CN109787063A - 导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，包括：步骤一、将零件装夹与数控车床卡盘，用环槽车刀加工一条基准槽；步骤二、使用摄像测量系统对零件的四个象限进行拍摄；步骤三、在摄像测量系统中，对步骤二中所获零件四个象限图像进行图像处理；步骤四、以正负向极值的中值作为第一个金属环片的测量中心线；步骤五、读取第一个金属环片上基准槽中心线，计算基准槽中心线与测量中心线的距离；步骤六、对零件其他金属环片重复步骤四获取其测量中心线，然后重复步骤五，计算基准槽中心线与该金属环片的距离；步骤七、依据所获车削各金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标，编制数控车削程序，采用双V型槽成形车刀进行车削加工。

Description

导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法

技术领域

本发明涉及数控车削加工领域，具体涉及导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法。

背景技术

导电滑环是在两个相对旋转运动的机构间进行电流与信号传递的精密机电装置，适用于需要无限制连续或断续旋转，并从旋转部件向固定部件传输功率或信号的场合。导电滑环作为电流与信号传输的关键部件，在空间飞行器与卫星中应用广泛，如太阳电池翼对日定向机构、陀螺机构等。导电滑环作为一种需要长期在轨运行的空间运动机构，是航天器系统中少数单点失效装置之一，其可靠性与寿命至关重要。

在导电滑环中实现多路电信号的互不干扰传输，是依靠滑环环体与电刷组件的可靠压接实现。如图1所示，滑环环体是典型的异种材料压力浇注件，其由多个金属导电环片与树脂绝缘环片交替安装后，采用真空压力浇注工艺成形，为了实现环体与电刷组件的可靠压接，需要采用车削工艺在金属导电环片中央加工出深度1mm的双V形槽用于压接电刷。然而由于压力浇注工艺的客观局限性，使得每一件零件在浇注成形后，金属导电环片与树脂绝缘环片沿轴向存在相对位置差异与空间扭曲，且上述差异与扭曲存在不确定性，这意味着金属导电环片车削加工缺乏基准。

现有工艺为采用人工目测寻找金属导电环片的中心位置，手动对刀依次车削两个V形槽，严重依赖操作者经验与技能，两个V形槽的位置精度难以保证。此外，由于每个金属导电环片的相邻两侧均为树脂绝缘环片，依次车削双V形槽易造成槽翻边，产品质量难以保证。

对此，亟需一种更为先进可靠的数控车削加工方法，在准确获取金属环片与树脂绝缘环片相对位置基准的基础上，实现金属环片上的双V型槽精密高质量车削加工，避免对经验与技能的依赖。

发明内容

本发明解决的问题是：如何在导电滑环异种材料压力浇注件上准确获得金属环片的位置基准，并据此编制数控车削程序在金属环片表面车削符合质量要求的双V型槽；为解决所述问题，本发明提供导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法。

本发明提供的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，包括：

步骤一、将零件装夹与数控车床卡盘，基于目视在第一个金属环片中央位置，用环槽车刀加工一条基准槽，记录此刻数控车床数控系统的Z轴坐标；

步骤二、使用摄像测量系统对零件的0°、90°、180°与270°四个象限进行拍摄；

步骤三、在摄像测量系统中，对步骤二中所获零件四个象限图像进行图像处理；

步骤四、读取第一个金属环片在四个象限图像中的两端边缘界限的正负向极值，以正负向极值的中值作为第一个金属环片的测量中心线；

步骤五、读取第一个金属环片上基准槽中心线，计算基准槽中心线与测量中心线的距离，将该距离与步骤一中所获车削基准槽时的Z轴坐标相加，获得车削第一个金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标；

步骤六、对零件其他金属环片重复步骤四获取其测量中心线，然后重复步骤五，计算基准槽中心线与该金属环片的距离，获得车削该金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标；

步骤七、依据所获车削各金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标，编制数控车削程序，采用双V型槽成形车刀进行车削加工。

进一步，摄像测量系统安装于数控车床刀塔，实现在位测量；

进一步，摄像测量系统根据金属环片与树脂绝缘环片在拍摄图像中的灰度差异识别其界面；

进一步，摄像测量系统图像处理流程为图像采集、图像降噪滤波、灰度阈值分割、边缘检测与提取、系统标定以及坐标转换；

进一步，所述车削加工双V型槽包括粗加工与精加工，粗加工时转速为80r/min，切入槽深0.5mm，精加工时转速为60r/min，切入槽深0.5mm，采用酒精冷却；

进一步，完成双V型槽车削加工后，将240目研磨膏涂覆于槽中，将棉纱线嵌入槽中往复拉拽去除槽边毛刺并抛光。

本发明的有益效果包括：

本发明所提供的方案采用在位摄像测量的方式，获取导电滑环异种材料压力浇注件的表面图像，依靠金属材料与树脂绝缘材料在图像中的灰度差异识别其界面，从而实现对图像中金属环片中心的准确获取；通过对零件四个象限的图像的识别处理，最大限度消除了压力浇注后造成的金属环片空间扭曲的影响。上述方案满足了数控车削的准确获取金属环片轴向中心加工基准的需求，避免了传统手动车削加工时，由目视确定金属环片中心，依赖经验技能，槽位置精度难以保证的难题。通过采用成形车刀一次完成双V型槽的车削加工，避免了加工第二处V型槽时损伤第一处V型槽的风险；通过粗精加工两道工序以及酒精冷却、纱线抛光，有效抑制了双V型槽变形，保证了加工表面质量。

附图说明

图1为导电滑环异种材料压力浇注成形的环体；

图2为本发明所述导电滑环异种材料压力浇注件数控车削方法流程图；

图3为本发明所述导电滑环异种材料压力浇注件车削装夹与摄像测量系统刀塔安装示意图；

图4为本发明所述的由金属环片四个象限图像计算测量中心线示意图；

图5为本发明所述摄像测量系统的图像处理流程图。

具体实施方式

下文中，结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

参考图2，本发明实施例提供的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工包括以下步骤。

步骤一、将零件装夹与数控车床卡盘，基于目视在第一个金属环片中央位置，用环槽车刀加工一条基准槽，记录此刻数控车床数控系统的Z轴坐标。

参考图3，本发明实施例所述零件装夹方式为，先将芯轴31一端装夹于数控车床卡盘32，芯轴31与零件33内孔作小间隙配合，再以端盖34与芯轴31另一端螺纹旋合使零件轴向定位，以轴向受力替代直接装夹的径向受力，并以车床顶尖35沿轴向顶紧芯轴，避免装夹变形。

参考图4，本发明实施例所述深度基准槽41，位于零件靠近数控车床卡盘端的第一个金属环片上，加工深度0.02mm。

步骤二、使用摄像测量系统对零件的0°、90°、180°与270°四个象限进行拍摄。

参考图3，本发明实施例所述摄像测量系统36安装于数控车床刀塔37上，由数控车床照明灯提供摄像光源；

本发明实施例所述四个象限的图像拍摄，其象限间转换由数控车床主轴依次旋转90°予以实现。

步骤三、在摄像测量系统中，对步骤二中所获零件四个象限图像进行图像处理。

参考图5，本发明实施例所述图像处理的流程为，采用成熟滤波算法(如高斯滤波、均值滤波)抑制噪声、增强细节，然后通过指定阈值，将由金属环片与树脂绝缘环片拍摄所获灰度图像转换成黑白二值图像，从而实现金属环片边缘的检测提取，最后通过测量系统标定将摄像测量系统中的图像坐标系转换为世界坐标系。

步骤四、读取第一个金属环片在四个象限图像中的两端边缘界限的正负向极值，以正负向极值的中值作为第一个金属环片的测量中心线。

参考图4，本发明实施例所述测量中心线的获取，是在同一世界坐标系下，对第一个金属环片的四个象限图像42、43、44与45的边缘界限取正向极值46与负向极值47，以其中值作为该金属环片的测量中心线48。

步骤五、读取第一个金属环片上基准槽中心线，计算基准槽中心线与测量中心线的距离，将该距离与步骤一中所获车削基准槽时的Z轴坐标相加，获得车削第一个金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标。

参考图4，本发明实施例所述第一个金属环片上基准槽中心线41的获取，采用与步骤四中同样的图像处理方法，以第一个金属环片四个象限图像中的基准槽边缘界限取正负向极值，以其中值作为基准槽中心线；

本发明实施例所述，车削第一个金属环片双V型槽时的Z轴坐标，是通过在同一世界坐标系下，计算第一个金属环片上基准槽中心线与测量中心线的距离而获得。

步骤六、对零件其他金属环片重复步骤四获取其测量中心线，然后重复步骤五，计算基准槽中心线与该金属环片的距离，获得车削该金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标。

本发明实施例所述零件其他金属环片测量中心的获取，采用与步骤四中同样的图像处理方法；车削第i个金属环片双V型槽的轴向Z轴坐标，采用与步骤五中相同的计算方法。

步骤七、依据所获车削各金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标，编制数控车削程序，采用双V型槽成形车刀进行车削加工。

本发明实施例所述双V型槽成形车刀，根据V型槽尺寸采用慢走丝线切割方法加工完成。

本发明实施例所述车削加工双V型槽包括粗加工与精加工，粗加工时转速为80r/min，切入槽深0.5mm，精加工时转速为60r/min，切入槽深0.5mm，采用酒精冷却。

本发明实施例所述双V型槽车削加工后，将240目研磨膏涂覆于槽中，将棉纱线嵌入槽中往复拉拽去除槽边毛刺并抛光。

本发明的优点包括：相较于传统手动车削加工由目视确定金属环片中心，本发明准确获得了金属环片中心，最大限度消除了压力浇注后造成的金属环片空间扭曲对中心获取的影响。采用成形车刀与粗精两道工序，有效保证了双V型槽车削质量。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将零件装夹与数控车床卡盘，基于目视在第一个金属环片中央位置，用环槽车刀加工一条基准槽，记录此刻数控车床数控系统的Z轴坐标；

步骤二、使用摄像测量系统对零件的0°、90°、180°与270°四个象限进行拍摄；

步骤三、在摄像测量系统中，对步骤二中所获零件四个象限图像进行图像处理；

步骤四、读取第一个金属环片在四个象限图像中的两端边缘界限的正负向极值，以正负向极值的中值作为第一个金属环片的测量中心线；

步骤五、读取第一个金属环片上基准槽中心线，计算基准槽中心线与测量中心线的距离，将该距离与步骤一中所获车削基准槽时的Z轴坐标相加，获得车削第一个金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标；

步骤六、对零件其他金属环片重复步骤四获取其测量中心线，然后重复步骤五，计算基准槽中心线与该金属环片的距离，获得车削该金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标；

步骤七、依据所获车削各金属环片双V型槽时数控系统Z轴坐标，编制数控车削程序，采用双V型槽成形车刀进行车削加工。

2.根据权利要求1所述的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，其特征在于，所述摄像测量系统安装于数控车床刀塔，实现在位测量。

3.根据权利要求1所述的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，其特征在于，摄像测量系统图像处理流程为图像采集、图像降噪滤波、灰度阈值分割、边缘检测与提取、系统标定以及坐标转换。

4.根据权利要求1所述的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，其特征在于，摄像测量系统根据金属环片与树脂绝缘环片在拍摄图像中的灰度差异识别其界面。

5.根据权利要求1所述的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，其特征在于，所述车削加工双V型槽包括粗加工与精加工，粗加工时转速为80r/min，切入槽深0.5mm，精加工时转速为60r/min，切入槽深0.5mm，采用酒精冷却。

6.根据权利要求1所述的导电滑环异种材料压力浇注件数控车削加工方法，其特征在于，完成双V型槽车削加工后，将240目研磨膏涂覆于槽中，将棉纱线嵌入槽中往复拉拽去除槽边毛刺并抛光。