一种基于计算机仿真的机械零件精度加工模拟技术

:高精密机械零件的加工成本极高,为了避免由于设计错误造成的加工失败。本文提出一种用于机械零件加工模拟的计算仿真技术。通过图像处理的方式,准确模拟加工后零件的尺寸特征,在仿真过程中,采用边缘拟合配合误差补偿的方法,运用最小二乘法完成复杂元器件的拟合过程,为了保证精度的要求,运用拟合误差补偿技术,最大程度的完成机械零件高精度加工模拟。计算机仿真实验证明,本文方法下的零件拟合,能够满足精度要求,取得了令人满意的结果。

0

随着科学技术和生产自动化的不断发展,相关学者开始重视对先进制造技术的研究。精密加工技术是当前机械制造企业生产零件所采用的重要手段之一。机械制造企业采用精密加工技术能够更新产品的质量、提高产量,进而增强企业的竞争能力。精密加工技术的目标是实现零件加工的高精度以及零件表面质量的最优化。当前的机械零件具有复杂性和多样性,其从最初的单一模型逐渐发展为多模型,零件上的孔由原来的单一孔类型向多类型孔发展,这些变化会导致零件对相应的零件加工技术和精度的要求越来越高。企业生产某种类型的机器设备时,通常采用流水线生产方式完成对机器产品的加工和组装。

一个机器设备由大量的零件组成,不同的零件会由不同的生产企业进行加工,再进行组装形成最终的机器产品。各个零件的质量以及各零件之间的吻合匹配精度决定了最终合成的机器产品的性能高低。零件的形状以及曲面精度,影响相应产品的质量、运行效率、安全性、使用周期等因素;零件的形位公差决定着零件之间的匹配精度。因此对各零件质量进行及时有效检测,可确保组合产品的质量。随着计算机仿真技术的不断发展,采用计算机仿真技术模拟机械零件的加工过程,能够大大降低企业的加工成本,提高零件加工精度和效率。

1 高精密零件生产中的图像拟合

采用计算机模拟零件的加工过程,需要先采集零件的特征数据。本文通过图像处理技术定位零件的坐标,进而获取零件的边缘数据;基于零件的边缘数据,采用相应的方法能够获取目标参数。本文对圆形零件的计算机模拟过程进行分析,通过最小二乘法拟合该圆,可以及时有效的获取各圆孔的孔径以及圆心坐标。详细的过程为:

依据科学实验的统计方法原理,需要从从一组实验数据(xi,yi )(i=1,2,…,p)中提取自变量x与因变量y 之间的函数关系y=G(x)。由于观测的数据通常具有随机性,因此要求y=G(x)不必通过全部点(xi,yi ),但是要求在给定点xi 上的误差ζi=G(x)-yi ( i=1,2,…,p)需要依据相应的规范实现最小化。最小二乘法的原理为:如果存在一组数据(xi,yi )(i=1,2,…,p),则需要在函数空间μ=span{μ0,μ1,…,μq}中搜索出一个函数y=Z*(x),使误差平方和为:

式中:

上文获取的零件边缘数据可作为圆孔的边缘离散测量点集(xi,yi )(i=1,2,…,p),假设理想圆的圆心是W0 ( x0,y0),半径是r,则采用式(3)可得测量点到圆的代数距离:

为了便于求解,对上式进行再次变换可得:

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

其中,

因此可得:

函数G(x)可描述点W(x,y)到二次曲线G(x)=0 的代数距离,对零件边界点进行曲线拟合,能够获取零件的圆心坐标和半径。

2 拟合误差补偿技术

通过运算获取零件的相关拟合数据后,应对这些拟合数据进行位置误差补偿。零件的角度误差以及径向误差影响着零件的位置误差。各圆孔的位置误差具有一定的关联性,分析单个零件的相关参量是否小于该零件的容差,可以判断该零件的质量是否合格。因此在一定的容差范围内,可实现对圆孔零件的径向误差补偿和角度误差补偿,获取最佳分析位置,进而得到最优的数据。