汽車U型縱梁數控沖孔線的加工誤差補償

劉林林，陳曉倩，李松福，郝 毅

（濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

汽車U型縱梁數控沖孔線的加工誤差補償

劉林林，陳曉倩，李松福，郝 毅

（濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東 濟南 250022）

介紹了汽車U型縱梁數控沖孔線加工誤差補償原理。綜合影響機床加工精度的因素，對誤差補償過程中存在的問題進行分析，并提出改進辦法，以提高設備的生產效率和加工精度。

機械制造；沖孔線；精度；誤差補償；U型縱梁

1 前言

汽車U型縱梁數控沖孔線作為目前汽車縱梁加工的主流設備，以其生產效率高、加工誤差小而受歡迎。加工誤差是指機床坐標軸在數控裝置控制下，運動部件所能達到的目標位置的準確程度。U型梁加工誤差是指刀具在梁上打孔的實際位置與理論位置的差距。U型梁數控沖孔線采用發那科0i-PC數控系統，沿梁縱向運動的軸為Y軸，沿橫向運動的軸為X軸。縱向加工誤差的補償采用隨機誤差補償方式，該方式對機床的誤差性質沒有要求，能夠同時對機床的隨機誤差和系統誤差進行補償。利用檢測裝置直接安裝在機床上進行誤差補償,對需要的補償值進行“在線測量”，在機床工作同時，實時地測出相應位置的誤差值,用此誤差值對加工指令進行修正,實現送進軸準確到達指定坐標后進行打孔作業。

2 U型梁數控沖孔線的縱向加工誤差補償分析

2.1 定位和檢測裝置簡介

汽車U型縱梁沖孔設備首先利用上料機構將U型梁放置于支承輥上，再對翼面推料將后翼面與定位輥貼合，對腹面壓料將板料腹面與支承輥貼合，以定位輥基準面即工件后翼面為機床Y方向零點進行加工。圖1所示為U型梁定位用的導壓料裝置和對梁的位置進行檢測的檢測裝置。

2.2 二次補償的動作過程

圖1 U型梁定位裝置

U型梁定位完成后，X軸夾持梁進行X方向送進，Y軸帶動刀具進行Y方向送進，實現梁上各個孔位的加工。加工過程循環如下：各軸根據機床指令送進—各軸送進到理論位置—檢測此時檢測桿基準值和實際值差值，計算出相應的誤差補償值—Y軸再進行二次送進補償誤差補值—沖孔—下一個循環。二次補償動作宏程序簡化如下：

2.3 加工誤差補償分析

汽車U型縱梁沖孔設備縱向二次補償的目的就是提高加工精度和加工效率。補償的誤差主要包括幾個方面：①各軸在伺服送進過程中發生機構干涉、刮擦、帶料、機構松動等情況時導致的誤差δA。δA的產生具有不確定性，U型梁生產過程中隨時可能會出現，但不是經常出現，不是每次送進都需要補償。②設備長時間運行后，出現基準輥表面尺寸變化、刀具晃量增大、定位機構變形等問題而導致的誤差δB。③隨著機床使用時間的延長，機床軸系的伺服誤差（輪廓跟隨誤差）增大，定位精度和重復定位精度造成的控制系統誤差δC。δB、δC這兩部分誤差也是二次誤差補償值的組成部分，但是具有在一段時間內基本穩定的特點。④U型梁板寬不標準即梁的實際寬度與理論寬度存在差值以及翼面形狀誤差所引起的誤差δD。這部分誤差也是二次誤差補償值的組成部分，在同一批次或同一張梁全長上，梁寬及形狀誤差具有基本穩定的特點。

由檢測裝置組成的檢測系統的安裝或計算也會造成誤差。由于檢測臺或檢測桿在機床上的安裝不穩定、梁相對于檢測桿的位置不合理、梁傾斜造成檢測位置不合理等，都會造成測量基準值或實際值不準確。但是，這些引起的測量反饋系統本身的誤差二次補償并不能消除，需要在設備安裝時盡量避免。

由以上分析知，實際加工過程中，整張或者整批次U型梁在加工過程中產生的誤差不是一直在變化的，假設 #113=δmax=δA+δB+δC+δD。實際加工中 δB+δC+δD值是一直存在的，而δA不一定存在。在δA不存在或某次變化后就不再變化時，只存在δB+δC+δD，則#113在基本趨于一個穩定值。而上述二次補償量算法中對誤差包含的幾個內容作一致處理，在誤差沒有實時變化時，Y方向二次送進仍然存在，而且在一些工況中送進量還很大。這就有兩點問題：一是效率降低。對于U型縱梁沖孔設備，因為Y軸伺服電機通過絲杠滑軌傳動大噸位主機，其負載大，為了減少對絲杠的損耗，電機加減速時間設定較長。這樣每次二次送進都有一段距離處在加減速運行階段，而不是全速運行，造成了效率的浪費。二是對精度造成負面影響。如果在二次送進中再產生刮擦時，刀具不能到達系統指令指定的U型梁的理論坐標值，此時沒有再次檢測，送進指令執行完后則進行打孔，此時孔的位置肯定是錯誤的，誤差為δ（0≤δ≤δmax）。

3 一種實用的改進辦法

針對δB+δC+δD在同一張梁或同批次梁中趨于一個穩定值，我們把上次二次補償中的這部分誤差記錄下來放在下次同一檢測桿打孔時的第一次送進中。如這次送進沒有產生δA時，二次補償值為零或為很小的一個值，不需要二次送進。這樣減少了送進加減速時間，提高了加工效率。如這次送進產生δA時，檢測裝置檢測出誤差值，進行二次補償的送進。即便在二次送進中又產生刮擦等誤差，其誤差值也在0～δA之間,比δmax小很多,這就提高了加工精度。

U型梁數控沖孔線主機上的檢測裝置前后兩組共14個或10個傳感器，我們把第m個傳感器第N－1次使用時的補償量記錄下來放入宏變量#117，第m個傳感器第N次使用時把#[#117]加在第一次送進值#581中。新的二次補償動作的宏程序簡化后如下：

4 結論

通過對誤差補償過程中存在的問題進行分析，對補償動作進行改進，二次補償能更好地起到提高加工精度和加工效率的作用。實際生產中，如果把相關的數據采集和運算部分放在PMC中，效率能得到進一步提升。

[1] 倪 軍.數控機床誤差補償研究的回顧與展望[J].中國機械工程,1997,8（1）:29－32.

[2] 廖平蘭.機床加工過程宗合誤差實時補償技術[J].機械工程學報,1992,28(2):65－68.

The error compensation of the CNC punching line for truck U-beam

LIU Linlin,CHEN Xiaoqian,LI Songfu,HAO Yi
（Jinan Foundry&Metalforming Machinery Research Institute Co.,Ltd.,Jinan 250022,Shandong China）

The principle of error compensation of the CNC punching line for truck U-beam has been introduced.By considering of all the factors which influence the machining accuracy,the problems during error compensation process have been analyzed.Then the improving method has been put forward,which can raise the productivity and accuracy of the production line.

Punching line;Accuracy;Error compensation;U-type side member

TG385

B

1672－0121（2012）02－0027－02

2011-11-17

劉林林（1984-），男，助理工程師，從事數控機床電氣控制設計