一種高速精密數控沖床滑塊動態精度測量方法

趙宏松，萬正東，吳 昊，江寶明，周寶玉

（揚州鍛壓機床股份有限公司，江蘇 揚州225128）

0 引言

滑塊動態精度主要包括下死點動態精度、左右水平方向動態精度、前后水平方向動態精度，對于高速精密數控沖床而言，上下模間隙越小，制件的沖裁面質量越好，若滑塊的水平方向精度較差，對于沖裁間隙要求較小的制件，可能會導致上、下模之間發生碰撞，造成模具損壞；若下死點精度較差，可能會導致一些薄制件不能完全沖穿，以及沖裁中不能提供預期大小的沖裁力。因此，有必要對滑塊的動態精度進行測量，為模具的沖裁間隙選擇提供參考，及對沖裁力穩定性給予評價。

1 測量儀器

電渦流位移傳感器3 個，夾具塊1 個，虛擬儀器一套（信號調理卡NI-SCXI-1327，NI-SCXI-1125；數據采集卡NI-PXI-6251 M Series Multifunction DAQ），顯示器1 臺。

2 測量步驟

2.1 測量狀態

滑塊最大和最小裝模高度狀態為其行程的極限位置，極限位置處的誤差一般相對較大，因此本次滑塊的動態精度測量選擇滑塊分別在最大和最小裝模高度狀態為測量目標。

2.2 測量具體過程

壓力機滑塊運動時的位置精度，包括滑塊下死點精度（Z 方向），以及左右（X 方向）、前后（Y 方向）位置精度。

選擇工作臺面幾何中心處為測量點，在滑塊中心處安裝一測量體，要求該體在三個方向表面光滑，將三個位移傳感器同時安裝在工作臺板上，并使感測頭正對測量體的三個表面；將傳感器與虛擬儀器相連，測量前將測量設備進行校零。

為了消除機床發熱對滑塊動態精度的影響，測量前將機床調整到最大轉速狀態下空載運轉2～3 個小時，然后從最高轉速狀態下開始測量滑塊動態精度，每過一定時間將機床轉速降低50，逐級測量不同轉速下滑塊的動態精度，最后一次將機床轉速調整為10rpm 進行動態精度測量。

2.3 數據處理

以上測量誤差均為滑塊相對于工作臺板的相對誤差，下死點的測量結果數據處理與水平方向不同，具體處理方式說明如下。

2.3.1 下死點測量數據處理

滑塊的運動誤差主要包括系統誤差和隨機誤差。系統誤差主要由零件的加工及裝備中的初始間隙等因素引起的誤差；隨機誤差又分為穩態誤差和波動誤差。所謂穩態誤差是指在某一轉速下，由于慣性力等因素的作用，連接副的彈性變形使間隙變大、連桿的伸長等引起的誤差，該誤差隨轉速變化而變動；波動誤差指一些不確定因素引起的誤差。

以某一次下死點動態精度測量為例，圖1 為某測量中滑塊的運動曲線，以前對下死點的動態精度處理主要考慮滑塊在下死點的重復定位精度，其相應的測量數據處理過程如下。

圖1 下死點測量結果波形圖

假設圖1 滑塊在下死點處的讀數分別為ui（i=1，2，…，n），其平均值為

則滑塊在下死點的波動值取為

其相應波動圖如圖2 所示。取

δ 即為相應的重復定位精度。

對于不同的轉速，滑塊下死點處的讀數平均值uˉ將不同，如果僅分析滑塊的動態波動誤差，只能對機床的穩定性給予適當評價，并不能很好地表示滑塊在下死點及水平方向的動態精度，不能對模具的沖裁間隙及滑塊所能提供的沖裁力穩定性給予指導，因此，本次的動態精度分析將在上述分析的基礎上進行進一步分析。

本次測量將滑塊的速度16 等分，分別測量滑塊在50spm、100spm、150spm……800spm 狀態下的動態精度情況，在j 級轉速下對應的下死點平均值為；假設在靜止狀態下，滑塊下死點處的讀數為u0，則j級轉速下，下死點的穩態偏差為

則此時下死點誤差圖為圖2 基礎上豎直方向平移aj。

令

圖2 下死點數據處理后波形圖

下死點運動誤差取為max（△1，△2）。在實際測量中，由于滑塊處于靜態下的下死點位置狀態不便準確測量，測量中取滑塊在10spm 轉速下的測量值平均值代替u0。由于轉速較低，機床的振動及慣性力的影響很小，該方法雖然會造成一定的誤差，但仍可以認為是合理的。

2.3.2 水平X、Y 方向測量數據處理

圖3 滑塊X（或Y）向測量結果波形圖

水平方向X、Y 數據處理方法相同，在此只對X方向進行說明。圖3 為某轉速下測量的X 方向時域位移曲線圖（測量前須對測量系統進行校零，圖3 可能沒有校零，實際測量數據為校零后的數據，數據處理按校零后的情況處理），某一時刻t 對應的測量值為x（t），在圖3 中取一段穩定時域作為研究對象，則X 方向的穩定誤差值取為

令

則在該轉速下機床的X 方向最大誤差和最大誤差波動分別為

3 總結

結合以上分析和多年的生產實踐，采用該方案在設計上可以滿足數控高速精密沖床的滑塊動態精度測量要求。只要在測試時，遠離周圍環境的振動源、保證測量儀器的精密性和機床運行的可靠性，獲得準確、真實的測量數據是沒有問題的。圖4 是我司測量時的情景。

圖4 動態精度現場測量

[1]李長河，畢曉偉，井衛義，等.高速壓力機下死點動態精度穩定技術[J].新技術新工藝，1999，（2）：15-16.

[2]王曉東，鹿新建，肖 政，等.高速壓力機下死點測試及數據分析[J].鍛壓裝備與制造技術，2008，43（2）：37-39.

[3]陳維民，曹喜濱，高乃光.機械壓力機滑塊運動精度的分析研究[J].鍛壓技術，1993，（5）：39-43.