汽車塑料模具加工誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)的研究

汽車塑料模具加工誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)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(jī)械制造業(yè)的發(fā)展和機(jī)械制造工藝設(shè)備的需求，促進(jìn)了對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)中的自動(dòng)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(duì)于提高我國(guó)制造業(yè)水平、縮短與發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的差距、實(shí)現(xiàn)我國(guó)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(duì)于產(chǎn)品的質(zhì)量影響非常大。由于系統(tǒng)誤差和隨機(jī)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(lái),研究人員一直在進(jìn)行不斷的研究和探索,但都未取得實(shí)質(zhì)性的成果,國(guó)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(cè)補(bǔ)償技術(shù),已成為國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)此類自動(dòng)生產(chǎn)線所必需突破的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文將對(duì)基于汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)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(guó)際先進(jìn)水平,制定系統(tǒng)的性能指標(biāo)。1預(yù)測(cè)安裝誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(gè)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(cè)補(bǔ)償系統(tǒng),不僅要滿足誤差補(bǔ)償?shù)囊?而且還要滿足模具的總體要求。一個(gè)面向汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)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(jī)床的停機(jī)時(shí)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(cè)補(bǔ)償系統(tǒng),能長(zhǎng)期保持高效率、高可靠性和低成本的運(yùn)行。(2)汽車塑料模具的自動(dòng)化程度較高,加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)要求能夠?qū)崿F(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)控和補(bǔ)償;在線檢測(cè)和誤差補(bǔ)償應(yīng)將加工、檢測(cè)和補(bǔ)償集成一體,并大大減少輔助時(shí)間。(3)建立實(shí)時(shí)加工誤差預(yù)測(cè)模型,從系統(tǒng)的角度出發(fā),對(duì)誤差進(jìn)行提前預(yù)測(cè),及時(shí)補(bǔ)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(cè)模型的特點(diǎn),決定合適的的補(bǔ)償策略,(5)刀具微量補(bǔ)償裝置結(jié)構(gòu)上應(yīng)具有較好的通用性,適合于多種場(chǎng)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(bǔ)償范圍、能實(shí)現(xiàn)微米級(jí)連續(xù)進(jìn)給。1.2誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償方法誤差補(bǔ)償方法大致可分為兩類:預(yù)標(biāo)定誤差補(bǔ)償和主動(dòng)誤差補(bǔ)償。預(yù)標(biāo)定誤差補(bǔ)償,是先對(duì)誤差進(jìn)行測(cè)量,然后利用它標(biāo)定或修改隨后工序過(guò)程。它要求機(jī)器的重復(fù)性和精度都很好;主動(dòng)誤差補(bǔ)償,是加工過(guò)程中監(jiān)測(cè)誤差,并利用它修改正在進(jìn)行的加工過(guò)程,這種方法不僅要求測(cè)量系統(tǒng)的重復(fù)性和精度好,而且要求其信號(hào)處理系統(tǒng)和控制系統(tǒng)有很高的運(yùn)算速度和很快的時(shí)間響應(yīng)能力,以滿足實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)男枨?對(duì)機(jī)床的重復(fù)性要求不如預(yù)標(biāo)定誤差補(bǔ)償技術(shù)高。主動(dòng)誤差補(bǔ)償方法有上述許多較預(yù)標(biāo)定補(bǔ)償方法優(yōu)越的特點(diǎn),但其成本高,補(bǔ)償系統(tǒng)適用于大批量、單品種的加工過(guò)程,難以推廣于小批量或單件生產(chǎn)。而機(jī)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(duì)其實(shí)行補(bǔ)償。因此,目前在機(jī)床補(bǔ)償中應(yīng)用得較多的,是預(yù)標(biāo)定誤差補(bǔ)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(bǔ)償方法,而采用主動(dòng)誤差補(bǔ)償方法通過(guò)在線測(cè)量和補(bǔ)償,可以獲得較高的補(bǔ)償精度。在誤差補(bǔ)償實(shí)施方面主要有兩類方法:硬件補(bǔ)償法和軟件補(bǔ)償法。(1)機(jī)床的硬件補(bǔ)償方法。主要是機(jī)械式補(bǔ)償,采用機(jī)械式微量補(bǔ)償裝置,通過(guò)對(duì)誤差模型的分析和計(jì)算,選擇一個(gè)或幾個(gè)合適的誤差補(bǔ)償點(diǎn),采用微位移裝置對(duì)機(jī)床施加反向作用,抵消原有誤差。(2)機(jī)床誤差的軟件補(bǔ)償。硬件補(bǔ)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(jī)床,通用性較差,而且成本相對(duì)較高。因此軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ū銘?yīng)運(yùn)而生,且廣泛為人們所接受。軟件補(bǔ)償就是根據(jù)誤差模型計(jì)算出誤差值修改機(jī)床的控制程序,完成對(duì)誤差的補(bǔ)償。這種方法往往不增加機(jī)床硬件,例如絲桿螺距誤差補(bǔ)償?shù)?其通用性較強(qiáng),還可以滿足動(dòng)態(tài)性能的要求,且成本低廉。其具體做法是通過(guò)預(yù)處理程序,對(duì)預(yù)先編制的NC加工程序進(jìn)行修改,完成補(bǔ)償。但是,軟件誤差補(bǔ)償對(duì)誤差模型的依賴性較強(qiáng),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(bǔ)償方法,所以工作狀態(tài)與標(biāo)定時(shí)機(jī)床狀態(tài)的差異,必定會(huì)影響到最后的補(bǔ)償結(jié)果。盡管如此,軟件誤差補(bǔ)償方法,在實(shí)際應(yīng)用中還是非常普遍的。對(duì)于汽車塑料模具誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償問(wèn)題,由于機(jī)床結(jié)構(gòu)上的原因,無(wú)法采用軟件補(bǔ)償或電路補(bǔ)償方法進(jìn)行補(bǔ)償,只能運(yùn)用機(jī)械式硬件補(bǔ)償方式實(shí)施補(bǔ)償。綜上所述,汽車塑料模具加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng),將采用主動(dòng)補(bǔ)償方法,并采用機(jī)械式補(bǔ)償裝置實(shí)施。2誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)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(cè)補(bǔ)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(cè)量工位,在線測(cè)量系統(tǒng)測(cè)頭伸入工件測(cè)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(cè)模型,對(duì)下一個(gè)加工可能出現(xiàn)的尺寸誤差作出預(yù)測(cè),并發(fā)出相應(yīng)的補(bǔ)償信號(hào)給控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)控制刀具微量補(bǔ)償裝置,使刀具產(chǎn)生徑向微量進(jìn)給,完成補(bǔ)償動(dòng)作,保證下一個(gè)加工零件的尺寸精度。從原理上看,加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)和其他尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)相類似,主要由在線測(cè)量系統(tǒng)、刀具微量補(bǔ)償裝置、控制系統(tǒng)(包含誤差預(yù)測(cè)模型)三大部分組成。根據(jù)上述的補(bǔ)償原理分析,可以看到,在整個(gè)加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng)中預(yù)測(cè)模型和微量補(bǔ)償裝置是二個(gè)最主要的環(huán)節(jié),對(duì)補(bǔ)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(cè)補(bǔ)償中的極待解決的關(guān)鍵技術(shù)。加工尺寸誤差預(yù)測(cè)補(bǔ)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(diǎn)應(yīng)放在解決這2個(gè)關(guān)鍵技術(shù)上。即研究工作重點(diǎn)是:(1)微量補(bǔ)償裝置的結(jié)構(gòu)、性能和精度;(2)預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)精度。根據(jù)上述原理和對(duì)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(cè)補(bǔ)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(cè)模型的輸入,通過(guò)誤差預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)下一個(gè)將要加工的工件的尺寸誤差,采用主動(dòng)補(bǔ)償方式,應(yīng)用微量補(bǔ)償裝置實(shí)施硬件補(bǔ)償。依據(jù)此設(shè)計(jì)思想,系統(tǒng)包括:在線測(cè)量系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(包含誤差預(yù)測(cè)模型)、刀具微量補(bǔ)償裝置(包括動(dòng)力頭)及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等部分。根據(jù)面向大批量生產(chǎn)過(guò)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(chǎng)生產(chǎn)條件十分惡劣。因此,面向大批量生產(chǎn)過(guò)程的預(yù)測(cè)補(bǔ)償系統(tǒng),除了重點(diǎn)研究誤差預(yù)測(cè)模型和刀具微量補(bǔ)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,