基于幾何重構的輻條式輪轂飛邊去除技術研究

曾好平，葛東東，杜海清，劉長生，鄭紅峰

（1.浙江工業職業技術學院 交通學院，紹興 312000；2. 浙江工業職業技術學院 機械工程學院，紹興 312000）

0 引言

輪轂是摩托車、汽車等機動車輛不可或缺的重要構件。輕合金鑄造輪轂由于具有自重輕和制造成本低等優點，現已經被廣泛采用。由于需要設置分型面，所以鑄造輪轂常常存在鑄造飛邊（俗稱“毛刺”）[1]。這些飛邊不僅影響產品的美觀和車輛空氣動力學性能，而且還會對后續加工、裝配人員和用戶留下安全隱患，因此必須在進入后續加工工序前將輪轂上的這些飛邊去除。

對于摩托車等車輛使用的輻條式輪轂來說，因不能使用類似汽車輪轂的車削方法，目前主要有三種去除飛邊方法[2,3]：毛刷法、機器人法和光整法。毛刷法使用的毛刷由粘有碳化硅的條形耐磨塑料束構成，去毛刺機通過刷盤旋轉帶動毛刷切削鋁輪轂邊緣實現去除飛邊的效果[4]。毛刷法對于工件形狀的適應性較好，但是對于結構復雜的部位如輪輞根部處理效果不太理想，而且還會對輪轂基體產生一定的損傷。機器人法是使用機器人持人工的工具代替人工動作完成毛刺去除工作，不僅可依據產品變化調用不同程序以實現不同產品的混線生產，甚至可依據產品需要切換應用多種打磨工具[5]。然而，機器人法也存在系統昂貴、工件識別誤判率高、無法適應工件個體差異等缺點。光整法通過將輪轂浸泡在添加磨粒的磨液中去除毛刺，它對輪轂形狀適應性強，但不僅處理時間較長，而且在去除毛刺的同時也會對輪轂產生損傷，同時還會產生對環境污染嚴重的廢水[6]。

因此，摩托車等車輛使用的輻條式輪轂目前主要采用由去飛邊與打磨兩道工序組成的手工去除方法。手工去除飛邊不僅效率低下，而且工人的工作環境非常惡劣，他們不僅需要面臨金屬粉塵、噪聲、高溫等對身體健康造成的傷害，還要承受極高的勞動強度。同時，手工去除飛邊的質量還會受到工人技能熟練程度和體力的影響，即使是同一個工人加工的產品也很難保證其一致性。

本文提出一種基于幾何重構的輻條式輪轂飛邊去除方法，在一臺小型加工中心上集成檢測與銑削兩個工序，采用接觸式在機檢測技術與小型加工中心銑削技術相結合的輻條式輪轂飛邊去除方法。

1 輪廓“窗口”測量

由于模具制造誤差和磨損、鑄造殘余應力變形等原因，輻條式輪轂的實際輪廓形狀與理論輪廓形狀存在一定的偏差。如果去除飛邊時不考慮這些偏差而按照輪轂的理論輪廓進行加工，則在加工過程中即可能出現“過切”現象，也可能出現“欠切”現象。為了避免出現這些現象，加工時必須測量輪轂“窗口”的實際輪廓。

如圖1所示為某款輻條式摩托車輪轂的理論輪廓，其輻條數量為5輻，或者說輪轂具有5個“窗口”。圖2為該輪轂壓鑄后的半成品實際外形。

圖1 輻條式摩托車輪轂的理論輪廓

圖2 輻條式摩托車輪轂的鑄造件

為了測量輪轂“窗口”實際輪廓，必須在每個“窗口”測量一些點的位置，從而確定實際輪廓與理論輪廓的偏差。為了提高“窗口”輪廓測量的精度和去除飛邊的質量，必須測量輪廓上盡可能多的點的位置，但卻會降低測量和加工的效率。因此，為了在保證測量精度的同時又不至于效率太低，在每個“窗口”按逆時針方向選擇8個測量點，整個輪轂總共選擇40個測量點，如圖3所示。

圖3 輪轂“窗口”測量位置和順序選擇

2 加工路徑的偏差補償

如圖4所示為根據“窗口”8個實際測量點擬合的4次樣條曲線（實線）與理論輪廓曲線（虛線）的偏差示意圖。將圖4中理論輪廓曲線和擬合樣條曲線展開如圖5所示。每個加工點的實際補償值可從樣條曲線與理論輪廓的法向偏差值獲得。

圖4 “窗口”理論輪廓（虛線）和實際測量擬合樣條曲線偏差示意圖

圖5 “窗口”輪廓展開示意圖

3 輪轂去除飛邊加工實驗

為了驗證上述輪轂飛邊去除方法的可行性，采用MarPoss在線測量系統對每個輪轂“窗口”的8個位置進行測量，然后根據8個位置的坐標對“窗口”輪廓進行擬合，再根據樣條曲線與理論輪廓的法向偏差值設置各點刀具直徑補償值，使用程序輸入刀具補償量指令（如FANUC系統的G10）按理論輪廓編程進行加工。

圖5為輪轂飛邊加工，如圖6為去除飛邊效果圖。從圖中可以看出，輪轂“窗口”被加工面寬度比較一致，不存在過切和欠切。

圖6 輪轂“窗口”輪廓測量

圖7 飛邊去除加工

圖8 去除飛邊效果圖

4 結論

首先采用Marposs在線測量系統對摩托車輪轂的窗口輪廓坐標進行測量，然后將測量數據與輪轂理論輪廓數據進行對比，將比較所得偏差映射到根據理論輪廓數據確定的加工路徑中去，采用樣條曲線將各偏差數據點連接起來，再從樣條曲線上獲取每個加工點的偏差值，進而將偏差值補償到對應的加工路徑點中對飛邊進行去除，不存在過切和欠切。