汽车U型纵梁数控冲孔线的加工误差补偿

刘林林，陈晓倩，李松福，郝 毅

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东 济南 250022）

汽车U型纵梁数控冲孔线的加工误差补偿

刘林林，陈晓倩，李松福，郝 毅

（济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东 济南 250022）

介绍了汽车U型纵梁数控冲孔线加工误差补偿原理。综合影响机床加工精度的因素，对误差补偿过程中存在的问题进行分析，并提出改进办法，以提高设备的生产效率和加工精度。

机械制造；冲孔线；精度；误差补偿；U型纵梁

1 前言

汽车U型纵梁数控冲孔线作为目前汽车纵梁加工的主流设备，以其生产效率高、加工误差小而受欢迎。加工误差是指机床坐标轴在数控装置控制下，运动部件所能达到的目标位置的准确程度。U型梁加工误差是指刀具在梁上打孔的实际位置与理论位置的差距。U型梁数控冲孔线采用发那科0i-PC数控系统，沿梁纵向运动的轴为Y轴，沿横向运动的轴为X轴。纵向加工误差的补偿采用随机误差补偿方式，该方式对机床的误差性质没有要求，能够同时对机床的随机误差和系统误差进行补偿。利用检测装置直接安装在机床上进行误差补偿,对需要的补偿值进行“在线测量”，在机床工作同时，实时地测出相应位置的误差值,用此误差值对加工指令进行修正,实现送进轴准确到达指定坐标后进行打孔作业。

2 U型梁数控冲孔线的纵向加工误差补偿分析

2.1 定位和检测装置简介

汽车U型纵梁冲孔设备首先利用上料机构将U型梁放置于支承辊上，再对翼面推料将后翼面与定位辊贴合，对腹面压料将板料腹面与支承辊贴合，以定位辊基准面即工件后翼面为机床Y方向零点进行加工。图1所示为U型梁定位用的导压料装置和对梁的位置进行检测的检测装置。

2.2 二次补偿的动作过程

图1 U型梁定位装置

U型梁定位完成后，X轴夹持梁进行X方向送进，Y轴带动刀具进行Y方向送进，实现梁上各个孔位的加工。加工过程循环如下：各轴根据机床指令送进—各轴送进到理论位置—检测此时检测杆基准值和实际值差值，计算出相应的误差补偿值—Y轴再进行二次送进补偿误差补值—冲孔—下一个循环。二次补偿动作宏程序简化如下：

2.3 加工误差补偿分析

汽车U型纵梁冲孔设备纵向二次补偿的目的就是提高加工精度和加工效率。补偿的误差主要包括几个方面：①各轴在伺服送进过程中发生机构干涉、刮擦、带料、机构松动等情况时导致的误差δA。δA的产生具有不确定性，U型梁生产过程中随时可能会出现，但不是经常出现，不是每次送进都需要补偿。②设备长时间运行后，出现基准辊表面尺寸变化、刀具晃量增大、定位机构变形等问题而导致的误差δB。③随着机床使用时间的延长，机床轴系的伺服误差（轮廓跟随误差）增大，定位精度和重复定位精度造成的控制系统误差δC。δB、δC这两部分误差也是二次误差补偿值的组成部分，但是具有在一段时间内基本稳定的特点。④U型梁板宽不标准即梁的实际宽度与理论宽度存在差值以及翼面形状误差所引起的误差δD。这部分误差也是二次误差补偿值的组成部分，在同一批次或同一张梁全长上，梁宽及形状误差具有基本稳定的特点。

由检测装置组成的检测系统的安装或计算也会造成误差。由于检测台或检测杆在机床上的安装不稳定、梁相对于检测杆的位置不合理、梁倾斜造成检测位置不合理等，都会造成测量基准值或实际值不准确。但是，这些引起的测量反馈系统本身的误差二次补偿并不能消除，需要在设备安装时尽量避免。

由以上分析知，实际加工过程中，整张或者整批次U型梁在加工过程中产生的误差不是一直在变化的，假设 #113=δmax=δA+δB+δC+δD。实际加工中 δB+δC+δD值是一直存在的，而δA不一定存在。在δA不存在或某次变化后就不再变化时，只存在δB+δC+δD，则#113在基本趋于一个稳定值。而上述二次补偿量算法中对误差包含的几个内容作一致处理，在误差没有实时变化时，Y方向二次送进仍然存在，而且在一些工况中送进量还很大。这就有两点问题：一是效率降低。对于U型纵梁冲孔设备，因为Y轴伺服电机通过丝杠滑轨传动大吨位主机，其负载大，为了减少对丝杠的损耗，电机加减速时间设定较长。这样每次二次送进都有一段距离处在加减速运行阶段，而不是全速运行，造成了效率的浪费。二是对精度造成负面影响。如果在二次送进中再产生刮擦时，刀具不能到达系统指令指定的U型梁的理论坐标值，此时没有再次检测，送进指令执行完后则进行打孔，此时孔的位置肯定是错误的，误差为δ（0≤δ≤δmax）。

3 一种实用的改进办法

针对δB+δC+δD在同一张梁或同批次梁中趋于一个稳定值，我们把上次二次补偿中的这部分误差记录下来放在下次同一检测杆打孔时的第一次送进中。如这次送进没有产生δA时，二次补偿值为零或为很小的一个值，不需要二次送进。这样减少了送进加减速时间，提高了加工效率。如这次送进产生δA时，检测装置检测出误差值，进行二次补偿的送进。即便在二次送进中又产生刮擦等误差，其误差值也在0～δA之间,比δmax小很多,这就提高了加工精度。

U型梁数控冲孔线主机上的检测装置前后两组共14个或10个传感器，我们把第m个传感器第N－1次使用时的补偿量记录下来放入宏变量#117，第m个传感器第N次使用时把#[#117]加在第一次送进值#581中。新的二次补偿动作的宏程序简化后如下：

4 结论

通过对误差补偿过程中存在的问题进行分析，对补偿动作进行改进，二次补偿能更好地起到提高加工精度和加工效率的作用。实际生产中，如果把相关的数据采集和运算部分放在PMC中，效率能得到进一步提升。

[1] 倪 军.数控机床误差补偿研究的回顾与展望[J].中国机械工程,1997,8（1）:29－32.

[2] 廖平兰.机床加工过程宗合误差实时补偿技术[J].机械工程学报,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

刘林林（1984-），男，助理工程师，从事数控机床电气控制设计