CN106774172A - 一种d型打结器的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种D型打结器的制造方法，其包括以下步骤：1)对进口D型打结器的各零部件进行3D扫描，并根据3D扫描点云数据对D型打结器进行逆向设计建模，得到D型打结器各零部件的重构模型；2)分析并规划各零部件的加工工艺过程，制造D型打结器各零部件毛坯；3)基于各零部件的重构模型对步骤2)中得到的D型打结器的零部件毛坯进行数控加工，得到D型打结器各零部件的原件；4)将D型打结器各零部件原件进行组装，得到D型打结器。本发明方法可以有效提高D型打结器的加工精度，缩短制作周期，可以广泛应用于D型打结器的加工制作中。

Description

一种D型打结器的制造方法

技术领域

本发明涉及捆绳成结机械技术领域，特别是关于一种D型打结器的制造方法。

背景技术

目前，方草捆捡拾压捆机被广泛应用于农作物秸秆和牧草等原料收集。在工作时，方草捆捡拾压捆机将散落于地面的农作物秸秆和牧草等原料进行捡拾并压制成高密度、整齐的捆式结构，以便于运输、贮存和综合利用。

打结器是方草捆捡拾压捆机的关键核心部件，且多采用D型打结器。D型打结器具有空间相位精度高、曲面形状较为复杂等特征，导致其制造加工过程异常困难。国内方草捆捡拾压捆机的生产厂家长期从国外直接进口较为昂贵的D型打结器，从而严重制约着国产方草捆捡拾压捆机的发展。因而，对D型打结器制造方法进行研究，对于突破国外企业在D型打结器方面的制造技术垄断，提高国内方草捆捡拾压捆机的核心竞争力来说，具有重要意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种D型打结器的制造方法，采用该方法可以有效提高D型打结器的加工精度、缩短制作周期、操作简便。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种D型打结器的制造方法，其包括以下步骤：1)对进口D型打结器的各零部件进行3D扫描，并根据3D扫描点云数据对D型打结器进行逆向设计建模，得到D型打结器各零部件的重构模型；2)分析并规划各零部件的加工工艺过程，制造D型打结器各零部件毛坯；3)基于各零部件的重构模型对步骤2)中得到的D型打结器的零部件毛坯进行数控加工，得到D型打结器各零部件的原件；4)将D型打结器各零部件原件进行组装，得到D型打结器。

所述步骤1)中的重构模型是指采用下述方法构建出的重构模型：①采用非接触式三维激光扫描仪对进口D型打结器的各零部件进行扫描，获得各零部件的3D扫描点云数据；②将各零部件的所有点云数据导入三维软件中，采用三维软件对D型打结器进行逆向设计建模，即重建D型打结器的三维数字化模型，得到D型打结器各零部件的初始重构模型；③采用三维软件对各零部件初始重构模型中的重构曲面进行精度分析；④依据精度分析结果，对步骤②中创建的D型打结器各零部件的初始重构模型进行调整，以使其满足精度要求，最终得到各零部件的重构模型；⑤将D型打结器的各零部件进行虚拟装配，判断各零部件之间是否存在干涉，若存在干涉，进行修改直至满足要求。

所述步骤④中，依据精度分析结果对D型打结器的初始重构模型进行调整的方法为：首先根据需达到的设计精度要求确定两个偏差分析阈值，对所有数据点云中各点与重构曲面之间的距离进行精确等级归类，将重构曲面分为非常精确精度、精确精度和中等精度三种精确等级；若分类为精确精度等级的重构曲面占所有重构曲面比例在95％以上，则不需要进行调整；若分类为精确精度等级的重构曲面占所有重构曲面比例在95％以下，则对各零部件的重构曲面进行调整以满足要求。

所述步骤2)中，根据各零部件的几何信息、工件材料以及工艺要求对D型打结器各零部件的加工工艺进行分析并规划。

所述步骤2)中，采用基于快速成型的熔模铸造方法制作机架、齿盘和脱绳杆大型空间结构复杂零部件毛坯，采用数控车或线切割方法制作D型打结器的其余小型零部件毛坯。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于采用了高精度的非接触式激光扫描和重构精度分析，可以快速得到精度高且满足工作要求的D型打结器三维数字模型。2、本发明由于采用了基于快速成型的熔模铸造技术，因此制造的蜡模不仅精度高、用时短，而且无需开发蜡模模具，节约了成本。也可以在短时间内获得打结器复杂零部件的金属铸件毛坯，缩短了制造周期。3、本发明由于采用了基于重构模型的数控加工技术，保证了零部件的精度要求，同时在CAM环境下计算机自动编程，节约了编程时间，提高了效率，虚拟加工仿真，保证了程序和工艺的准确性。4、本发明可操作性以及重复性强，显著提高了D型打结器的加工精度、缩短了生产周期并且提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明流程图；

图2是本发明D型打结器虚拟装配图主视图；

图3是本发明D型打结器虚拟装配图侧视图；

图4是本发明D型打结器虚拟装配图后视图；

图5是本发明D型打结器钳嘴毛坯；

图6是本发明D型打结器钳嘴；

图7是本发明D型打结器机架毛坯；

图8是本发明D型打结器机架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明D型打结器的制造方法，包括以下步骤：

1)对进口D型打结器的各零部件进行3D扫描，并根据3D扫描点云数据对D型打结器进行逆向设计建模，得到D型打结器各零部件的重构模型。

具体包括以下步骤：

①采用非接触式三维激光扫描仪对进口D型打结器的各零部件进行扫描，获得各零部件的3D扫描点云数据。

②将各零部件的所有点云数据导入已有三维软件中，采用三维软件对D型打结器进行逆向设计建模，即重建D型打结器的三维数字化模型，得到D型打结器各零部件的初始重构模型。

③采用三维软件对各零部件初始重构模型中的重构曲面进行精度分析。

④依据精度分析结果，对步骤②中创建的D型打结器各零部件的初始重构模型进行调整，以使其满足精度要求，最终得到各零部件的重构模型。

根据精度分析结果对初始重构模型进行调整的具体方法为：首先根据需达到的设计精度要求确定两个偏差分析阈值，对所有数据点云中各点与重构曲面之间的距离进行精确等级归类，将重构曲面分为非常精确精度、精确精度和中等精度三种精确等级。若分类为精确精度等级的重构曲面占所有重构曲面比例在95％以上，则不需要进行调整。若分类为精确精度等级的重构曲面占所有重构曲面比例在95％以下，则对各零部件的关键工作曲面进行调整以满足要求。

⑤如图2、3、4所示，将D型打结器的各零部件进行虚拟装配，判断各零部件之间是否存在干涉，若存在干涉，在不影响D型打结器工作的情况下，进行修改。

2)分析并规划D型打结器各零部件的加工工艺过程，制造D型打结器各零部件毛坯。

根据各零部件的几何信息、工件材料以及工艺要求对D型打结器各零部件的加工工艺进行分析并规划。采用基于快速成型的熔模铸造方法制作机架、齿盘和脱绳杆大型空间结构复杂零部件毛坯(如图7所示)，采用数控车或线切割方法制作其余小型零部件毛坯(如图5所示)。

其中，基于快速成型的熔模铸造方法制作机架、齿盘和脱绳杆毛坯包括以下步骤：

①根据工艺要求，在三维软件环境下将其重构模型按照一定的比例放大并改变轴孔尺寸，预留出数控加工的加工余量，然后将该零部件的重构模型输出为STL文件格式。

②通过分层处理软件对其重构模型的STL文件进行检验、修复，进而设置模型的成形方向以及成形位置，然后创建肋状支撑，最后对重构模型进行分层处理，并输出为模型制造数据格式，同时把支撑输出为支撑制造数据格式。

③将得到的模型制造数据和支撑制造数据输送到成形控制软件，由成形控制软件控制快速成型机进行模型的快速成形。

④去除模型的支撑以及废料，并将蜡模放入紫外烘干箱内进行固化处理，然后进行表面打磨等后处理工艺。

⑤对得到的各零部件模型进行注蜡，得到各零部件的蜡模。

⑥在完成后处理的蜡模上焊接浇注系统，得到熔模模组。

⑦对熔模模组进行挂浆操作也即涂抹快干硅溶胶和耐火材料，并进行撒砂操作，待风干硬化后再进行下一层的挂浆撒砂，如此反复四次(根据实际工厂操作确定挂浆撒砂次数，本发明仅以四次为例，但不限于此)，最后进行封浆处理，风干硬化后即可得到型壳。

⑧将型壳置于高温焙烧炉进行高温熔模，蜡模以及浇注系统消失，得到内部为中空结构的型壳，将型壳置于砂箱中，进行填砂和装箱造型，然后向型壳内部浇铸熔融金属液，待型壳内金属液冷却后获得金属铸件。

⑨利用震动脱壳机去除包裹在金属铸件外的型壳，利用激光浇冒口切割机分离浇注系统和金属铸件，同时去除金属铸件的浇口、冒口、工艺头部以及废料后，得到零部件毛坯。

3)基于各零部件的重构模型对步骤2)中得到的D型打结器的零部件毛坯进行数控加工，得到D型打结器各零部件的原件。

具体的，包括以下步骤：

①依据零部件的几何信息、工件材料以及工艺要求对零部件的数控加工工艺进行分析与规划，之后进入CAM(计算机辅助制造)软件环境对各零部件的加工参数进行设置，并生成数控加工程序。

依据零部件的几何信息、工件材料以及工艺要求对零部件的数控加工工艺进行分析与规划，针对每一步工序，进入CAM软件环境设置零部件的加工坐标系及其加工基点，进而对加工参数进行设置，包括定义毛坯、数控加工机床选择、几何参数设置、刀具参数设置、主轴转速设置、进给率参数设置、走刀路线选择、加工方式以及进刀退刀设置，由此生成数控加工的刀具路线，最终由CAM软件自动编制数控加工程序。

②将D型打结器各零部件的重构模型和各零部件的数控加工程序导入数控加工仿真软件，验证刀具加工路线与机床和工装是否发生干涉以及加工的准确性。

③最后将数控加工程序导入数控机床，工装夹紧毛坯件，设定零部件加工坐标系以及坐标基点，运行程序，进行零部件的数控加工，得到各零部件的原件。

4)将得到的D型打结器各零部件的原件进行组装，即可得到D型打结器。

下面结合D型打结器的两个具体零部件D型打结器打结钳嘴和D型打结器机架的制造方法对本发明做进一步阐述。

实施例一

D型打结器打结钳嘴的制造方法步骤如下：

1)对D型打结器的打结钳嘴进行三维模型重构。

①采用非接触式三维激光扫描仪对打结钳嘴进行扫描，得到打结钳嘴的点云数据。

②将打结钳嘴的点云数据导入CATIA软件的逆向模块下进行数据处理(本发明仅以采用CATIA软件为例进行介绍，但不限于此)。通过平面截面提取打结嘴下颚扫掠中心线及其法向方向的曲线；利用多节表面生成下颚曲面，对该曲面应用创成式外形设计模块完成曲面封闭、缝合，然后利用零件设计模块完成打结钳嘴的实体创建，得到打结钳嘴的初始重构模型。其中，平面截面、多节表面、创成式外形设计模块、零件设计模块均为CATIA的具体指令和功能模块。

③运用CATIA的Deviation Analysis工具对打结钳嘴的初始重构模型进行精度分析。

④根据精度分析结果进行调整，本实施例中采取的两个偏差分析阈值分别为0.13mm和0.25mm，即偏差小于0.13㎜为非常精确精度，在0.13～0.25㎜为精确等级，大于0.25㎜为中等精度。

2)如图5所示，分析并规划D型打结器打结钳嘴的加工工艺过程，制造D型打结器打结钳嘴毛坯。

根据打结钳嘴的结构参数，设计打结钳嘴毛坯，材料选用不锈钢，采用数控车和线切割方法加工得到打结钳嘴毛坯。

3)如图6所示，基于打结钳嘴重构模型对打结钳嘴毛坯进行数控加工，得到打结钳嘴原件。

具体的，包括以下步骤：

①依据打结钳嘴的数控加工工艺方案，进入CAM(计算机辅助制造)软件环境对打结钳嘴的加工参数进行设置，并生成数控加工程序。

依据打结钳嘴的几何参数信息、毛坯材料以及工件要求对打结钳嘴毛坯数控加工工序进行分析与规划。针对每一步工序，进入JD-Mill软件环境(一款计算机辅助制造的软件)设置打结钳嘴的加工坐标系及其加工基点，进而对加工参数进行设置，包括定义毛坯、数控加工机床选择、几何参数设置、刀具参数设置、主轴转速设置、进给率参数设置、走刀路线选择、加工方式以及进刀退刀设置，由此生成数控加工的刀具路线，最终由JD-Mill软件自动编制数控加工程序。

打结钳嘴数控加工选用四轴数控铣床。加工基点建立在打结嘴轴线与打结嘴下颚端面的交点处(打结钳嘴的加工坐标系如图5所示)。第一道工序开粗，加工方法：分层环切粗加工；走刀方式：环切走刀；进退刀方式：竖直下刀；刀具选择：平底刀D10.0；加工余量：0.12㎜。第二道工序半精加工，加工方法：曲面精加工；刀具选择：球头刀D6.0R3.0；走刀方式：角度分区，平行截面走刀；加工余量：0.06㎜。第三道工序精加工，加工方法：曲面精加工；走刀方式：角度分区，平行截面；走刀刀具选择：球头刀D6.0R3.0；加工余量：0㎜。

②将打结钳嘴的重构模型和数控加工程序导入数控加工仿真软件，验证刀具加工路线与机床和工装是否发生干涉以及加工的准确性。

③最后将数控加工程序导入数控机床，工装夹紧毛坯件，设定打结钳嘴的加工坐标系以及坐标基点，运行程序，进行打结钳嘴的数控加工。

实施例二

D型打结器机架的制造方法步骤如下：

1)对D型打结器的机架进行三维模型重构。

①采用非接触式三维激光扫描仪对机架进行扫描，得到机架的点云数据。

②将机架的点云数据导入CATIA软件的逆向模块下进行数据处理。通过CATIA软件的快速曲面重建模块的基本曲面重建完成5个轴孔，即机架的驱动齿盘轴孔、脱绳杆轴轴孔、打结嘴轴轴孔、夹绳盘轴轴孔以及蜗杆轴轴孔的圆柱面、端面的拟合，垂直于轴孔圆柱面轴线并过圆柱面轴线和端面交点绘制平面作为轴孔端面，完成5个轴孔实体建模的创建；利用平面截面提取挡板横截面的轮廓线，对轮廓线拉伸至创建的曲面完成挡板实体的创建，得到机架的初始重构模型。

③运用CATIA的Deviation Analysis工具对机架初始重构模型的关键工作曲面进行精度分析，即对机架的驱动齿盘轴孔、脱绳杆轴轴孔、打结嘴轴轴孔、夹绳盘轴轴孔以及蜗杆轴轴孔的精度分析。

④根据精度分析结果进行调整，同样，本实施例中采取的两个偏差分析阈值也为0.13mm和0.25mm。若精确等级以上所占比例在95％以上，就不需要调整。若所占比例在95％以下，就需要对机架的相应曲面进行调整。

2)如图7所示，分析并规划D型打结器机架的加工工艺过程，快速制造D型打结器机架毛坯。

①根据工艺要求，将机架的重构模型按照一定的比例放大并改变轴孔尺寸，预留出机架加工的加工余量，然后将机架的重构模型输出为STL文件格式。

②采用Magics软件(Magics为一种现有的分层处理软件)，对机架重构模型的STL文件进行检验、修复，进而设置机架模型的成形方向以及成形位置，然后创建肋状支撑，最后对机架重构模型进行分层处理，并输出为模型制造数据格式，同时把支撑输出为支撑制造数据格式。

③将得到的模型制造数据和支撑制造数据导入成形控制软件中，通过成形控制软件进行快速成型机的调试和工艺参数设置，在支撑制造数据和模型制造数据以及成形控制软件设置的工艺参数的驱动下控制快速成型机的激光束扫描每一层片的几何信息，然后通过快速成型机完成机架模型的快速成形，得到机架模型。

④对得到的机架模型进行注蜡，得到机架蜡模。

⑤去除机架蜡模的支撑以及废料，将机架蜡模放入紫外烘干箱内进行固化处理，然后进行表面打磨等后处理工艺。

⑥在完成后处理的机架蜡模上焊接浇注系统，得到机架熔模模组。

⑦对机架熔模模组进行挂浆操作也即涂抹快干硅溶胶和耐火材料，并进行撒砂操作，待风干硬化后再进行下一层的挂浆撒砂，如此反复四次，最后进行封浆处理，风干硬化后即可得到机架型壳。

⑧将机架型壳置于高温焙烧炉进行高温熔模，机架蜡模以及浇注系统消失，得到内部为中空结构的机架型壳，将机架型壳至于砂箱中，进行填砂和装箱造型，然后向机架型壳内部浇铸熔融球墨铸铁，待机架型壳内球墨铸铁冷却后获得金属铸件。

⑨利用震动脱壳机去除包裹在金属铸件外的型壳，利用激光浇冒口切割机分离浇注系统和金属铸件，同时去除金属铸件的浇口、冒口、工艺头部以及废料，得到机架金属铸件毛坯。

3)如图8所示，基于机架重构模型对机架金属铸件毛坯进行数控加工，得到机架原件。

具体的，包括以下步骤：

①依据机架的数控加工工艺方案，进入CAM软件环境对机架的加工参数进行设置，并生成数控加工程序。

依据机架的几何参数信息、毛坯材料以及工件要求对机架毛坯数控加工工序进行分析与规划。针对每一步工序，进入JD-Mill软件环境设置机架零件的加工坐标系及其加工基点，进而对加工参数进行设置，包括数控加工机床选择、几何参数设置、刀具参数设置、主轴转速设置、进给率参数设置、走刀路线选择、加工方式以及进刀退刀设置，由此生成数控加工的刀具路线，最终由JD-Mill软件自动编制数控加工程序。

机架毛坯数控加工选用五轴数控铣床，首先，选用三轴数控机床装夹毛坯件，以主轴轴孔端面为粗基准精铣床机架支撑面，以精铣后支撑面为基准，精铣主轴轴孔端面，将工件置于五轴数控机床，工装装夹工件，以精铣后主轴轴孔端面与支撑面为基准，加工其余轴孔及其端面(机架毛坯的加工坐标系如图7所示)。加工基点建立在主轴轴线与端面的交点处。根据工件要求，机架需要加工轴孔以及端面。针对一个轴孔及其端面进行说明。第一道工序开粗，加工方式：轮廓切割；走刀方式：等高线走刀；路径间距：0.08㎜；刀具选择：牛鼻刀；加工余量：0.12㎜；进退刀方式：竖直下刀。第二道工序半精加工，加工方式：轮廓切割；走刀方式：等高线走刀；路径间距：0.08㎜；刀具选择：牛鼻刀；加工余量：0.06㎜；进退刀方式：竖直下刀。第三道工序精加工，加工方式：轮廓切割；走刀方式：等高线走刀；路径间距：0.08㎜；刀具选择：牛鼻刀；加工余量：0㎜；进退刀方式：竖直下刀。

②将机架的重构模型和数控加工程序导入数控加工仿真软件，验证刀具加工路线与机床和工装是否发生干涉以及加工的准确性。

③最后将数控程序导入数控机床，工装夹紧机架毛坯件，设定机架加工坐标系以及坐标基点，运行程序，进行零件的数控加工。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (5)

1.一种D型打结器的制造方法，其包括以下步骤：

1)对进口D型打结器的各零部件进行3D扫描，并根据3D扫描点云数据对D型打结器进行逆向设计建模，得到D型打结器各零部件的重构模型；

2)分析并规划各零部件的加工工艺过程，制造D型打结器各零部件毛坯；

3)基于各零部件的重构模型对步骤2)中得到的D型打结器的零部件毛坯进行数控加工，得到D型打结器各零部件的原件；

4)将D型打结器各零部件原件进行组装，得到D型打结器。

2.如权利要求1所述的一种D型打结器的制造方法，其特征在于，所述步骤1)中的重构模型是指采用下述方法构建出的重构模型：

①采用非接触式三维激光扫描仪对进口D型打结器的各零部件进行扫描，获得各零部件的3D扫描点云数据；

②将各零部件的所有点云数据导入三维软件中，采用三维软件对D型打结器进行逆向设计建模，即重建D型打结器的三维数字化模型，得到D型打结器各零部件的初始重构模型；

③采用三维软件对各零部件初始重构模型中的重构曲面进行精度分析；

④依据精度分析结果，对步骤②中创建的D型打结器各零部件的初始重构模型进行调整，以使其满足精度要求，最终得到各零部件的重构模型；

⑤将D型打结器的各零部件进行虚拟装配，判断各零部件之间是否存在干涉，若存在干涉，进行修改直至满足要求。

3.如权利要求2所述的一种D型打结器的制造方法，其特征在于，所述步骤④中，依据精度分析结果对D型打结器的初始重构模型进行调整的方法为：

首先根据需达到的设计精度要求确定两个偏差分析阈值，对所有数据点云中各点与重构曲面之间的距离进行精确等级归类，将重构曲面分为非常精确精度、精确精度和中等精度三种精确等级；

若分类为精确精度等级的重构曲面占所有重构曲面比例在95％以上，则不需要进行调整；

若分类为精确精度等级的重构曲面占所有重构曲面比例在95％以下，则对各零部件的重构曲面进行调整以满足要求。

4.如权利要求1所述的一种D型打结器的制造方法，其特征在于，所述步骤2)中，根据各零部件的几何信息、工件材料以及工艺要求对D型打结器各零部件的加工工艺进行分析并规划。

5.如权利要求4所述的一种D型打结器的制造方法，其特征在于，所述步骤2)中，采用基于快速成型的熔模铸造方法制作机架、齿盘和脱绳杆大型空间结构复杂零部件毛坯，采用数控车或线切割方法制作D型打结器的其余小型零部件毛坯。