CN113635073B - 一种中高速船用缸盖柔性加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种中高速船用缸盖柔性加工方法，包括以下步骤：组装至少三组分别用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线，于生产线起始端设置模拟定位机床，于缸盖表面雕刻定位编码，获取所述缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码和缸盖的两种特征点位置数据，以定位编码位置设置各加工工位的基准点，结合各特征点位置数据预调整生产线上的加工设备，最后进行加工得到缸盖成品。本发明利用模拟定位机床在缸盖表面加工出定位编码，一方面可统一设置其他加工工位上的基准点，预先调整生产线上的加工设备，确定出加工起始点和加工路线，提高加工效率，另一方面可以方便追踪缸盖加工轨迹、加工时间点，方便远程监控和后期重新规划生产线。

Description

一种中高速船用缸盖柔性加工方法

技术领域

本发明属于柴油机缸盖加工技术领域，具体涉及一种中高速船用缸盖柔性加工方法。

背景技术

柴油机是船舶的心脏，而柴油机缸盖作为柴油机的重要件，它性能轻者会影响柴油机机械效率的下降，重者会造成活塞拉缸、拉瓦，甚至会破坏整台柴油机，造成无法挽回的损失。因此对AC111缸盖的制造工艺提出了更高的要求，必须制定合理的加工方案及工艺十分重要，才能确保质量稳定性，提高保障能力。

现在新型的柴油机缸盖其精度及相关性能很高，在其设计过程中，在结构和性能较以往柴油机缸盖提出了更高要求。传统缸盖加工工艺设计刀具品种投入多、加工效率低、缸盖加工线产品型号变换时效率低等。如果完全套用这种传统工艺模式，那么其生产加工质量稳定性及加工效率难以满足当前发展的形式，因此，针对该种缸盖的生产需要解决的问题是将缸盖特征进行分组，组织一条单元式缸盖加工柔性生产线，而现有的缸盖加工柔性生产线还存在生产线杂乱、缸盖加工难以追踪、以及缸盖加工后到达每个加工工位都需要重新精准定位缸盖导致生产效率低的问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种中高速船用缸盖柔性加工方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种中高速船用缸盖柔性加工方法，包括以下步骤：

步骤S1、组装至少三组分别用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线；

步骤S2、于所述生产线起始端设置用于模拟该生产线上各加工工位的模拟定位机床，利用所述模拟定位机床定位缸盖，并于缸盖表面雕刻定位编码，获取缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码和缸盖的两种特征点位置数据；

步骤S3、以定位编码的特征点位置数据设置各加工工位的基准点，并以该基准点和两种特征点位置数据预调整生产线上的各加工设备，确定出加工起始点和加工路线；

步骤S4、利用所述加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线依次加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系，得到缸盖成品。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S2中所述的定位编码的雕刻深度大于缸盖粗加工/精加工深度，所述定位编码包括定位槽和编号槽，所述定位槽为矩形框、矩形或圆形形状，每个缸盖上的编号槽不同，通过所述编号槽追踪每个缸盖的加工轨迹、加工时间点，实现缸盖生产的远程监控，并根据所述加工轨迹、加工时间点规划生产路线。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S3中所述的加工设备采用加工刀具和工装夹具，各加工工位中以基准点定位缸盖上定位编码的位置，即定位缸盖位置，以基准点配合两种特征点位置数据调整加工刀具的起始加工位置以及加工路线。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S3中，还实时获取每个加工工位的定位编码和缸盖图像，并将模拟定位机床或上一加工工位采集的缸盖图像投影于各加工工位，以所述基准点确定缸盖图像的1:1投影图像位置，用于矫正缸盖位置以及调节加工工具。

作为本发明的进一步优化方案，步骤S4中，加工垂直孔系、周面孔系时采用复合刀具加工，且缸盖在生产线上流动加工时，以定位编码的编号槽数字作为缸盖编号，从缸盖图像中识别缸盖编号后对缸盖加工轨迹、时间等进行追踪。

一种中高速船用缸盖柔性加工方法的柔性加工装置，所述柔性加工装置包括：

至少三组用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线；

设置于生产线内的模拟定位机床、加工设备、摄像头，所述模拟定位机床用于定位缸盖，并于缸盖表面雕刻定位编码，所述摄像头用于获取所述缸盖图像并提取缸盖图像；

中央控制装置，其包括图像处理系统、机床控制系统，所述图像处理系统用于获取所述缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码和缸盖的两种特征点位置数据，将所述特征点位置数据发送至机床控制系统，所述机床控制系统以定位编码的特征点位置数据设置各加工工位的基准点，并以该基准点和两种特征点位置数据预调整生产线上的各加工设备，确定出加工起始点和加工路线；

所述加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线依次加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系，以得到缸盖成品。

作为本发明的进一步优化方案，每个所述生产线均包括机床安装箱，所述加工设备包括精加工设备、粗加工设备，所述机床安装箱内部设置有多个用于安装模拟定位机床、精加工设备、粗加工设备的安装仓，所述安装仓之间通过隔断隔开，所述摄像头安装于每个安装仓内；

所述隔断上设置有滚筒，所述隔断高度与模拟定位机床/精加工设备/粗加工设备的各加工工位平面共面设置。

作为本发明的进一步优化方案，所述模拟定位机床为精车机床，所述精加工设备为精车机床、精镗机床、精铣床和精钻床，所述粗加工设备为粗车机床、粗镗机床、粗铣床和粗钻床，所述模拟定位机床、精加工设备和粗加工设备所包含的机床上均设置有工装夹具，用于夹取定位缸盖，加工垂直孔系、周面孔系的机床上采用复合刀具加工。

作为本发明的进一步优化方案，所述精加工设备和粗加工设备的每个机床的加工工位平面上方均设置有投影设备，所述投影设备与中央控制装置连接，用于将模拟定位机床或上一加工工位采集的缸盖图像投影至各机床加工工位平面上，由各机床加工工位上的摄像头采集投影图像和待加工的缸盖图像，并发送至中央控制装置，以投影图像进行缸盖位置的调节以及复合刀具位置的调节。

作为本发明的进一步优化方案，所述中央控制装置还包括缸盖监控系统和报警系统；

所述缸盖监控系统和报警系统连接所述图像处理系统，所述缸盖监控系统根据图像处理系统获取的缸盖编号追踪每个缸盖的加工轨迹、加工时间点，实现缸盖生产的远程监控，并根据所述加工轨迹、加工时间点规划生产路线；

所述报警系统用于根据所述加工轨迹、加工时间点提取缸盖在各加工设备处加工所用时间以及缸盖于各加工设备间转移的时间，在时间超出预设时间阈值时进行报警。

本发明的有益效果在于：

1）本发明通过将缸盖特征进行分组，将缸盖表面、垂直孔系、周面孔系分开加工，这样每条生产线上加工设备相同或相似，由此我们在每条生产线上设置一个用于模拟该生产线上加工工位的模拟定位机床，利用其进行缸盖位置的定位以及在缸盖表面加工出定位编码，利用所述定位编码一方面可以统一设置其他加工工位上的基准点，以该基准点可以预先调整生产线上的加工设备，确定出加工起始点和加工路线，省去缸盖到达每个加工工位都需要扫描缸盖以调整位置等时间，提高加工效率；另一方面利用定位编码可以标记缸盖，方便对其追踪，实现缸盖生产的远程监控，并方便后期根据所述加工轨迹、加工时间点规划生产路线；

2）本发明利用投影设备能够将模拟定位机床或上一步加工工位上采集的缸盖图像投影至个加工工位，配合摄像头使用，采用图像识别处理技术，可以实现缸盖的精准定位，保证提前调整的加工刀具无需再进行调节位置和规划路线，提高加工精度，节省刀具调整时间。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的系统框图；

图3是本发明的定位编码俯视图；

图中：1、机床安装箱；2、模拟定位机床；3、精加工设备；4、粗加工设备；5、摄像头；6、中央控制装置；61、图像处理系统；62、机床控制系统；63、缸盖监控系统；64、报警系统；7、定位编码；8、投影设备；9、隔断；10、滚筒。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例1

如图1-3所示，一种中高速船用缸盖柔性加工方法的柔性加工装置，所述柔性加工装置包括：

至少三组用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线；

设置于生产线内的模拟定位机床2、加工设备、摄像头5，所述模拟定位机床2用于定位缸盖，并于缸盖表面雕刻定位编码7，所述摄像头5用于获取缸盖图像并提取缸盖图像；

中央控制装置6，其包括图像处理系统61、机床控制系统62，所述图像处理系统61用于获取所述缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码7和缸盖的两种特征点位置数据，将所述特征点位置数据发送至机床控制系统62，所述机床控制系统62以定位编码7的特征点位置数据设置各加工工位的基准点，并以该基准点和两种特征点位置数据预调整生产线上的各加工设备，确定出加工起始点和加工路线；

所述加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线依次加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系，以得到缸盖成品。

每个所述生产线均包括机床安装箱1，所述加工设备包括精加工设备3、粗加工设备4，所述机床安装箱1内部设置有多个用于安装模拟定位机床2、精加工设备3、粗加工设备4的安装仓，所述安装仓之间通过隔断9隔开，所述摄像头5安装于每个安装仓内；

所述隔断9上设置有滚筒10，所述隔断9高度与模拟定位机床2/精加工设备3/粗加工设备4的各加工工位平面共面设置，方便转移缸盖，所述摄像头5安装于每个安装仓内。

所述模拟定位机床2为精车机床，所述精加工设备3为精车机床、精镗机床、精铣床和精钻床，所述粗加工设备4为粗车机床、粗镗机床、粗铣床和粗钻床，所述模拟定位机床2、精加工设备3和粗加工设备4所包含的机床上均设置有工装夹具，用于夹取定位缸盖，加工垂直孔系、周面孔系的机床上采用复合刀具加工。

所述中央控制装置6还包括缸盖监控系统63和报警系统64；

所述缸盖监控系统63和报警系统64连接所述图像处理系统61，所述缸盖监控系统63根据图像处理系统61获取的缸盖编号7追踪每个缸盖的加工轨迹、加工时间点，实现缸盖生产的远程监控，并根据所述加工轨迹、加工时间点规划生产路线；

所述报警系统64用于根据所述加工轨迹、加工时间点提取缸盖在各加工设备处加工所用时间以及缸盖于各加工设备间转移的时间，在时间超出预设时间阈值时进行报警。

所述精加工设备3和粗加工设备4的每个机床的加工工位平面上方均设置有投影设备8，所述投影设备8与中央控制装置6连接，用于将模拟定位机床2或上一加工工位采集的定位编码7和缸盖图像投影至各机床加工工位平面上，由各机床加工工位上的摄像头5采集投影图像和待加工的缸盖图像，并发送至中央控制装置6，以投影图像进行缸盖位置的调节以及复合刀具位置的调节。

根据上述柔性加工装置进行缸盖柔性加工的工艺如下：

步骤S1、组装至少三组分别用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线，加工垂直孔系、周面孔系时采用复合刀具加工；

步骤S2、于所述生产线起始端设置用于模拟该生产线上各加工工位的模拟定位机床2，利用所述模拟定位机床2定位缸盖，并于缸盖表面雕刻定位编码7以标记缸盖，获取所述缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码7和缸盖的两种特征点位置数据；其中，定位编码7的雕刻深度大于缸盖粗加工/精加工深度，且定位编码7包括定位槽和编号槽，所述定位槽为矩形框、矩形或圆形形状，每个缸盖上的编号槽不同；

步骤S3、以定位编码7的特征点位置数据设置各加工工位的基准点，并以该基准点和两种特征点位置数据预调整生产线上的各加工设备，确定出加工起始点和加工路线；其中加工设备采用加工刀具和工装夹具，各加工工位中以基准点定位缸盖上定位编码7的位置，即定位缸盖位置，以基准点配合两种特征点位置数据调整加工刀具的起始加工位置以及加工路线；

摄像头5实时获取每个加工工位的定位编码7和缸盖图像，并利用投影设备8将模拟定位机床2或上一加工工位采集的缸盖图像投影于各加工工位，由各机床加工工位上的摄像头5采集投影图像和待加工的缸盖图像，并发送至中央控制装置6，以投影图像进行缸盖位置的矫正以及复合刀具位置的调节；

步骤S4、利用所述加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线依次加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系，得到缸盖成品；其中，加工垂直孔系、周面孔系时采用复合刀具加工，且缸盖在生产线上流动加工时，以定位编码7的编号槽数字作为缸盖编号，配合摄像头5识别缸盖编号，通过所述编号槽追踪每个缸盖的加工轨迹、加工时间点，实现缸盖生产的远程监控，并方便后期根据所述加工轨迹、加工时间点规划生产路线。

需要说明的是，本发明生产线加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线可以均为一个或多个，当为一个时，三种生产线可以组合成一条生产线，当为多个时，可以根据实际加工进度进行调整数量，避免有部分生产线处于停机等待状态，保证缸盖的连续生产，提高加工效率。

加工时，缸盖表面的加工流程为：粗车顶面、爆发面，铣四周面，精车顶面、爆发面；

垂直孔系的加工流程为：粗镗缸盖进、排气阀座-导管孔系，钻喷油器导管孔系，再精镗各孔；

周面孔系的加工流程为：粗镗缸盖四周面细长孔、冷却水进水管孔，再精镗各孔。

而本发明将缸盖表面、垂直孔系、周面孔系分组加工，其每组生产线上所有机床所采用的夹具、复合刀具都是相同或相似的，因此我们在每条生产线起始端都设置用于模拟该生产线上各加工工位的模拟定位机床2，在此工位先将缸盖定位在加工中心，然后加工出定位编码7，通过摄像头5获取缸盖图像，通过图像提取缸盖和定位编码7的两种特征点位置数据，即确定缸盖和定位编码7上各孔系、槽边缘等位置，并以该定位编码7位置确定每个机床加工工位的基准点，以该基准点默认为缸盖定位编码7的位置，无论缸盖在上一步工序怎样切割加工，通过工装夹具调整每个机床上缸盖的定位编码7均在其对应的基准点上，通过该基准点就和其他特征所在位置数据，就可以提前准备调整加工刀具起始加工位置，并规划加工刀具的加工路线，节省每次缸盖新到达一个加工工位后都需要对缸盖进行扫描，以确定加工位置和加工路线所用的大量时间，提高加工效率和加工精度；

另外为了更好的确定每个加工工位上缸盖上的定位编码7与基准点对应，我们设置投影设备8，使其将模拟定位机床2上采集的缸盖图像投影至个加工工位，或者将上一步加工工位获取的缸盖图像投影至现加工工位，配合摄像头5使用，由此可以实现缸盖的精准定位，保证提前调整的加工刀具无需再进行调节位置和规划路线，保证加工精度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中高速船用缸盖柔性加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、组装至少三组分别用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线；

步骤S2、于所述生产线起始端设置用于模拟该生产线上各加工工位的模拟定位机床，利用所述模拟定位机床定位缸盖，并于缸盖表面雕刻定位编码，获取缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码和缸盖的两种特征点位置数据；

步骤S3、以定位编码的特征点位置数据设置各加工工位的基准点，并以该基准点和两种特征点位置数据预调整生产线上的各加工设备，确定出加工起始点和加工路线；

步骤S4、利用所述加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线依次加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系，得到缸盖成品。

2.根据权利要求1所述的一种中高速船用缸盖柔性加工方法，其特征在于：步骤S2中所述的定位编码的雕刻深度大于缸盖粗加工/精加工深度，所述定位编码包括定位槽和编号槽，所述定位槽为矩形框、矩形或圆形形状，每个缸盖上的编号槽不同。

3.根据权利要求1所述的一种中高速船用缸盖柔性加工方法，其特征在于：步骤S3中所述的加工设备采用加工刀具和工装夹具，各加工工位中以基准点定位缸盖上定位编码的位置，即定位缸盖位置，以基准点配合两种特征点位置数据调整加工刀具的起始加工位置以及加工路线。

4.根据权利要求1所述的一种中高速船用缸盖柔性加工方法，其特征在于：步骤S3中，还实时获取每个加工工位的定位编码和缸盖图像，并将模拟定位机床或上一加工工位采集的缸盖图像投影于各加工工位，以所述基准点确定缸盖图像的1:1投影图像位置，用于矫正缸盖位置以及调节加工工具。

5.根据权利要求2所述的一种中高速船用缸盖柔性加工方法，其特征在于：步骤S4中，加工垂直孔系、周面孔系时采用复合刀具加工，且缸盖在生产线上流动加工时，以定位编码的编号槽数字作为缸盖编号，从缸盖图像中识别缸盖编号后对缸盖加工轨迹、时间进行追踪。

6.一种如权利要求1-5任意一项所述的中高速船用缸盖柔性加工方法的柔性加工装置，其特征在于，所述柔性加工装置包括：

至少三组用于加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线；

设置于生产线内的模拟定位机床、加工设备、摄像头，所述模拟定位机床用于定位缸盖，并于缸盖表面雕刻定位编码，所述摄像头用于获取所述缸盖图像并提取缸盖图像；

中央控制装置，其包括图像处理系统、机床控制系统，所述图像处理系统用于获取所述缸盖图像并提取缸盖图像中基于定位编码和缸盖的两种特征点位置数据，将所述特征点位置数据发送至机床控制系统，所述机床控制系统以定位编码的特征点位置数据设置各加工工位的基准点，并以该基准点和两种特征点位置数据预调整生产线上的各加工设备，确定出加工起始点和加工路线；

所述加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系的生产线依次加工缸盖表面、垂直孔系、周面孔系，以得到缸盖成品。

7.根据权利要求6所述的一种中高速船用缸盖柔性加工装置，其特征在于：每个所述生产线均包括机床安装箱，所述加工设备包括精加工设备、粗加工设备，所述机床安装箱内部设置有多个用于安装模拟定位机床、精加工设备、粗加工设备的安装仓，所述安装仓之间通过隔断隔开，所述摄像头安装于每个安装仓内；

所述隔断上设置有滚筒，所述隔断高度与模拟定位机床/精加工设备/粗加工设备的各加工工位平面共面设置。

8.根据权利要求7所述的一种中高速船用缸盖柔性加工装置，其特征在于：所述模拟定位机床为精车机床，所述精加工设备为精车机床、精镗机床、精铣床和精钻床，所述粗加工设备为粗车机床、粗镗机床、粗铣床和粗钻床。

9.根据权利要求7所述的一种中高速船用缸盖柔性加工装置，其特征在于：所述精加工设备和粗加工设备的每个机床的加工工位平面上方均设置有投影设备，所述投影设备与中央控制装置连接，用于将模拟定位机床或上一加工工位采集的缸盖图像投影至各机床加工工位平面上，由各机床加工工位上的摄像头采集投影图像和待加工的缸盖图像，并发送至中央控制装置，以投影图像进行缸盖位置的调节以及复合刀具位置的调节。

10.根据权利要求6所述的一种中高速船用缸盖柔性加工装置，其特征在于：所述中央控制装置还包括缸盖监控系统和报警系统；

所述缸盖监控系统和报警系统连接所述图像处理系统，所述缸盖监控系统根据图像处理系统获取的缸盖编号追踪每个缸盖的加工轨迹、加工时间点，实现缸盖生产的远程监控，并根据所述加工轨迹、加工时间点规划生产路线；

所述报警系统用于根据所述加工轨迹、加工时间点提取缸盖在各加工设备处加工所用时间以及缸盖于各加工设备间转移的时间，在时间超出预设时间阈值时进行报警。

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