汽车塑料模具加工误差预测补偿系统的研究

汽车塑料模具加工误差预测补偿系统的研究

汽车产业，特别是汽车行业的快速发展，充分促进了机械制造业的发展和机械制造工艺设备的需求，促进了对大规模生产中的自动摩擦线及其相关技术的研究。汽车塑料产品注塑成型,是大批量生产提高生产效率、降低成本、保证产品质量的主要途径。研究汽车塑料模具的加工,对于提高我国制造业水平、缩短与发达工业国家的差距、实现我国制造业的振兴具有重要意义。塑料模具是汽车产业重要的工艺装配,其制造技术对于产品的质量影响非常大。由于系统误差和随机误差的存在,极大地影响了汽车塑料模具加工的质量和效率。多年以来,研究人员一直在进行不断的研究和探索,但都未取得实质性的成果,国内企业主要依赖进口。汽车塑料模具加工尺寸误差预测补偿技术,已成为国内开发此类自动生产线所必需突破的关键技术之一。本文将对基于汽车塑料模具加工尺寸误差预测补偿系统及各功能模块进行研究,提出总体结构方案,参照国际先进水平,制定系统的性能指标。1预测安装误差预测补偿系统1.1系统设计要求汽车塑料模具因其尺寸大,精度要求高,所以加工难度更大。另外,汽车塑料模的生产量大,生产周期短,需要较高的可靠性。汽车塑料模具上的一个加工工序或加工单元,同样需要满足生产率和可靠性的要求。即汽车塑料模具加工尺寸误差预测补偿系统,不仅要满足误差补偿的要求,而且还要满足模具的总体要求。一个面向汽车塑料模具加工尺寸误差预测补偿系统,应满足以下若干方面的要求:(1)由于汽车塑料模具需要高效、大批量生产的设备,提高可靠性,减少机床的停机时间,是提高生产效率的重要方面。因此,要求加工尺寸误差预测补偿系统,能长期保持高效率、高可靠性和低成本的运行。(2)汽车塑料模具的自动化程度较高,加工尺寸误差预测补偿系统要求能够实现加工过程的自动监控和补偿;在线检测和误差补偿应将加工、检测和补偿集成一体,并大大减少辅助时间。(3)建立实时加工误差预测模型,从系统的角度出发,对误差进行提前预测,及时补偿,保证加工精度和产品互换性,降低废品率。(4)根据汽车塑料模具加工尺寸误差预测模型的特点,决定合适的的补偿策略,(5)刀具微量补偿装置结构上应具有较好的通用性,适合于多种场合应用的需要,较高的重复定位精度,良好的线性、较大的补偿范围、能实现微米级连续进给。1.2误差预测补偿方法误差补偿方法大致可分为两类:预标定误差补偿和主动误差补偿。预标定误差补偿,是先对误差进行测量,然后利用它标定或修改随后工序过程。它要求机器的重复性和精度都很好;主动误差补偿,是加工过程中监测误差,并利用它修改正在进行的加工过程,这种方法不仅要求测量系统的重复性和精度好,而且要求其信号处理系统和控制系统有很高的运算速度和很快的时间响应能力,以满足实时补偿的需求,对机床的重复性要求不如预标定误差补偿技术高。主动误差补偿方法有上述许多较预标定补偿方法优越的特点,但其成本高,补偿系统适用于大批量、单品种的加工过程,难以推广于小批量或单件生产。而机床总误差中70%的误差,属于几何误差和热误差,它们都是系统误差,采用预标定法即可对其实行补偿。因此,目前在机床补偿中应用得较多的,是预标定误差补偿技术。汽车塑料模具加工尺寸误差,由于系统的复杂性,不易采用预标定补偿方法,而采用主动误差补偿方法通过在线测量和补偿,可以获得较高的补偿精度。在误差补偿实施方面主要有两类方法:硬件补偿法和软件补偿法。(1)机床的硬件补偿方法。主要是机械式补偿,采用机械式微量补偿装置,通过对误差模型的分析和计算,选择一个或几个合适的误差补偿点,采用微位移装置对机床施加反向作用,抵消原有误差。(2)机床误差的软件补偿。硬件补偿方法中控制装置与各自数控系统相连。一般只适用于某一特定的机床,通用性较差,而且成本相对较高。因此软件补偿的方法便应运而生,且广泛为人们所接受。软件补偿就是根据误差模型计算出误差值修改机床的控制程序,完成对误差的补偿。这种方法往往不增加机床硬件,例如丝杆螺距误差补偿等,其通用性较强,还可以满足动态性能的要求,且成本低廉。其具体做法是通过预处理程序,对预先编制的NC加工程序进行修改,完成补偿。但是,软件误差补偿对误差模型的依赖性较强,因此要求误差模型的精度足够高。由于此方法属于预先标定补偿方法,所以工作状态与标定时机床状态的差异,必定会影响到最后的补偿结果。尽管如此,软件误差补偿方法,在实际应用中还是非常普遍的。对于汽车塑料模具误差预测补偿问题,由于机床结构上的原因,无法采用软件补偿或电路补偿方法进行补偿,只能运用机械式硬件补偿方式实施补偿。综上所述,汽车塑料模具加工尺寸误差预测补偿系统,将采用主动补偿方法,并采用机械式补偿装置实施。2误差预测补偿系统总体框架的构建汽车塑料模具加工尺寸误差预测补偿系统的工作原理,如图1所示。工件在工位加工完后进入测量工位,在线测量系统测头伸入工件测量,获得尺寸误差值,以此误差值作为输入,根据建立的误差预测模型,对下一个加工可能出现的尺寸误差作出预测,并发出相应的补偿信号给控制系统,控制系统控制刀具微量补偿装置,使刀具产生径向微量进给,完成补偿动作,保证下一个加工零件的尺寸精度。从原理上看,加工尺寸误差预测补偿系统和其他尺寸误差预测补偿系统相类似,主要由在线测量系统、刀具微量补偿装置、控制系统(包含误差预测模型)三大部分组成。根据上述的补偿原理分析,可以看到,在整个加工尺寸误差预测补偿系统中预测模型和微量补偿装置是二个最主要的环节,对补偿结果起到极其至关重要的作用,是加工尺寸误差预测补偿中的极待解决的关键技术。加工尺寸误差预测补偿的目的,是为了保证和提高加工尺寸的分散度和精度,因此研究重点应放在解决这2个关键技术上。即研究工作重点是:(1)微量补偿装置的结构、性能和精度;(2)预测模型的预测精度。根据上述原理和对系统要求的分析,提出如图2所示的加工尺寸误差预测补偿系统总体结构框架。其总体思路是:以已加工工件尺寸误差作为误差预测模型的输入,通过误差预测模型预测下一个将要加工的工件的尺寸误差,采用主动补偿方式,应用微量补偿装置实施硬件补偿。依据此设计思想,系统包括:在线测量系统、计算机控制系统(包含误差预测模型)、刀具微量补偿装置(包括动力头)及驱动系统等部分。根据面向大批量生产过程的要求,系统必须具有一定的通用性和较高的可靠性。各种镗孔加工设备差异较大,被加工的零件要求各不相同,现场生产条件十分恶劣。因此,面向大批量生产过程的预测补偿系统,除了重点研究误差预测模型和刀具微量补偿装置外,系统组织的柔性、模块化,系统界面的友好交互能力,系统稳定性,