一種高速精密數(shù)控沖床滑塊動態(tài)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(tài)精度主要包括下死點動態(tài)精度、左右水平方向動態(tài)精度、前后水平方向動態(tài)精度，對于高速精密數(shù)控沖床而言，上下模間隙越小，制件的沖裁面質(zhì)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(fā)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(tài)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(wěn)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(diào)理卡NI-SCXI-1327，NI-SCXI-1125；數(shù)據(jù)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(tài)

滑塊最大和最小裝模高度狀態(tài)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(tài)精度測量選擇滑塊分別在最大和最小裝模高度狀態(tài)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(fā)熱對滑塊動態(tài)精度的影響，測量前將機床調(diào)整到最大轉(zhuǎn)速狀態(tài)下空載運轉(zhuǎn)2～3 個小時，然后從最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下開始測量滑塊動態(tài)精度，每過一定時間將機床轉(zhuǎn)速降低50，逐級測量不同轉(zhuǎn)速下滑塊的動態(tài)精度，最后一次將機床轉(zhuǎn)速調(diào)整為10rpm 進行動態(tài)精度測量。

2.3 數(shù)據(jù)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(jié)果數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理

滑塊的運動誤差主要包括系統(tǒng)誤差和隨機誤差。系統(tǒng)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(wěn)態(tài)誤差和波動誤差。所謂穩(wěn)態(tài)誤差是指在某一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tài)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(tài)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(shù)據(jù)處理過程如下。

圖1 下死點測量結(jié)果波形圖

假設圖1 滑塊在下死點處的讀數(shù)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(zhuǎn)速，滑塊下死點處的讀數(shù)平均值uˉ將不同，如果僅分析滑塊的動態(tài)波動誤差，只能對機床的穩(wěn)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(tài)精度，不能對模具的沖裁間隙及滑塊所能提供的沖裁力穩(wěn)定性給予指導，因此，本次的動態(tài)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(tài)下的動態(tài)精度情況，在j 級轉(zhuǎn)速下對應的下死點平均值為；假設在靜止狀態(tài)下，滑塊下死點處的讀數(shù)為u0，則j級轉(zhuǎn)速下，下死點的穩(wěn)態(tài)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(shù)據(jù)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(tài)下的下死點位置狀態(tài)不便準確測量，測量中取滑塊在10spm 轉(zhuǎn)速下的測量值平均值代替u0。由于轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)處理

圖3 滑塊X（或Y）向測量結(jié)果波形圖

水平方向X、Y 數(shù)據(jù)處理方法相同，在此只對X方向進行說明。圖3 為某轉(zhuǎn)速下測量的X 方向時域位移曲線圖（測量前須對測量系統(tǒng)進行校零，圖3 可能沒有校零，實際測量數(shù)據(jù)為校零后的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)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(wěn)定時域作為研究對象，則X 方向的穩(wěn)定誤差值取為

令

則在該轉(zhuǎn)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(jié)

結(jié)合以上分析和多年的生產(chǎn)實踐，采用該方案在設計上可以滿足數(shù)控高速精密沖床的滑塊動態(tài)精度測量要求。只要在測試時，遠離周圍環(huán)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(shù)據(jù)是沒有問題的。圖4 是我司測量時的情景。

圖4 動態(tài)精度現(xiàn)場測量

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