浅谈端盖零件重构与快速铸件制造

浅谈端盖零件重构与快速铸件制造

孟庆庆

中车齐齐哈尔车辆有限公司 黑龙江省齐齐哈尔市 161002

摘要：在传统制造业的智能改造升级过程中，多轴机器人广泛应用于智能制造单元中，以补充原料和原料的装卸、零部件的移动等过程。这可以降低工业工人的劳动强度，从而快速提高生产效率，成为智能升级越来越多工厂的首选。本文主要分析端盖零件重构与快速铸件制造。

关键词：模型重构；铸造生产；改型；3D打印

引言

在“中国智造2025”的背景下，现代技术融入到传统铸造行业是实现铸件智能化生产转型的科学道路。随着现代化进程，逆向工程愈加成熟，给零件改型和设计带来不同选择。增材制造的3D打印技术在追求定制化生产的模式下也愈加流行。因此也衍生出更加绿色、智能的生产方式。

1、现代技术下的新流程特点

传统铸造流程分部门进行铸件生产，主要流程为零件改型—铸造工艺设计—铸造工装生产—铸件生产，要求设计人员对整个生产技术有一定的了解，人员流动大，生产周期长。使用逆向工程和3D打印技术进行生产，可以将每个流程简化，零件模型重构—铸造工艺设计—砂型3D打印—浇注清理。相比传统铸造，采用逆向工程对零件模型进行重构的方案对丢失原始数据的模型进行修复和改型更加友好，也加快无纸化生产进程。采用砂型3D打印技术不仅省去设计和制造铸造工装的流程，更省去铸造工艺设计中分型面设计、砂芯设计、拔模斜度等参数的选取，极大减少工艺设计和制造工装的成本。由于需要专业设备进行生产，所以在定制化生产和单件、小批量生产中优势更加凸显。

2、部件扫描流程

（1）将手持扫描仪通电与电脑连接后，使用VXelements软件创建扫描项目。（2）根据说明书和软件提示进行扫描仪校准。（3）根据测量零件特点进行参数配置，比如本次测量零件为铸铁小零件，因此对扫描范围进行调整，快门时间保持默认，扫描精度需要调整到0.1mm。（4）对零件贴定标志点，不同规格标志点不可混用，本次零件较小，将标志点贴于地面作为参考，因此只能进行单个面并且扫描时零件不能移动，保证与标志点相对位置不变。注意标志点不要贴在曲率较大处，对后期修补模型造成误差。（5）扫描部件，扫描时扫描仪距离部件30cm，提示灯显示绿色，保证每次扫描至少有6个标志点被正常扫描，在扫描时，可实时自由视角显示扫描图像，调整扫描位置。对于端盖部件，首先扫描一个面，扫描结束后在同一个项目中创建扫描再对另一个面进行扫描，之后只需要对2次扫描的点云文件进行拟合就可以得到较为准确的特征参数。VXelements软件提供点云处理，在结束时勾选优化体积精度、填充定位目标、优化边界精度选项，利用已调教设备的自动优化命令对标志点等缺陷进行修补，效果良好。（6）处理点云文件，将点云文件进行去除背景。背景包含大量特征点，点云文件不进行去除背景会浪费电脑资源并会导致软件打开崩溃。将点云文件保存后再对点云进行降噪处理，并手动将多余的杂点进行去除。（7）将2个点云文件进行拟合，在端盖扫描中公共点较少，因此采用合并扫描中的曲面最佳拟合，拟合后的效果良好。（8）三维模型建立。将点云文件用点云处理软件进行面片处理。对导出的面片文件进行对齐，通过手动拟合进行拼合，将面片文件进行降噪、修补，并把多余的面片和孤立面片进行删除，整理好形状特征后对其包覆处理，得到实体，对实体进行网格划分，将其分解为片体特征。对照面片进行建模，按照重构的实体模型对建模参数进行调整，最终经过软件对比差值在误差范围内得到合格的实体模型。需要注意在建模时保证基准正确。最后将三维图形转为二维图，并绘制零件图。

3、端盖零件机械加工工艺的设计要点及可行性分析

如果你想做好工作，首先要享受它的装置了解端盖零件的基本结构和用途后，掌握了加工工艺设计原则，这些原则为加工工艺制造、端盖零件的具体加工设计提供了良好的理论基础，主要包括材料选择、确认。

3.1对端盖零件加工工艺设计进行可行性分析

端盖是一个简单的结构零件。曲面处理主要是处理端盖的左侧、右侧和正方形。通常，端面必须围绕中心轴对称，跳动必须满足毫米级的要求。孔加工主要是平的，优点是孔精度可以满足要求。此外，对于端盖，必须使用精密仪器(如机器-工具)来处理主曲面，以确保更高的精度，而非主曲面可直接通过简单的粗加工来完成。因此，该零件最大的优点是加工工艺相对较好且非常可行。

3.2毛坯的确定

选择端部工件时，需要确定工件材料、公差等级和加工的轴承数量。端部填充零件是机器的腕部结构。在机床运行过程中，端盖引起的作用力相对较低，端盖零件的结构本身即使相对简单，尺寸相对较小，许多因素的影响是，材料不需要端盖零价格。因此，设计师选择公母模仁胚料时，必须首先考虑盖子的功能。在实际设计过程中，设计者应参考制造工艺手册，并根据实际需要确定公差等级、大小和轴承数量。同时，设计者选取公母模仁胚料时，必须测量所加工零件圆形部分的最大大小，以实现短工件的加工能力。

3.3对各个加工工序的数据和工具进行确定

在盖子零件机械加工工艺设计过程中，应在加工工作前仔细检查各工序的施工数据，检查加工数量、尺寸和公差数据，基本上保证盖子机械加工数据的准确性。在端盖零件的制造过程中，需要使用不同类型的设备，如铣床、外圆刀片、倒角孔、膨胀孔、钻孔和平板机。主要测量工具是游标夹紧规则、夹紧规则和夹紧规则。在选取凸缘的过程中，必须使用端盖零件的生产量做为标准。在小批量生产过程中，通常使用法兰和组合法兰。许多端盖零件通常使用特殊法兰。

3.4气动夹具夹紧装置的设计

加工零件时，剪切力可能会影响法兰放置机构的放置精度。因此，有必要设计合理的夹紧平面，以确保零件的定位和夹紧的可靠性及其加工精度。放置和安装零件后，按空气压力推动活塞杆，对零件施加夹紧力。夹紧力的作用方向和定位柱轴的支撑点形成了夹紧臂，相比之下，夹紧臂大于由剪力和定位柱轴的支撑点形成的夹紧臂。当两个拧紧力矩和切割力矩沿顺时针方向作用时，力将应用于支撑点。如果两个力矩的作用方向相反，则根据力矩平衡的原则，实际所需的夹紧力小于剪切力。杠杆式夹紧机构的定位有助于提高夹紧稳定性和切削刚度，并有效降低夹紧力的需求。在批准夹紧力时，必须确定夹紧力，前提是有合理和适当的数量。当夹紧力过高时，零件在加工过程中振动，不能满足规定的尺寸和形状位置精度要求；夹紧力过大，虽然不会导致零件的弹性变形和加工错误，但可能会导致重设弹簧疲劳，需要频繁更换重设弹簧，这可能会影响生产稳定性。因此，夹紧力的计算必须根据夹紧机构的工作原理综合分析切刀力、复位弹簧的反作用力和缸内所有元件的摩擦系数等主要因素对夹紧机构的影响。总的来说，影响夹紧力的因素很多，数量模型也很复杂。

3.5联机调试流程分析

建立数控机床与多轴移动机器人之间的通信连接，首先从机器人控制器输出信号检测机执行动作(液压盘动作、气动门动作)，只有机床动作正常时才能工作。如果检测不到控制器输出信号机，则不采取任何操作，且无法连接该机，以避免自动机与机器动作发生碰撞。设备通电后，应启动加工设备(包括数控车床和攻关中心)的循环启动模式，打开在线模式。然后，将初始化自动目录，以便在开始生产之前准备原始材料。

结束语

本文最主要的特点是采用了逆向工程进行模型重构，对于没有数据的部件的修补和零件改型具有重要作用。而采用了砂型3D打印技术将单件、小批量生产和首批制件所需周期缩短，有效控制成本。本文所提出的方案可以分开使用，进行铸造工艺上的简化，符合现代对节省资源、高效生产和绿色生产的要求，对智能化生产线建设具有指导意义。

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