型。偏差值见表2.1

(um)

2.3 试验过程

试验步骤如下:

第一步建立原始序列。将表2.1中的原始数据以6个为单位代入时间序列GM (1, 1) 模型, 设进油环内圆直径尺寸变量X (0) ={X (i) (0) , i=1, 2, ..., n}。

第二步建立累加序列。对X (0) 进行一次累加生成一次累加序列:X (1) ={X (K) (1) , K=1, 2, …, n}={5 10 19 21 30 38}

第三步生成微分方程。GM (1, 1) 模型相应的微分方程为

式中:a为发展灰数;μ为内生控制灰数。

第四步利用最小二乘法求解。即可得预测模型

用式2.4即可算出预测值如表2.2所示

3 精度优化

引入缓冲算子, 优化模型精度。首先对原始数据序列进行一阶弱化处理, 建立基于弱化缓冲算子处理后数据序列的生成模型, 将生成模型还原成原始数据模型进行预测从而起到弱化数据失真的作用, 优化模型预测精度[4]。

3.1 指数型弱化缓冲算子的构造

基本概念:设X (0) = (X (0) (1) , X (0) (2) , ……, X (0) (n) ) 为系统真实行为序列, 而观察到的系统行为数据序列为X=X (0) (1) +ε1, X (0) (2) +ε2, ……, X (0) (n) +εn=X (0) +ε, 其中ε= (ε1, ε2, ……, εn) 是n个冲击扰动组成的数据序列, 称X为冲击扰动序列。

弱化缓冲算子序列的构造:设为系统行为特征序列, 且令缓冲序列XD1= (x (1) d1, x (2) d2, ……, x (n) d1) ,

X (k) d1)

则当X为单调序列 (不论增长或衰减) 或振荡序列时, D1、D2、D3、D4皆为弱化缓冲算子[5]。

对原始数据序列X= (5 10 19 21 30 38) , 利用一阶k次平均弱化缓冲算子, 将原始数据进行一阶弱化处理, 处理后利用GM (1, 1) 模型分别对缓冲作用序列建模。经缓冲算子D1、D2、D3、D4作用后的弱化缓冲序列分别为XD1、XD2、XD3、XD4, 相应的分别建立GM (1, 1) 模型, 可得预测模型为:

通过模型所得预测值与原始数据建立的模型所得预测值的相对误差如表3.1:

从图中数据可以看出, 预测值相对误差比较小, 表明外界扰动因素对原始数据失真的影响较小, 预测模型对精度反应准确, 同时, 说明在模型预测中可以引入缓冲算子, 当数据存在失真状态时, 修正模型精度。

4 结论

4.1 运用灰色预测模型, 对改进后的生产过程进行预测。

灰色预测模型能考虑外界环境对尺寸加工的影响, 使得模型能对加工系统及时做出正确的反应。

4.2 引入弱化缓冲算子, 优化模型精度。

通过试验建立的模型可以用来预测尺寸精度, 减少生产过程中的调试次数, 但加工过程中对工件的影响因素具有时变形和动态性, 一些数据序列的波动差异性比较显著, 为了建模后得到的模拟误差相对较小, 引入弱化缓冲算子, 优化模型预测精度。

参考文献

[1]何俊, 张玉灵关叶.灰色预测模型的优化及应用[J].数学的实践与认识, 2013 (6) :86-91.

[2]叶璟, 李炳军, 刘芳.弱化缓冲算子对GM (1, 1) 模型的预测效应及适用性[J].系统工程理论与实践, 2014 (9) :2364-2371.

[3]邓聚龙.灰理论基础[M].武汉:华中科技大学出版社, 2002.

[4]刘思峰, 关叶青.关于弱化缓冲算子序列的研究[J].中国科学管理, 2007 (4) :89-92.

尺寸精度 篇3

1 直线尺寸精度控制方法

1.1 一次精车法

将只经过一次精加工便可使加工精度达到预期效果的方法称为精车法。

图1 所示为广州数控车床GSK980T车削的直径为φ44 的外圆轴类零件。在机床刀具偏置磨损零件时, 应预留0.5 的加工余量, 以便在粗车后对其进行精加工。与对称偏差不同, 尺寸偏差应该选取中值尺寸43.988 编写轮廓程序。在经过较为理想的粗加工后, 零件的尺寸可以达到44.488.工件尺寸的测量要等粗车完毕, 并且主轴已不再旋转后方可进行。经过测量, 零件直径方向的尺寸要比预先设置的尺寸44.488 偏大。这时, 可重置机床刀具偏置磨损表中的数据, 然后再次进行精车。

由于主轴经常改变转速, 所以使用一次精车法容易产生误差, 精度也不是很高, 只适用于打磨允许出现较大误差的零件。与精加工相比, 粗加工的转速要慢得多。如果把粗车的打磨速度提升到精车的水平, 那么其刀具的受力情况会发生较大改变。相对的, 加工精度也很难得到控制。

1.2 二次精车法

与一次精车法不同, 二次精车法是为了确保零件尺寸的精确度, 而对零件进行两次精加工。二次精车法一般要经过粗车、一次精车程序, 之后经过测量, 改变原来的刀具偏置磨损数据, 再进行二次精车。此方法要确保预留的一次精车和二次精车的加工余量差别不大, 以保证刀具受力情况相对均匀, 从而稳定零件的加工情况, 避免出现较大误差。与此同时, 粗车前、一次精车和二次精车设置的加工余量也不能有较大差距, 以确保加工精度。在设置加工余量时, 要确保车内孔时的加工余量数值是负数, 车外圆时的加工余量数值是正数。如果在加工过程中需对零件的尺寸进行测量, 则用M00 暂停加工程序即可。在对尺寸进行控制时, 需采用中值尺寸, 而非极限尺寸。

采用二次精车法加工工件时, 为了确保加工精度, 需要注意工件要求的加工尺寸和实际测量结果, 再通过二者的差值来改变刀具偏置磨损表中的数据。如图2 所示, 当工件需要加工的部分是锥度时, 要想有效地控制工件的尺寸, 就需要求得较大一端和较小一端的尺寸。

如图3所示, 如果工件中含有外圆轮廓, 且各个轮廓间要求的公差不同, 为了有效控制精度, 就要对加工程序进行适当修改, 运用较为一致的刀具半径补偿值。同时, 编写程序时, 要取工件中各外圆轮廓的中值尺寸, 而非轮廓尺寸。在测量外圆轮廓的尺寸时, 应该以尺寸较多的外圆轮廓为准, 改变刀具偏置磨损的数值, 使外圆轮廓尺寸符合要求。以图中尺寸与尺寸为例, 在程序编写中, 涉及到二者的中值尺寸就需要计算尺寸与尺寸的差值, 同时加上的尺寸。如果要批量生产零件, 那么只需在前两件零件的制作过程中适当调整程序即可。二次精车法虽然在操作上相对烦琐, 但是能够提高零件加工制作的精度, 也适用于高精度和相对精密零件的加工中。

注意事项:在零件加工过程中, 不仅要考虑到零件尺寸的精确度, 也要充分考虑其表面的粗糙度。当零件的加工余量达到0.3 时, 为了达到零件要求的表面粗糙度, 需要考虑自磨刀的切削参数是否需要调整;当零件的加工余量达到0.1 或0.2 时, 为了达到零件要求的表面粗糙度, 需要考虑机夹刀的切削参数是否需要调整。自磨刀的刀尖半径较小, 其圆弧半径可忽略不计, 因此, 只能用自磨刀进行零件的粗加工。而机夹刀可用于精加工, 因为已知其刀尖圆弧半径。为了充分发挥刀具半径补偿值的作用, 可以在程序里添加G41/G42 和D01 等指令。

1.3 长度和尺寸精度的控制

对刀操作和预留加工余量这两种控制方法主要是针对对零件长度和尺寸精度有较高要求的零件提出的。对刀操作对准确性的要求非常严格, 一般要求精确到0.01 mm。控制零件的长度, 以使其达到精度要求, 只需第一把刀具即可, 其余刀具则负责相应的粗加工和精加工。例如, 在加工凹槽时, 需用切槽刀, 并且在操作时, 要在凹槽的左右两面预留加工余量。在精加工之前, 需对经过粗加工后的零件尺寸进行测量, 并调整程序。在加工制作零件前, 要注意仔细安装刀具, 以免使加工精度受到影响。在进行第一把刀的对刀时, 可以采用刀尖与顶尖中心对准的方法, 也可以试切, 直至刀具恰好切削到相应零件的中心位置, 还可以把第一把刀具作为基准刀, 将第二把与第三把刀具调到与其等高即可。而进行切断刀的对刀时, 切断刀的刀尖高度不能超过工件中心, 以免造成失误;而螺纹刀的对刀情况刚好与切断刀相反。由于在零件加工过程中螺纹刀会受到挤压, 导致刀尖向下移动, 因此, 提高刀尖的高度可以有效补偿刀尖的下移量。

2 结束语

总之, 数控编程技术已广泛应用于众多行业中, 也在现代机械制造中起着不可替代的作用。为了使其获得更进一步的发展, 相关人员需要加强数控车削加工过程中对直线尺寸精度的控制, 并熟练掌握数控编程技术, 以达到进一步推广和使用数控编程技术的目的。

参考文献

[1]李劲夫.数控车削加工中的工件尺寸精度控制方法[J].职业, 2008 (21) .

尺寸管理与白车身装配的精度控制 篇4

1 概述

在科学技术与生产制造日益发展的今天, 汽车行业的竞争越来越激烈, 白车身的精度品质对整个产品质量起着决定性的作用, 白车身生产过程中的尺寸质量控制就非常关键。白车身尺寸管理的关键环节如下。

(1) 制定DTS, 以此为出发点从总成到分总成再到单件逐级进行公差分解, 其中包括特殊公差。

(2) 制定GD&T图纸, 体现基准和公差要求。

(3) 以GD&T图纸为标准, 生产和制造冲压件和分总成件。

(4) 在白车身装配时, 测量和控制车身骨架关键点 (包含功能尺寸) , 以此保证整个白车身的精度。

2 整车公差系统的定义

2.1 DTS的制定

在每一款新品开发的初期, 要定义产品规格DTS, 即间隙和段差。影响DTS制定的因素有市场需求和客户心理、竞争车型、产品战略规划等。总的说来, DTS要保持较高水平, 既需要有很强的市场竞争力, 又要有可制造性, 即在现有工艺制造能力之下能够生产出来。图1为某车型的部分DTS。

2.2 零件、分总成公差的分配

DTS制定是第一步, 能否实现, 也就是能不能做出来更加重要。对DTS的预测评估和计算验证通常有两种方法。

(1) 把车身目标值分解到每个分总成, 再逐级分解到每个单件, 求得每个单件所允许的公差, 看工艺制造部门和供应商能力能否达到。分解的过程整体可看作是尺寸链的计算过程, 被分解的每个因子即是尺寸链中的组成环, 中间的每一个组成环对最后求得的结果有着直接的影响, 如果最后求得的结果工艺制造部门或供应商无法实现, 可以分析调整中间的某些影响比较大的环。也就是分析调整相对应的工艺方法或者工装。比如可能是调整分总成的焊接工序, 可能是调整模具或者夹具的定位等, 以达到DTS要求。如果中间每一个影响因素 (组成环) 的工艺能力稳定可控, 最后所求的结果还是不能实现, 就要调整DTS目标值。

(2) 可以根据以往产品制造的经验, 清楚每个工艺制造部门或供应商的能力, 清楚每一个环节的工艺能力。公差可以从单件累积到分总成, 再从分总成累积到车身, 同样累积的过程也可以看作是尺寸链的计算过程, 累积的每一个环节对最后求得的结果也有着直接的影响。如果每个环节都体现力所能及的工艺制造能力, 累积求得的结果不能达到DTS目标值, 这时就要考虑调整DTS目标值。

两种方法的分析过程都离不开尺寸链的分析, 而影响尺寸链的因素有车身的结构, 焊接装配的顺序, 模具、检具、夹具等工装精度, 工装之间基准的统一等, 所以产品设计要非常注重车身的结构, 尽量采用能够吸收公差的车身结构。制作公共基准系统使得模、夹、检基准统一, 减少基准转换带来的偏差。第2种方法被普遍应用。

2.3 特殊公差 (偏移公差)

(1) 设定特殊公差的目的

在制造汽车的过程中, 不仅要保证每个零件的加工精度, 还要保证零件能够正确地进行装配, 才能达到规定的整车精度要求。由于冲压件的回弹特性, 零件按产品数模加工后, 在部件组装过程中经常产生干涉现象, 出现不能装配或装配不到位 (干涉) 等问题, 需要对零件进行修正, 找出偏移量后对模具进行修正, 调试周期相对较长。所以, 应当对零件之间匹配可能产生干涉的部位, 尤其是对影响车身长、宽、高的重要零部件制定公差时, 根据实际需要将公差中心向某一方向做偏移, 预先设定偏移量。

(2) 特殊公差的制定

需根据装配顺序进行分析, 合理设置特殊公差。不同装配顺序, 特殊公差制作结果不相同。

案例1。如图2, 在某车型下部总成里, 前挡板和后地板本体由于钣金件反弹的影响, 装配后整车的宽度经常会向正向超差。所以制定公差时, Y向两配合面分别向车内走了0.5 mm的公差, 如图3。同时对影响车身高度的前挡板Z向做了特殊公差, 下移0.5 mm, 这样装配后尺寸精度得以提高。后地板本体 (如图4) 也如此。

案例2。图5为某车型前地板焊接过程, 图6为其总成断面。由图6看出, 左、右前地板分总成与中通道最好能改为滑动搭接, 以吸收公差累计。如果不能更改, 需要做特殊公差。

根据焊装工序卡或者树状图分析焊接顺序, 3个总成在同一序焊接完成, 可以只对中央通道配合面作特殊公差, 如图7。

案例3。图8a显示3个分总成连接。图8b A处前纵梁后部本体总成里前纵梁后部前加强板与前纵梁后部后加强板配合, 可能会出现装配困难的现象, 要做特殊公差。同时1、2、3在同一序焊接, 三者为对接。焊接过程中, 可能会出现组装干涉, 件无法放在夹具上焊接生产, B、C处也要考虑特殊公差。在这里应当先考虑B、C两处的对接, 再考虑A处的装配。分析结果如图9。

两种结果比较如下。图10为不做特殊公差的结果, 制件表现为对称公差, 公差取±0.5 mm。图11为做特殊公差的结果, 制件表现为不对称公差, 公差中心向一个方向移动0.5 mm。

2.4 正式GD&T图纸的产生

对DTS尺寸链分析计算验证和公差分解后, 就可以把这些公差结果定义在GD&T图纸里。GD&T图纸是制造业普遍应用的工程技术语言, 清楚表达零部件 (单件和总成) 的所有尺寸和精度技术要求, 包括尺寸特征、公差要求、基准系统、孔位、面加工要求, 以及装配要求等。特殊公差可以包含在GD&T里。特殊公差的表现形式对于零件来说就是不对称公差。GD&T图纸既是产品要达到的目标定义, 也是设计、制造加工、焊接装配等过程共同遵守的标准, 同时是验收产品最终质量的依据。一切工装制作也以此为基础。

3 白车身装配精度的控制

3.1 零部件尺寸公差实现的过程

单件尺寸精度是装配的基础, 单件公差的控制非常重要。常用测量手段有检具、CMM等。图12是单件质量改进流程, 主要靠模具整改来实现。冲压件的质量得以保证之后就是分总成的尺寸质量控制, 焊装工艺和工装的监控是关键。搭接方式、焊装顺序、夹具精度、操作人员的技术熟练程度等因素均能影响焊接件的尺寸精度。图13显示了分总成质量改进流程。车身出现质量问题时, 要及时检测焊装总成件, 并结合每个零件的检测报告, 分析确认哪里出了问题, 及时提出切实可行的改进方案, 有效地控制车身质量。

3.2 功能尺寸

白车身制造过程中存在很多有装配关系的孔组, 相比孔本身在绝对坐标系下的位置度公差来说, 人们更关注孔之间的相互位置。如何控制孔间尺寸公差更加重要, 这是功能尺寸的概念。反映在骨架测量点上, 就是在不影响装车及车身外观匹配的前提下, 测量点的位置度公差可以放大, 但功能尺寸不能放大, 甚至更严格控制, 以保证装配需要。

如图14, 车身测量点28~34为某车的翼子板安装点。图15中的49~51为前大灯安装点.

测量点28~34之间、49~51之间都有很高的相对位置要求, 即功能尺寸需要保证, 否则翼子板和大灯在车身骨架上的装配变得困难, 在这里单件翼子板和大灯安装孔决定了骨架上对应的安装位置之间的要求。在车身骨架焊装过程中, 要利用一切方法使功能尺寸得到控制。

通常, 对白车身骨架有功能尺寸要求的装配件有左/右前大灯、前/后保险杠、左/右尾灯、仪表板、翼子板、前舱盖等。

尺寸精度 篇5

在图像处理和测量的过程中，利用经典算子进行边缘检测时，一般只能检测某些特定方向的边缘，比如水平方向边缘、垂直方向边缘;但是实际的工件有很多种类型的边缘，比如圆弧边缘、斜边缘等等;而且经典算子检测到的边缘也只是属于像素级的，这样精度往往不高，不能满足要求。针对上述存在缺陷，提出一种基于多种边缘检测高精度亚像素边缘定位方法;该方法不仅具有较高的检测精度，而且计算量小，处理速度快。

1 检测原理

针对在汽车发动机气门尺寸检测系统中遇到的实际问题，对其进行研究，提出了多种边缘高精度定位方法;其原理是:首先采用中值滤波和高斯滤波对气门采集图像进行预处理，然后用sobel模板算子对边缘进行粗略提取，在初步定位边缘的基础上，再使用质心法对图像边缘进行亚像素边缘精确定位，最后通过畸变校正方法对像素坐标进行补偿计算，以实现对被测工件的多种边缘精确定位，完成对象的精确尺寸检测。

2 算法实现

2.1 图像预处理

在工件图像采集和传输的过程中，由于照明系统、相机镜头畸变、量化误差、灰尘、温度、湿度、震动等影响，必然会产生大量的噪声。因此在检测之前必须对原始图像进行预处理。

针对本项目中工件图像主要存在的椒盐噪声和高斯噪声。图像预处理算法主要采用中值滤波和高斯滤波。其具体算法如下所示:

中值滤波:选用的中值滤波窗口大小为(3×3)pixle，定义f(i,j)代表窗口中(i,j)位置的像素灰度值，其中(i,j={-1,0,1})。favg为该窗口中9个像素的灰度平均值，那么该窗口中心像素，也就是滤波的目标像素灰度值f(0,0)=favg。

高斯滤波:高斯滤波对图像进行加权平均，每一个像素灰度值，都由其自身和其邻域内的其他像素灰度值经过加权平均得到。本文结合项目选用的高斯滤波窗口大小为(3×3)pixle，其权值分布如图1所示。

采集到的图像经过中值滤波、高斯滤波预处理后，在很大程度上滤除图像噪声;同时也很好的保护了图像的细节。原始图像的边缘和经过中值滤波、高斯滤波后的图像边缘效果对比如图2所示。

2.2 边缘提取

针对汽车发动机气门几何尺寸检测系统进行研究。为了满足气门几何尺寸的检测精度要求，需要对气门的边缘进行高精度检测。由于气门边缘类型有多种，用同一种方法检测边缘，不能很好的实现边缘的精确定位。针对不同的边缘使用不同的检测算法，以实现较高精度的边缘定位，从而实现气门几何尺寸检测精度要求。汽车发动机气门多种边缘图如图3所示。

针对不同边缘使用不同算法，其中详细的算法描述如下。

2.2.1 水平边缘

因为水平边缘是一条直的水平线，则使用y方向的Sobel模板检测水平直线边缘。y方向的Sobel算子表达式如式(1)。

2.2.2 垂直边缘

因为垂直边缘是一条垂直于水平线的直线，则使用x方向的Sobel模板检测垂直直线边缘。x方向的Sobel算子表达式如式(2)。

2.2.3 左斜边边缘

因为左斜边边缘在其法线方向上的梯度变化最大，所以采用方向为135°的Sobel模板检测左斜边边缘。135°方向的Sobel算子表达式如式(3)。

2.2.4 右斜边边缘

同理，右斜边边缘采用方向为45°的Sobel模板检测。45°方向的Sobel算子表达式如式(4)。

2.2.5 槽位置左右圆弧边缘

对于圆弧边缘，边缘梯度变化最大的方向是时刻发生变化的，对于这样的边缘，同时使用以上四个方向的Sobel模板检测圆弧边缘，这样会得到四个方向的梯度值:fy(x,y),fx(x,y),f45°(x,y),f135°(x,y)。分别将这四个梯度值取绝对值，然后求取最大的梯度值赋给f圆弧(x,y)，即式(5)。

图4为Sobel算子四个方向的卷积模板。

2.3 亚像素边缘精确定位

气门的几何尺寸是通过其采集图像的像素点来计算的，而且相邻的像素中心之间仍然有一定的距离(几个至十几个微米不等)。所以要实现高精度尺寸检测，仅靠像素级边缘定位是不够的，必须实现亚像素级边缘定位。亚像素是将像素这个基本单位再进行细分，它是比像素还小的单位。

采用几何质心法实现亚像素级边缘精确定位。其原理如下:因为气门的形状比较简单，可以将整个气门的所有边缘分类为左边缘、右边缘、上边缘、下边缘，分别对这四个边缘进行几何质心法亚像素边缘定位。以左边缘为例，通过程序控制计算机逐行扫描采集图像，首先通过前面的Sobel算法对每一行的左边缘进行粗略定位，求出每个像素的梯度值f，然后设定一个阈值valve，将第一个出现f>valve的像素点的列坐标i记录下来，将第一个出现f<valve的列坐标j记录下来，那么将这一行列i跟列j范围内的像素点作为可能成为边缘的候选像素点。对这些候选像素点进行质心法亚像素边缘定位，将每一个像素点的梯度值与其横坐标x相乘，得到f×x，然后将所有像素点的这些值求和得到通过下面的一维质心法公式:

可以求得这一行左边缘最理想的那个边缘点。同时很容易知道该点位于图像中的坐标(x0,y0)，其中y0就是扫描那一行的行坐标。

重复上述步骤，在预先设定好的范围内，扫描预先设定好的行数，就可以求出左边缘的一系列边缘点，从而间接得出气门的几何尺寸。

对于气门中其他类型的边缘，同样使用上述方法，只是对水平边缘处理时使用按列扫描。

2.4 镜头畸变校正

从理论上来说，只要在气门采集图像中检测出各个边缘的位置之后，通过计算出某个尺寸的像素宽度就可以根据像素当量求得该尺寸的大小。但是在实际视觉检测系统中，由于镜头畸变的原因会导致实际像素点坐标位置跟理论像素点坐标位置产生偏离，这样就会产生比较大的误差，从而导致检测系统精度下降，很难满足高精度尺寸检测系统的要求。

在目前的光学检测系统中，主要存在的镜头畸变类型为径向畸变，其中切向畸变可以忽略。其中径向畸变的数学模型如下

式(7)中，(u0,v0)是光心位置坐标的精确值，而

式(8)表明，X方向和Y方向的畸变相对值(δx/X，δy/Y)与径向半径平方成正比，即图像中离光心距离越远的地方畸变量越大。由于高此项对畸变的影响很小，所以一般一阶径向畸变已足够描述非线性畸变，这时可写成

通过使用标准件及RAC两步标定算法，可以求出透镜畸变系数k。

在测量气门几何尺寸时，通过上面的亚像素边缘精确定位算法找到各个边缘的像素点位置，然后根据这些像素点距离光心的距离分别求出(δx，δy)，跟据式(10)求出畸变校正后的像素点坐标位置

式(10)中(X,Y)是空间点在没有畸变情况下的理想成像坐标位置，(X',Y')是在受到镜头失真影响而偏移的实际像平面坐标。

利用上面的畸变校正方法求出各个边缘像素点在没有畸变情况下的理想坐标位置，通过边缘像素点的坐标位置，根据像素当量求得气门中各个尺寸的大小。

3 实验结果及分析

该项目是与怀集登云汽配股份有限公司签订的广东省教育部产学研结合基金资助项目(2010B090400382)。用本高精度检测算法对汽车发动机气门进行了实验验证和尺寸检测，其硬件系统是基于线阵CCD的二维轮廓多尺寸图像检测系统，采用被测气门相对线阵CCD移动的方法进行逐行扫描采集气门工件的图像。光学检测系统的软件界面如图5所示。

在保证温度、湿度、光照强度等条件基本相同且适宜的情况下，分别对同一型号气门使用本文的高精度检测方法与原始检测方法进行对比测量，测量数据如下表1所示。

从测量结果表1可知，使用原始算法测量气门各个尺寸(除角度外)误差在0.007 8～0.03 mm之间，而杆母线与锥面夹角误差在0.07°;而使用本文高精度检测方法测量气门各个尺寸(除角度外)误差在0.001 2～0.002 9 mm之间，杆母线与锥面夹角误差在0.001 6°。

4 分析与结论

综合上述理论分析与实验结果可以看出，采用本文的多种边缘高精度尺寸检测算法，能够精确定位气门中的多种边缘，实现气门中各个尺寸的高精度测量，其中尺寸的检测精度可以达到3μm;同时该检测算法具有良好的抗噪能力与稳定性。

参考文献

[1] 徐杜,蒋永平.采用数字同步技术的轴类零件尺寸光电检测.光电工程,2004;31(8):45—49Xu D,Jiang Y P.Optical-electronic test for shaft part size with digital synchronous techniques.Opto-electronic Engineering,2004;31(8):45 —49

[2] 郭斌,徐杜,蒋永平,等.一种轴类零件边缘精确定位方法.计算机工程与应用,2012;48(10):238—241Guo B,Xu D,Jiang Y P.Method of axial parts size detection high accuracy positioning.Computer Engineering and Applications,2012;48 (10):238—241

[3] 黄湛,徐杜,蒋永平.高精度图像尺寸检测镜头畸变校正方法与实现.电子科技,2013;26(8):126—129Hang Z,Xu D,Jiang Y P.The method and realization of lens distortion correction for high-precision image size measurement.Electronic Science and Technology,2013;26(8):126—129

[4] 何春华,张雪飞,胡迎春.基于改进Sobel算子的边缘检测算法的研究.光学技术,2012;38(3):323—327He C,Zhang X F,Hu Y C.A study on the improvedalgorithm for sobel on image edge detection.Optical Technique,2012;38(3):323—327

[5] 古意昌.气门多尺寸计算机视觉高精度检测方法与应用.广州:广东工业大学,2012Gu Y C.Computer vision based high-precision multi-size measurement method and application for valve.Guangzhou:Guangdong University of Technology,2012

[6] 王磊.机器视觉在铜条缺陷在线高速检测中的应用.上海:上海理工大学,2010Wang L.Machine vision applications in online detection of defects on high-speed bar copper.Shanghai:University of Shanghai for Science and Technology,2010

[7] 张少伟.基于机器视觉的边缘检测算法研究与应用.上海:上海交通大学,2013Zhang S W.Research and application of edge detection algorithms based on machine vision.Shanghai:Shanghai Jiaotong University,2013

[8] 陈宝林.最优化理论与算法.北京:清华大学出版社,2005:322Cheng B L.Theory and algorithms of optimization.Beijing:Tsinghua University Press,2005:322

尺寸精度 篇6

为了方便编程以及增加程序的通用性，在数控编程中，一般都不考虑加工刀具的实际几何形状，而是将刀具简化为一个基准点(一般是刀具底面的中心点)，并按技术图纸上的零件轮廓编写该中心点的运动轨迹(如图1所示)。但在实际加工中，由于刀具半径的存在，为避免过切(也就是若刀具按编程轨迹走刀，加工外轮廓时，加工出的零件尺寸比图样要求小了一圈;加工内轮廓时，恰好相反)，机床必须根据不同的进给方向，使刀具中心沿编程轨迹偏移一定的补偿值，才能加工出合格的零件。这种根据输入补偿值及编程轨迹，数控系统自动计算刀具中心点实际运动轨迹的功能，称为刀具半径补偿功能，该功能是数控机床必备的重要基本功能之一。合理利用该项功能，通过设置大小不等的补偿值，只用一个程序，就可得到某一表面的不同外围尺寸，轻松地完成零件的粗、精加工。

一、引导公式

在实际加工中，对有较高精度要求的零件表面，我们都是由粗到精分几道加工工步(序)获得。对图2进行分析，不难得出如下的计算公式：刀具半径补偿值(以下简称刀补值)=刀具半径+加工余量。但最后一道工步(序)的精加工，还需考虑上几道工步由于刀具磨损、让刀等因素造成的尺寸误差以及图纸的加工要求。因此，上述公式可修正为：

刀补值=刀具半径+加工余量+修正值(精加工工步计算)

其中：修正值=误差补偿+公差补偿

在FANUC数控系统中，刀具半径补偿分为几何补偿和磨耗补偿。从思考问题的条理性及逻辑性出发，几何补偿值可视为对刀具的识别，其数值等于刀具半径;而磨耗补偿可视为对尺寸精度的控制，其数值的增减可用于控制加工余量，补偿因刀具的磨损、让刀等因素造成的加工误差以及保证图纸的尺寸公差要求。至于正负符号的确定，则遵守数控坐标轴的正负方向判定原则：一律假定刀具运动而工件相对静止，刀具远离工件的方向为正向。为了清晰便捷地计算刀补值，在输入刀补值时，可在数控机床的几何补偿处输入刀具半径，在磨耗处输入加工余量及修正值。

二、实例诠释

下面通过一个简单的实例分析公式的使用方法。如图3所示，使用直径为φ8mm的立铣刀完成40×40的凸台加工，试计算从粗加工至精加工每一工步的刀补值。

1.工艺分析:单边总余量= (60-40) /2=10mm, φ8立铣刀的切削宽度Ae≤d刀× (0.6～0.9) =4.8～7.2mm。粗加工结束后, 需留0.4mm的加工余量给半精加工和精加工。即粗加工应去除9.6mm的余量, 需分两刀完成。为避免刀具的振动, 粗加工第一刀的切削宽度可设大些, 定为6mm, 则第一刀的余量为4mm。第二刀粗加工的余量如上述为0.4mm, 半精加工的余量为0.2mm, 最后一道精加工的余量为0。各工步的加工余量如表所示。

2.刀补值的计算:根据计算公式:刀补值=刀具半径+加工余量+修正值 (精加工工步计算) , 得出刀补值如表1所示;粗加工至半精加工不需考虑修正值。现在我们具体分析最后一道精加工的修正值计算:

首先计算误差补偿值，半精加工后，需对工件进行测量，并根据测量值调整刀具位置(即调整刀补值)。假设测量值为40.30mm，(理想值应为40.20mm，因为留了0.2mm给精加工)，则误差补偿值为：40.30-40.20=0.10mm，单边补偿值则为0.05mm。因为实际值(测量值)大于理想值，所以下一道工步刀具应靠近工件，即刀补值符号为正，数值等于0.05mm。

其次计算公差补偿, 零件的尺寸要求为, 则中间公差= (es+ei) /2= (0-0.039) =-0.02mm, 单边补偿值=-0.01mm。

由此, 精加工的刀补值=刀具半径+加工余量+修正值=4+0+ (-0.05-0.01) =4-0.05

三、使用刀具半径补偿功能的注意事项

前面阐述了如何利用公式灵活应用刀具半径补偿功能，然而在实际加工中，要用好刀补功能，还必须注意以下几个事项：

1.半径补偿模式的建立与取消需结合G00和G01移动指令使用;

2.避免过切现象:建立好刀补, 才能切入工件;离开工件后, 才能撤消刀补。在刀补模式下, 一般不允许存在两段以上的非补偿平面内的移动指令;

3.防止补偿错误报警:较为常见的错误为“大刀补, 小凹弧”。也就是数控系统不认可“杀鸡用牛刀”的工作方式。我们输入的刀补值有多大, 数控系统就认为所使用的刀具有多大。刀补值应小于使用刀补程序段内轮廓的最小曲率半径, 否则机床报警。

结束语

上述刀补值的计算公式是以FANUC系统为实例进行分析计算, 但其同样适用于其他类型的数控系统。该公式全面考虑了从粗加工到精加工影响刀补值的各项实际因素, 思路清晰, 计算简便, 可最大限度地避免由于大脑疲劳或思路混乱造成的人为失误, 极大地提高了操作人员的工作效率。

摘要：在数控加工过程中, 正确合理地使用刀具半径补偿功能是保证零件尺寸精度的重要手段之一, 目前绝大部分数控机床均具备该项功能。本文就该项补偿值的设定提出建设性的通用计算公式, 并通过具体实例, 诠释该公式的使用方法及使用刀补功能时的注意事项。

关键词：刀具半径补偿功能,计算公式,刀补值的符号,注意事项

参考文献

[1]王荣兴.加工中心培训教程.机械工业出版社出版[J].2006.

尺寸精度 篇7

一、误差产生的原因

一般情况下, 切削加工所产生误差的原因是多向的, 有可能是螺纹的距离精度较差; 也有可能是端面的不平整度; 还可能是圆柱度与圆的跳动过大。这些细微的因素都直接与整个切削工作的质量产生了直接的联系。加工误差的具体原因, 主要包括以下方面。

1. 计量产生的误差

在切削作业的过程中, 计量产生的误差主要来源于图样的视觉错误、尺寸的计算错误、间隙刻度的操作错误等。除此之外, 切削量具的不恰当使用或者校准差错等也会造成加工的误差。

比如, 游标卡尺在使用时会因为螺丝钉的松弛而产生测量误差, 导致机械计算和切削操作时受到错误数据的影响, 使加工物体出现质量上的问题。再比如, 使用千分尺时, 手的力度不稳定, 导致千分尺产生了晃动, 造成测量数字的不准确, 形成影响工件质量的计量误差。

2. 加工系统刚性不足

在进行切削作业时, 加工系统自身的刚性也会导致误差的产生。在通常情况下, 加工系统自身的刚性主要包括三个部分: 刀具、机床还有工件, 其中, 最为影响加工精确度的是机床的切削力度和转速, 但工件与刀具不合标准同样会造成操作误差。在对易变形的物体进行切削操作时, 加工系统的刚性不足使误差发生的概率变大。

3. 刀具导致的误差

刀具造成的加工物体误差可以分为两个方面, 第一即角度的误差, 第二是刀具过度磨损形成的误差。首先, 从刀具的角度误差看, 刀具在进行切割时, 角度发生偏移会给加工的物体产生极大的影响。这主要表现在工件的材料具备可塑性, 切割时角度如果发生偏移, 就会造成刀具刃口宽度及本身形状的变形, 使得加工物体的表面变得粗糙。其次, 刀具角度的偏差必然导致刃口的受热面积发生变化, 直接影响到了工件的散热能力。此外, 刀具过度的磨损使刀具本身的精细程度发生变化, 导致加工零件表面的形状、尺寸也随之改变, 形成了误差。

4. 热变形

加工进行时, 整个工艺系统持续不断地工作产生的热能量, 使加工物体受到作用时发生变形。在实际的操作中, 各热源会相互作用, 这时刀具与工件的内部准确性和稳定性都会受到一定程度的破坏。当物体发生形状的改变时, 就会造成加工误差。

5. 残余应力

残余应力的影响也是切削加工产生误差的一个重要因素, 这主要表现在物体加工时, 切削力和切削热会发生相互作用, 导致物体的内部金属组织产生了不均匀的变化。物体本身的应力不能集中, 就不能形成稳定的加工状态, 误差也就因此产生了。同样, 在常湿状态下, 加工物体内部也会发生相应的改变, 这样设计工件的精度就在残余应力的作用下不断下降, 使得加工物件的误差更加严重。

除此之外, 机床在自身精度上的误差也会造成加工物件的误差, 而机床精度误差的形成因素也是多元的, 比如传动链误差、导向导轨误差、回转主轴误差等, 这些因素都直接影响到了切削加工物件的精度和质量。

二、控制误差的策略

1. 规范操作

工作人员在进行切削作业时, 一定要注意规范自身的操作, 尤其在进行加工物件的测量和数据计算时, 工作人员要做到认真细致, 绝不能大意马虎。首先, 要看清图样并仔细观察, 避免发生视觉上的计量误差。其次, 要用科学的方式对图样尺寸以及相关数据进行精确的计算, 避免因计量错误而出现的误差。再者, 还要及时地清除刻盘度数并控制传动的空隙, 保障正确的操作模式。最后, 还要规范切削加工的操作方法, 在工具使用前要先进行校准, 工具的螺钉要保证牢靠, 在阅读尺度数值时还要熟记量点位置, 避免因为操作不当或不注意导致工件误差。

2. 控制刀具的误差

在工件的加工过程中, 要最大化消除误差, 就要延长加工系统及加工设备的使用寿命。一般情况下会将车刀的刀尖设计为圆弧状, 并控制圆弧的半径为0. 4mm至1. 6mm之间, 这样就使得车刀的质量更为牢固。在刀具的角度控制上, 工作人员要有效把握刀具的切力大小、切削深度以及刃口的宽度, 这样才能使刀具在切割时更加的精确。另外, 还应该对刀具刃口的锋利程度进行有效检查, 避免刀具使用变形, 也有效地防范了因为刀具过度磨损而造成的误差。在刀具的刀尖上, 还应该保持适当的强度, 避免工件的散热性能受到影响。为此, 工作人员必须改善加工条件并采取有效方法, 对刀具的误差进行实际控制, 从而保证加工零件的最大精确。

3. 强化加工系统

对于切削操作的加工系统, 需要对其进行优化, 应该从以下几方面入手。

( 1) 要强化加工系统的刚性。在切削加工的过程中, 机床的截面形状、零件结构以及工件尺寸要设计合理, 同时要扩大机床表面的相关接触面积, 并通过对机床的增载负荷以及表面粗糙程度的改善, 确保切削工件的精准无误。

( 2) 对制约加工系统刚性的各大因素进行仔细的分析和处理, 全面地掌握加工系统中刀具、工件以及机床三个要素的关联性。

( 3) 对机床的加工功率进行有效控制, 保障一定程度的切削力。在加工方式上要选择合理的辅助支撑方式, 使之达到切削操作的具体要求, 从而降低误差产生的概率。比如, 在实际的切削工作中, 通过对刀具转移变形的控制, 利用校正和补偿的合理方式进行工件的切削加工, 这样就确保了工件本身的精度, 并提高了工件的可靠性和质量。

4. 保证适宜的温度

在切削加工的过程中, 由于机械的持续不断运作, 导致了热能的上升, 从而使加工的工件受热变形, 引起了误差并造成物体质量上的损坏。同时, 在过低温度下, 也会形成常湿的状态, 使物体内部零件发生变化, 形成不稳定的材料因子, 导致工体的加工失去精准性。因此, 要保证加工物体在切削后的准确程度, 就需要对机床的机械加以改进, 采用冷凝管等器具, 保证切削过程中温度的适宜, 避免物体发生变形。

三、结束语

总而言之, 在进行机件的切削加工时, 要有效减小误差, 就必须对误差的成因进行全面的分析, 并有效掌握切削操作中的影响因素, 结合理论与实践将工件的尺寸严格控制, 规范操作, 从根本上促进加工物件的精准化、无误化。同时, 相关工作人员应该完整掌握切削加工系统知识, 合理地利用加工技巧, 不断提升加工切削的实际质量, 以提升切削加工产品的可靠性。

参考文献

[1]丁汉凤.如何提高切削加工精度及尺寸误差的控制探讨[J].科技与企业, 2013 (12) :326.

[2]李长河, 丁玉成, 卢秉恒.高速切削加工技术发展与关键技术[J].青岛理工大学学报, 2009 (02) :7—16.

[3]郭建亮.用误差补偿法提高细长轴车削加工精度的试验研究[J].工具技术, 2009 (05) :31—33.