趙宏松，萬(wàn)正東，吳 昊，江寶明，周寶玉

（揚(yáng)州鍛壓機(jī)床股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州225128）

0 引言

滑塊動(dòng)態(tài)精度主要包括下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)精度、左右水平方向動(dòng)態(tài)精度、前后水平方向動(dòng)態(tài)精度，對(duì)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(duì)于沖裁間隙要求較小的制件，可能會(huì)導(dǎo)致上、下模之間發(fā)生碰撞，造成模具損壞；若下死點(diǎn)精度較差，可能會(huì)導(dǎo)致一些薄制件不能完全沖穿，以及沖裁中不能提供預(yù)期大小的沖裁力。因此，有必要對(duì)滑塊的動(dòng)態(tài)精度進(jìn)行測(cè)量，為模具的沖裁間隙選擇提供參考，及對(duì)沖裁力穩(wěn)定性給予評(píng)價(jià)。

1 測(cè)量?jī)x器

電渦流位移傳感器3 個(gè)，夾具塊1 個(gè)，虛擬儀器一套（信號(hào)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(tái)。

2 測(cè)量步驟

2.1 測(cè)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(duì)較大，因此本次滑塊的動(dòng)態(tài)精度測(cè)量選擇滑塊分別在最大和最小裝模高度狀態(tài)為測(cè)量目標(biāo)。

2.2 測(cè)量具體過(guò)程

壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)的位置精度，包括滑塊下死點(diǎn)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(tái)面幾何中心處為測(cè)量點(diǎn)，在滑塊中心處安裝一測(cè)量體，要求該體在三個(gè)方向表面光滑，將三個(gè)位移傳感器同時(shí)安裝在工作臺(tái)板上，并使感測(cè)頭正對(duì)測(cè)量體的三個(gè)表面；將傳感器與虛擬儀器相連，測(cè)量前將測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校零。

為了消除機(jī)床發(fā)熱對(duì)滑塊動(dòng)態(tài)精度的影響，測(cè)量前將機(jī)床調(diào)整到最大轉(zhuǎn)速狀態(tài)下空載運(yùn)轉(zhuǎn)2～3 個(gè)小時(shí)，然后從最高轉(zhuǎn)速狀態(tài)下開(kāi)始測(cè)量滑塊動(dòng)態(tài)精度，每過(guò)一定時(shí)間將機(jī)床轉(zhuǎn)速降低50，逐級(jí)測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下滑塊的動(dòng)態(tài)精度，最后一次將機(jī)床轉(zhuǎn)速調(diào)整為10rpm 進(jìn)行動(dòng)態(tài)精度測(cè)量。

2.3 數(shù)據(jù)處理

以上測(cè)量誤差均為滑塊相對(duì)于工作臺(tái)板的相對(duì)誤差，下死點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)處理與水平方向不同，具體處理方式說(shuō)明如下。

2.3.1 下死點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)處理

滑塊的運(yùn)動(dòng)誤差主要包括系統(tǒng)誤差和隨機(jī)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(jī)誤差又分為穩(wěn)態(tài)誤差和波動(dòng)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(zhǎng)等引起的誤差，該誤差隨轉(zhuǎn)速變化而變動(dòng)；波動(dòng)誤差指一些不確定因素引起的誤差。

以某一次下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)精度測(cè)量為例，圖1 為某測(cè)量中滑塊的運(yùn)動(dòng)曲線，以前對(duì)下死點(diǎn)的動(dòng)態(tài)精度處理主要考慮滑塊在下死點(diǎn)的重復(fù)定位精度，其相應(yīng)的測(cè)量數(shù)據(jù)處理過(guò)程如下。

圖1 下死點(diǎn)測(cè)量結(jié)果波形圖

假設(shè)圖1 滑塊在下死點(diǎn)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(diǎn)的波動(dòng)值取為

其相應(yīng)波動(dòng)圖如圖2 所示。取

δ 即為相應(yīng)的重復(fù)定位精度。

對(duì)于不同的轉(zhuǎn)速，滑塊下死點(diǎn)處的讀數(shù)平均值uˉ將不同，如果僅分析滑塊的動(dòng)態(tài)波動(dòng)誤差，只能對(duì)機(jī)床的穩(wěn)定性給予適當(dāng)評(píng)價(jià)，并不能很好地表示滑塊在下死點(diǎn)及水平方向的動(dòng)態(tài)精度，不能對(duì)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(dǎo)，因此，本次的動(dòng)態(tài)精度分析將在上述分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步分析。

本次測(cè)量將滑塊的速度16 等分，分別測(cè)量滑塊在50spm、100spm、150spm……800spm 狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)精度情況，在j 級(jí)轉(zhuǎn)速下對(duì)應(yīng)的下死點(diǎn)平均值為；假設(shè)在靜止?fàn)顟B(tài)下，滑塊下死點(diǎn)處的讀數(shù)為u0，則j級(jí)轉(zhuǎn)速下，下死點(diǎn)的穩(wěn)態(tài)偏差為

則此時(shí)下死點(diǎn)誤差圖為圖2 基礎(chǔ)上豎直方向平移aj。

令

圖2 下死點(diǎn)數(shù)據(jù)處理后波形圖

下死點(diǎn)運(yùn)動(dòng)誤差取為max（△1，△2）。在實(shí)際測(cè)量中，由于滑塊處于靜態(tài)下的下死點(diǎn)位置狀態(tài)不便準(zhǔn)確測(cè)量，測(cè)量中取滑塊在10spm 轉(zhuǎn)速下的測(cè)量值平均值代替u0。由于轉(zhuǎn)速較低，機(jī)床的振動(dòng)及慣性力的影響很小，該方法雖然會(huì)造成一定的誤差，但仍可以認(rèn)為是合理的。

2.3.2 水平X、Y 方向測(cè)量數(shù)據(jù)處理

圖3 滑塊X（或Y）向測(cè)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(duì)X方向進(jìn)行說(shuō)明。圖3 為某轉(zhuǎn)速下測(cè)量的X 方向時(shí)域位移曲線圖（測(cè)量前須對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校零，圖3 可能沒(méi)有校零，實(shí)際測(cè)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(shí)刻t 對(duì)應(yīng)的測(cè)量值為x（t），在圖3 中取一段穩(wěn)定時(shí)域作為研究對(duì)象，則X 方向的穩(wěn)定誤差值取為

令

則在該轉(zhuǎn)速下機(jī)床的X 方向最大誤差和最大誤差波動(dòng)分別為

3 總結(jié)

結(jié)合以上分析和多年的生產(chǎn)實(shí)踐，采用該方案在設(shè)計(jì)上可以滿足數(shù)控高速精密沖床的滑塊動(dòng)態(tài)精度測(cè)量要求。只要在測(cè)試時(shí)，遠(yuǎn)離周?chē)h(huán)境的振動(dòng)源、保證測(cè)量?jī)x器的精密性和機(jī)床運(yùn)行的可靠性，獲得準(zhǔn)確、真實(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)是沒(méi)有問(wèn)題的。圖4 是我司測(cè)量時(shí)的情景。

圖4 動(dòng)態(tài)精度現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

[1]李長(zhǎng)河，畢曉偉，井衛(wèi)義，等.高速壓力機(jī)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)精度穩(wěn)定技術(shù)[J].新技術(shù)新工藝，1999，（2）：15-16.

[2]王曉東，鹿新建，肖 政，等.高速壓力機(jī)下死點(diǎn)測(cè)試及數(shù)據(jù)分析[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2008，43（2）：37-39.

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