CN112207232B - 铸件的逆向补差造型形变控制方法 - Google Patents

铸件的逆向补差造型形变控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铸件的逆向补差造型形变控制方法，薄壁铸造件加工时，在每道工序时进行毛坯件真实三维点云数据的获取，并基于采集的真实三维电源数据和理论三维点云数据得到每道工序的姿态偏差，再基于姿态偏差和每道工序的变形权重计算得到每道工序的逆向补差，在非第一个铸造件加工时，通过逆向补差对上一道工序的变形量进行修正，并在每次产品加工时都会计算每道工序的姿态偏差，并基于姿态偏差得到每道工序的逆向补差。本方案逆向补充的这种方式对薄壁铸造件加工量的调整，可以逐步弥补上一道工序产生的变形量，以此保证最后一道工序生产出的产品趋于最终面向市场的产品，降低成型加工后精修的时间和难度。

Description

铸件的逆向补差造型形变控制方法
技术领域
本发明涉及铸造件的加工方法，具体涉及一种铸件的逆向补差造型形变控制方法。
背景技术
在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通等领域装备轻量化已经成为设计者永恒的追求，这时候铸造以能实现近净成型的优势被体现出来，越来越广泛的被采用，更多的结构复杂、薄壁、尺寸精度要求高的铸件需求被提出。
但由于产品壁厚薄、结构复杂往往导致铸件在浇注、热处理、加工等处理环节易产生变形，导致产品最终的尺寸精度不能满足设计指标。
针对铸造件加工过程中的变形，目前铸造行业内主要采用调整模具、增加加工余量、修改铸造工艺、设计工装夹具等措施来控制或减少产品生产过程的变形，其问题在于需要通过多次的摸索、调整才能形成相对可行的工艺，造成大量的成本浪费，研发周期难以满足用户需求。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的铸件的逆向补差造型形变控制方法不需要反复调整加工薄壁铸造件的工艺。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种铸件的逆向补差造型形变控制方法，其包括：
S1、获取铸造件的三维模型，判断当前的铸造件是否为首次浇筑，若是，进入步骤S2，否则，进入步骤S5；
S2、根据铸造件的三维模型，采用3D打印机打印砂型，之后按照铸造件成型工艺依次进入铸造件的加工工序；
S3、获取每道工序得到的毛坯件的实际三维点云数据，并根据其与对应工序的理论三维点云得到每道工序中的姿态偏差；
S4、根据所有工序中的姿态偏差和每道工序的变形权重，计算得到每道工序的逆向补差，之后返回步骤S1；
S5、获取上一铸造件加工时浇筑工序中的逆向补差，并采用逆向补差修正铸造件的三维模型，之后采用3D打印机打印砂型并浇注；
S6、采用三维扫描获取毛坯件当前工序的实际三维点云数据，基于实际三维点云数据与当前工序的理论点云数据，得到当前工序的姿态偏差；
S7、判断铸造件的所有加工工序是否均已完成，若是返回步骤S4，否则进入步骤S8；
S8、判断当前姿态偏差是否大于上一铸造件对应工序的逆向补差，若是，基于逆向补差执行下一道工序，之后返回步骤S6；否则，基于姿态偏差执行下一道工序，之后返回步骤S6。
本发明的有益效果为：采用本方案的方法进行薄壁铸造件加工时，在每道工序时进行毛坯件真实三维点云数据的获取，并基于采集的真实三维电源数据和理论三维点云数据得到每道工序的姿态偏差，再基于姿态偏差和每道工序的变形权重计算得到每道工序的逆向补差。
本方案在非第一个铸造件加工时，可以基于上一铸造件加工时得到的逆向补差调整其每道工序的加工量，通过这种方式对薄壁铸造件加工量的调整，可以逐步弥补上一道工序产生的变形量，以此保证最后一道工序生产出的产品趋于最终面向市场的产品，降低成型加工后精修的时间和难度。
附图说明
图1为铸件的逆向补差造型形变控制方法的流程图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
参考图1，图1示出了铸件的逆向补差造型形变控制方法的流程图；如图1所示，该方法S包括步骤S1至步骤S8。
在步骤S1中，获取铸造件的三维模型，判断当前的铸造件是否为首次浇筑，若是，进入步骤S2，否则，进入步骤S5。
铸造件的三维模型可以根据铸造件的尺寸参数，采用现有技术中常见的三维软件生成。
在步骤S2中，根据铸造件的三维模型，采用3D打印机打印砂型，之后按照铸造件成型工艺依次进入铸造件的加工工序。
实施时，本方案优选，采用3D打印机打印砂型时，在距离型腔上顶面和下底面预设距离处布置上水冷管道。预先埋入的水冷管道可以保证浇注完整后，毛坯件冷却的均匀性。
在步骤S3中，获取每道工序得到的毛坯件的实际三维点云数据，并根据其与对应工序的理论三维点云得到每道工序中的姿态偏差。
实施时，本方案优选每道工序的姿态偏差的获取方法包括：
将每道工序实际三维点云数据转换至理论三维点云数据的坐标系下，并对每道工序的实际三维点云数据与理论三维点云数据进行特征匹配；
根据实际三维点云数据与理论三维点云数据的坐标，进行旋转矩阵和平移向量计算，得到当前工序的姿态偏差。
在本发明的一个实施例中，每道工序的理论三维点云数据的获取方法包括：
获取每道工序中的若干合格毛坯件，依次将每个毛坯件放置在旋转台上，采用三维扫描仪对旋转的毛坯件进行扫描，得到每个毛坯件的三维点云；
根据同一工序的所有毛坯件的三维点云，对应三维点云的坐标求平均得到当前工序的理论三维点云数据。
其中，三维扫描仪获取旋转台上毛坯件的扫描图像时，三维扫描仪位于旋转台的斜上方，且与水平面呈45°；这种方式可以获得毛坯件在高度方向上的完整图像，以保证后续拼接形成准确的三维点云数据。
在步骤S4中，根据所有工序中的姿态偏差和每道工序的变形权重，计算得到每道工序的逆向补差，之后返回步骤S1；逆向补差的计算公式为：
Figure BDA0002721506110000041
其中，qi为第i道工序的逆向补差；Qi为第i道工序的姿态偏差。
在本发明的一个实施例中，所述变形权重获取方法包括：
获取未采用逆向补差对铸造件进行加工时，设定时间段内铸造件每道工序的历史变形数据；
采用所有工序的历史数据的平均值作为设定阈值，之后统计每道工序的历史变形数据中大于设定阈值的总数量；
根据每道工序统计的总数量，计算每道工序的变形权重：
Figure BDA0002721506110000051
其中，wi为第i道工序的变形权重，Ni为第i道工序中大于设定阈值的总数量；n为工序的总数量。
在步骤S5中，获取上一铸造件加工时浇筑工序中的逆向补差，并采用逆向补差修正铸造件的三维模型，之后采用3D打印机打印砂型并浇注；
在步骤S6中，采用三维扫描获取毛坯件当前工序的实际三维点云数据，基于实际三维点云数据与当前工序的理论点云数据，得到当前工序的姿态偏差；
在步骤S7中，判断铸造件的所有加工工序是否均已完成，若是返回步骤S4，否则进入步骤S8；
在步骤S8中，判断当前姿态偏差是否大于上一铸造件对应工序的逆向补差，若是，基于逆向补差执行下一道工序，之后返回步骤S6；否则，基于姿态偏差执行下一道工序，之后返回步骤S6。
采用本方案进行产品加工时，每次加工前都需要获取铸造件的三维模型，当铸造件经过最后一道工序后，即完成一个产品的加工。
在本发明的一个实施例中，所述三维扫描仪的标定方法包括：
将标定板放置于旋转台上，调整三维扫描仪距离标定板的距离，直至三维扫描仪能够完整获得标定板的标定范围；
开灯调节标定环境的亮度，初始化三维扫描仪，调节三维扫描仪的焦距至预设阈值，之后调节三维扫描仪镜头的螺丝使视窗口中的十字线移至方框中；
关灯并调节焦距至清晰锁住焦距调光圈；之后对标定板通电，并调整标定范围的几何中心与所述三维扫描仪中心位置处于同一竖直高度；
移动旋转台的同时检测所述标定板与三维扫描仪之间是否满足设定条件，若是则完成标定，否则继续移动旋转装置；
所述设定条件为标定范围几何中心与所述三维扫描仪中心位置处于同一竖直高度。
综上所述，本方案通过逆向补差的方式进行加工铸造件的加工，可以逐步弥补上一道工序产生的变形量，不需要大幅增加加工余量，同时还不需要额外增加大量工装夹具。

Claims (5)

1.铸件的逆向补差造型形变控制方法，其特征在于，包括：
S1、获取铸造件的三维模型，判断当前的铸造件是否为首次浇铸，若是，进入步骤S2，否则，进入步骤S5；
S2、根据铸造件的三维模型，采用3D打印机打印砂型，之后按照铸造件成型工艺依次进入铸造件的加工工序；
S3、获取每道工序得到的毛坯件的实际三维点云数据，并根据其与对应工序的理论三维点云数据得到每道工序中的姿态偏差；
S4、根据所有工序中的姿态偏差和每道工序的变形权重，计算得到每道工序的逆向补差，之后返回步骤S1；
S5、获取上一铸造件加工时浇铸工序中的逆向补差，并采用逆向补差修正铸造件的三维模型，之后采用3D打印机打印砂型并浇注；
S6、采用三维扫描获取毛坯件当前工序的实际三维点云数据，基于实际三维点云数据与当前工序的理论点云数据，得到当前工序的姿态偏差；
S7、判断铸造件的所有加工工序是否均已完成，若是返回步骤S4，否则进入步骤S8；
S8、判断当前姿态偏差是否大于上一铸造件对应工序的逆向补差，若是，基于逆向补差执行下一道工序，之后返回步骤S6；否则，基于姿态偏差执行下一道工序，之后返回步骤S6；
所述变形权重获取方法包括：
获取未采用逆向补差对铸造件进行加工时，设定时间段内铸造件每道工序的历史变形数据；
采用所有工序的历史数据的平均值作为设定阈值，之后统计每道工序的历史变形数据中大于设定阈值的总数量；
根据每道工序统计的总数量，计算每道工序的变形权重：
Figure 419883DEST_PATH_IMAGE001
其中，w i 为第i道工序的变形权重，N i 为第i道工序中大于设定阈值的总数量；n为工序的总数量；
步骤S4中的逆向补差的计算公式为：
Figure 730779DEST_PATH_IMAGE002
其中，q i 为第i道工序的逆向补差；Q i 为第i道工序的姿态偏差；
每道工序的姿态偏差的获取方法包括：
将每道工序实际三维点云数据转换至理论三维点云数据的坐标系下，并对每道工序的实际三维点云数据与理论三维点云数据进行特征匹配；
根据实际三维点云数据与理论三维点云数据的坐标，进行旋转矩阵和平移向量计算，得到当前工序的姿态偏差。
2.根据权利要求1所述的铸件的逆向补差造型形变控制方法，其特征在于，每道工序的理论三维点云数据的获取方法包括：
获取每道工序中的若干合格毛坯件，依次将每个毛坯件放置在旋转台上，采用三维扫描仪对旋转的毛坯件进行扫描，得到每个毛坯件的三维点云数据；
根据同一工序的所有毛坯件的三维点云数据，对应三维点云数据的坐标求平均得到当前工序的理论三维点云数据。
3.根据权利要求2所述的铸件的逆向补差造型形变控制方法，其特征在于，所述三维扫描仪获取旋转台上毛坯件的扫描图像时，三维扫描仪位于旋转台的斜上方，且与水平面呈45°。
4.根据权利要求1所述的铸件的逆向补差造型形变控制方法，其特征在于，采用3D打印机打印砂型时，在距离型腔上顶面和下底面预设距离处布置上水冷管道。
5.根据权利要求2所述的铸件的逆向补差造型形变控制方法，其特征在于，所述三维扫描仪的标定方法包括：
将标定板放置于旋转台上，调整三维扫描仪距离标定板的距离，直至三维扫描仪能够完整获得标定板的标定范围；
开灯调节标定环境的亮度，初始化三维扫描仪，调节三维扫描仪的焦距至预设阈值，之后调节三维扫描仪镜头的螺丝使视窗口中的十字线移至方框中；
关灯并调节焦距至清晰锁住焦距调光圈；之后对标定板通电，并调整标定范围的几何中心与所述三维扫描仪中心位置处于同一竖直高度；
移动旋转台的同时检测所述标定板与三维扫描仪之间是否满足设定条件，若是则完成标定，否则继续移动旋转装置；
所述设定条件为标定范围几何中心与所述三维扫描仪中心位置处于同一竖直高度。
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