汽車塑料模具加工誤差預(yù)測補償系統(tǒng)的研究

汽車塑料模具加工誤差預(yù)測補償系統(tǒng)的研究

汽車產(chǎn)業(yè)，特別是汽車行業(yè)的快速發(fā)展，充分促進(jìn)了機械制造業(yè)的發(fā)展和機械制造工藝設(shè)備的需求，促進(jìn)了對大規(guī)模生產(chǎn)中的自動摩擦線及其相關(guān)技術(shù)的研究。汽車塑料產(chǎn)品注塑成型,是大批量生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率、降低成本、保證產(chǎn)品質(zhì)量的主要途徑。研究汽車塑料模具的加工,對于提高我國制造業(yè)水平、縮短與發(fā)達(dá)工業(yè)國家的差距、實現(xiàn)我國制造業(yè)的振興具有重要意義。塑料模具是汽車產(chǎn)業(yè)重要的工藝裝配,其制造技術(shù)對于產(chǎn)品的質(zhì)量影響非常大。由于系統(tǒng)誤差和隨機誤差的存在,極大地影響了汽車塑料模具加工的質(zhì)量和效率。多年以來,研究人員一直在進(jìn)行不斷的研究和探索,但都未取得實質(zhì)性的成果,國內(nèi)企業(yè)主要依賴進(jìn)口。汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測補償技術(shù),已成為國內(nèi)開發(fā)此類自動生產(chǎn)線所必需突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文將對基于汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)及各功能模塊進(jìn)行研究,提出總體結(jié)構(gòu)方案,參照國際先進(jìn)水平,制定系統(tǒng)的性能指標(biāo)。1預(yù)測安裝誤差預(yù)測補償系統(tǒng)1.1系統(tǒng)設(shè)計要求汽車塑料模具因其尺寸大,精度要求高,所以加工難度更大。另外,汽車塑料模的生產(chǎn)量大,生產(chǎn)周期短,需要較高的可靠性。汽車塑料模具上的一個加工工序或加工單元,同樣需要滿足生產(chǎn)率和可靠性的要求。即汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng),不僅要滿足誤差補償?shù)囊?而且還要滿足模具的總體要求。一個面向汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng),應(yīng)滿足以下若干方面的要求:(1)由于汽車塑料模具需要高效、大批量生產(chǎn)的設(shè)備,提高可靠性,減少機床的停機時間,是提高生產(chǎn)效率的重要方面。因此,要求加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng),能長期保持高效率、高可靠性和低成本的運行。(2)汽車塑料模具的自動化程度較高,加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)加工過程的自動監(jiān)控和補償;在線檢測和誤差補償應(yīng)將加工、檢測和補償集成一體,并大大減少輔助時間。(3)建立實時加工誤差預(yù)測模型,從系統(tǒng)的角度出發(fā),對誤差進(jìn)行提前預(yù)測,及時補償,保證加工精度和產(chǎn)品互換性,降低廢品率。(4)根據(jù)汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測模型的特點,決定合適的的補償策略,(5)刀具微量補償裝置結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有較好的通用性,適合于多種場合應(yīng)用的需要,較高的重復(fù)定位精度,良好的線性、較大的補償范圍、能實現(xiàn)微米級連續(xù)進(jìn)給。1.2誤差預(yù)測補償方法誤差補償方法大致可分為兩類:預(yù)標(biāo)定誤差補償和主動誤差補償。預(yù)標(biāo)定誤差補償,是先對誤差進(jìn)行測量,然后利用它標(biāo)定或修改隨后工序過程。它要求機器的重復(fù)性和精度都很好;主動誤差補償,是加工過程中監(jiān)測誤差,并利用它修改正在進(jìn)行的加工過程,這種方法不僅要求測量系統(tǒng)的重復(fù)性和精度好,而且要求其信號處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)有很高的運算速度和很快的時間響應(yīng)能力,以滿足實時補償?shù)男枨?對機床的重復(fù)性要求不如預(yù)標(biāo)定誤差補償技術(shù)高。主動誤差補償方法有上述許多較預(yù)標(biāo)定補償方法優(yōu)越的特點,但其成本高,補償系統(tǒng)適用于大批量、單品種的加工過程,難以推廣于小批量或單件生產(chǎn)。而機床總誤差中70%的誤差,屬于幾何誤差和熱誤差,它們都是系統(tǒng)誤差,采用預(yù)標(biāo)定法即可對其實行補償。因此,目前在機床補償中應(yīng)用得較多的,是預(yù)標(biāo)定誤差補償技術(shù)。汽車塑料模具加工尺寸誤差,由于系統(tǒng)的復(fù)雜性,不易采用預(yù)標(biāo)定補償方法,而采用主動誤差補償方法通過在線測量和補償,可以獲得較高的補償精度。在誤差補償實施方面主要有兩類方法:硬件補償法和軟件補償法。(1)機床的硬件補償方法。主要是機械式補償,采用機械式微量補償裝置,通過對誤差模型的分析和計算,選擇一個或幾個合適的誤差補償點,采用微位移裝置對機床施加反向作用,抵消原有誤差。(2)機床誤差的軟件補償。硬件補償方法中控制裝置與各自數(shù)控系統(tǒng)相連。一般只適用于某一特定的機床,通用性較差,而且成本相對較高。因此軟件補償?shù)姆椒ū銘?yīng)運而生,且廣泛為人們所接受。軟件補償就是根據(jù)誤差模型計算出誤差值修改機床的控制程序,完成對誤差的補償。這種方法往往不增加機床硬件,例如絲桿螺距誤差補償?shù)?其通用性較強,還可以滿足動態(tài)性能的要求,且成本低廉。其具體做法是通過預(yù)處理程序,對預(yù)先編制的NC加工程序進(jìn)行修改,完成補償。但是,軟件誤差補償對誤差模型的依賴性較強,因此要求誤差模型的精度足夠高。由于此方法屬于預(yù)先標(biāo)定補償方法,所以工作狀態(tài)與標(biāo)定時機床狀態(tài)的差異,必定會影響到最后的補償結(jié)果。盡管如此,軟件誤差補償方法,在實際應(yīng)用中還是非常普遍的。對于汽車塑料模具誤差預(yù)測補償問題,由于機床結(jié)構(gòu)上的原因,無法采用軟件補償或電路補償方法進(jìn)行補償,只能運用機械式硬件補償方式實施補償。綜上所述,汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng),將采用主動補償方法,并采用機械式補償裝置實施。2誤差預(yù)測補償系統(tǒng)總體框架的構(gòu)建汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)的工作原理,如圖1所示。工件在工位加工完后進(jìn)入測量工位,在線測量系統(tǒng)測頭伸入工件測量,獲得尺寸誤差值,以此誤差值作為輸入,根據(jù)建立的誤差預(yù)測模型,對下一個加工可能出現(xiàn)的尺寸誤差作出預(yù)測,并發(fā)出相應(yīng)的補償信號給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)控制刀具微量補償裝置,使刀具產(chǎn)生徑向微量進(jìn)給,完成補償動作,保證下一個加工零件的尺寸精度。從原理上看,加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)和其他尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)相類似,主要由在線測量系統(tǒng)、刀具微量補償裝置、控制系統(tǒng)(包含誤差預(yù)測模型)三大部分組成。根據(jù)上述的補償原理分析,可以看到,在整個加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)中預(yù)測模型和微量補償裝置是二個最主要的環(huán)節(jié),對補償結(jié)果起到極其至關(guān)重要的作用,是加工尺寸誤差預(yù)測補償中的極待解決的關(guān)鍵技術(shù)。加工尺寸誤差預(yù)測補償?shù)哪康?是為了保證和提高加工尺寸的分散度和精度,因此研究重點應(yīng)放在解決這2個關(guān)鍵技術(shù)上。即研究工作重點是:(1)微量補償裝置的結(jié)構(gòu)、性能和精度;(2)預(yù)測模型的預(yù)測精度。根據(jù)上述原理和對系統(tǒng)要求的分析,提出如圖2所示的加工尺寸誤差預(yù)測補償系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框架。其總體思路是:以已加工工件尺寸誤差作為誤差預(yù)測模型的輸入,通過誤差預(yù)測模型預(yù)測下一個將要加工的工件的尺寸誤差,采用主動補償方式,應(yīng)用微量補償裝置實施硬件補償。依據(jù)此設(shè)計思想,系統(tǒng)包括:在線測量系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)(包含誤差預(yù)測模型)、刀具微量補償裝置(包括動力頭)及驅(qū)動系統(tǒng)等部分。根據(jù)面向大批量生產(chǎn)過程的要求,系統(tǒng)必須具有一定的通用性和較高的可靠性。各種鏜孔加工設(shè)備差異較大,被加工的零件要求各不相同,現(xiàn)場生產(chǎn)條件十分惡劣。因此,面向大批量生產(chǎn)過程的預(yù)測補償系統(tǒng),除了重點研究誤差預(yù)測模型和刀具微量補償裝置外,系統(tǒng)組織的柔性、模塊化,系統(tǒng)界面的友好交互能力,系統(tǒng)穩(wěn)定性,