CN109213072B - 一种旋压机精度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋压机精度控制方法，它通过两种模式进行控制，一是通过数学分析计算得出不同位置间隙偏差值，通过旋轮的横向滑枕位置进行补偿，消除间隙误差。另一种通过定时监控旋轮横向滑枕液压缸的压力，动态调整旋轮和主轴的间隙，保证各旋轮的受力基本平衡，从而满足机床的稳定加工要求。降低了设备由于本身由于部件加工误差、装配、安装误差等对大型旋压机床长零件旋压加工过程带来的负面影响，同时控制系统能实现自适应控制，减小了旋压过程的设备偏载，避免产生设备振动，确保旋压过程的稳定性，保证了旋压精度。

Description

一种旋压机精度控制方法

技术领域

本发明涉及工业控制方法，具体地说是一种旋压机精度控制方法。

背景技术

大型数控强力三旋轮旋压机床，有三个纵向立柱均匀分布，其中心为立式主轴芯模，零件套在芯模上，每个立柱上配有横向移动的滑枕，旋轮固定在横向移动滑枕的前端，每个旋轮通过滑枕移动到接触零件的位置，可实现三个旋轮的同步旋压或错距旋压，通过三个旋轮的上下移动可实现零件的正旋或反旋。

在三旋轮旋压过程中，数控系统通过控制各个旋轮和芯模的间隙来确定旋压的旋压量，每个旋压件，从毛坯厚度旋压到规定的厚度，一般通过多次旋压，而旋压机床的主轴芯模与三个旋轮间隙的位置准确度会直接影响旋压机床在旋压过程各旋轮的受力程度，从而影响机床的旋压精度和旋压效率。

现有的旋压机一般是通过工艺人员根据工艺要求将各旋轮在旋压过程中的压下量(即芯模和旋轮的间隙)的理论值直接设定给系统，作为各旋轮在旋压过程中需到达的位置值进行旋压。而各旋轮轴的位置精度保证只有系统对各自旋轮轴位置精度的补偿，却忽略了旋轮轴安装于立柱，而立柱本身会有制造、安装精度误差，芯模在旋转过程中会带来偏心误差等等诸多因素综合作用下会造成的旋轮与芯模间的间隙会随旋轮轴在立柱上的上下移动发生多样性变化的实际影响，这就给在实际旋压过程中设备的稳定性带来不可知的后果。为了保证零件的旋压加工，工艺人员要通过增加旋活的道次数量，多次测量和在加工中改变进给率等人为干预的方法来保证设备不出现失稳的现象，从而最终实现零件的加工精度。

发明内容

本发明的目的就是解决以上技术中存在的问题，并为此提供一种旋压机精度控制方法。该方法能实现对由立式旋压机床纵向立柱静态精度误差带来的旋轮横向滑枕位置误差进行自动补偿，同时能对旋轮横向滑枕位置进行动态补偿，从而实现大型旋压机床在旋压过程中位置精度的自适应的补偿，以避免旋压过程中由于设备机械精度的偏差造成设备的偏载，产生振动，确保旋压精度。

为实现以上技术目的，本发明一种旋压机精度控制方法，所述旋压机为立式旋压机床，旋压机中心为立式主轴芯模，芯模有三个均匀分布纵向立柱，每个立柱上配有横向移动的滑枕，旋轮固定在滑枕靠近芯模的一端，精度控制包括以下步骤：

（1）测量旋压机静态下主轴芯模在不同高度上与三个立柱的间距，建立高度与间隙偏差值的函数，并由数控系统根据高度和生成函数实时计算出旋压工作点的偏差值，根据计算出的偏差值对横向滑枕位置进行补偿，用于消除旋轮轴随立柱高度坐标位置的变化而产生的旋轮与芯模间的间隙误差，实现对旋轮轴移动数据的自动补偿；

（2）通过旋压机工作状态中定时监控旋轮横向滑枕液压缸的压力，动态调整旋轮与芯模的间隙，保证各旋轮的受力基本平衡；

其中, 三个立柱分别为第一立柱、第二立柱、第三立柱，分别配合安装有第一旋轮、第二旋轮、第三旋轮。

优选地，所述步骤（1）中，首先将所述测量的间距数值，绘出变化曲线，通过数控系统的后置程序编写出数学模型功能块，通过寻址方式找出工作点的误差区间，再通过数学模型建立的功能数据块，自动计算出旋压工作点的误差，并将此误差传入数控程序中旋轮轴移动数据的补偿变量中，完成对旋轮轴移动数据的自动补偿。

优选地，所述步骤（2）中，各旋轮横向滑枕油缸的两端加装压力传感器，随时监控油缸的压力值，将旋轮轴所受压力的动态变化值传入系统，在系统控制器中设有数据检测、运算程序包及后台自动运行程序，系统将读入的数据进行分析，根据事先输入的参数模型进行处理运算，当发现各旋轮轴间的相互平衡超出设定的阀值时，控制器会向控制旋轮横向进给油缸发出控制指令，对受力大的旋轮进行一定数值的调整补偿，自动调节旋轮和芯模的间隙，从而实现各旋轮的受力保持基本平衡。

采用上述技术方案后，旋压机的工作过程中降低了设备由于本身由于部件加工误差、装配、安装误差等对大型旋压机床长零件旋压加工过程带来的负面影响，同时控制系统能实现自适应控制，减小了旋压过程的设备偏载，避免产生设备振动，确保旋压过程的稳定性，保证了旋压精度。

附图说明

图1示出了本发明一种旋压机精度控制方法的结构原理示意图。

具体实施方式

为了使本发明更容易被清楚理解，以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作以详细说明。

图1是本发明一种旋压机精度控制方法的一个实施例的结构原理示意图。本图为从旋压机上方俯视的结构原理图，旋压机中心为立式主轴芯模4，芯模4有三个均匀分布纵向立柱，分别为第一立柱101、第二立柱201、第三立柱301，第一立柱101、第二立柱201和第三立柱301上分别配有横向移动的第一滑枕103、第二滑枕203、第三滑枕303，所述第一滑枕103、第二滑枕203和第三滑枕303上分别靠近芯模的一端设有第一旋轮102、第二旋轮202、第三旋轮302， D1、D2、D3分别代表主轴芯模与三个旋轮之间的间隙。后叙用Z1代表第一滑枕103+第一旋轮102，Z2代表第二滑枕203+第二旋轮202，Z3 代表第三滑枕303+第三旋轮302。

在此实施例中,由于主轴芯模长1.5米，每个旋轮在立柱上下移动的行程为2.5米。立式安装的芯模和三个立柱，由于受安装误差及长芯模变形轴线不垂直等因素的影响，在设备安装后，运行过程中很难保证在三个旋轮与芯模的距离初始相等（D1=D2=D3）的状态下，移动过程中芯模与三个旋轮的间隙始终保持相等。芯模与三个旋轮的距离会或多或少的发生一些改变，不仅距离芯模的数值与初始值不一样，而且三个旋轮的中心与芯模的轴线距离，也不再是等距离。此种数值上的变化若不进行补偿，不仅可能会产生旋压过程中的偏载力，使同步运行的旋轮受力不均，而且加工出的零件均匀性也会大受影响。

现有的旋压工艺多不考虑设备在旋压过程中主轴芯模与旋轮间隙会随着旋轮上下移动高度位置的变化，间隙也会发生变化，而是将此影响零件加工精度的因素忽略掉，这种忽略对于小型旋压或旋短小的零件影响不是很明显，但对于大型旋压机床再旋长薄零件时，此精度的误差就不可忽略了，正是由于机械上的误差，造成了旋轮压下量数值的不确定性。下表为通过对大型旋压机床设备测量，统计出的主轴芯模与三个旋压轮的间隙随旋轮在立柱上的上下移动的位置变化绘制出的精度数据表格。

立柱坐标位置X	Z1轴旋轮偏差D1	Z2轴旋轮偏差D2	Z3轴旋轮偏差D3
				2200mm	0.250	0.300	0.150
2000mm	0.220	0.270	0.140
				1800mm	0.190	0.250	0.120
1600mm	0.170	0.230	0.110
				1400mm	0.170	0.220	0.110
1200mm	0.150	0.150	0.070
				1000mm	0.100	0.130	0.050
800mm	0.80	0.090	0.040
				600mm	0.030	0.050	0.030
400mm	0.020	0.030	0.010
				200mm	0.000	0.000	0.000

通过上表，可以看出随着高度的增加，芯模与旋轮的间隙偏差会发生不小的变化，在旋长薄零件时，此误差不可忽视。

上述误差属于旋压静态误差，要想减少此误差对零件加工精度的影响，首先将测量数值，绘出变化曲线，在数控系统的后置程序中编写出数学模型功能块，通过寻址方式找出工作点的误差区间，再通过数学模型建立的功能数据块，自动计算出旋压工作点的误差，并将此误差传入数控程序中旋轮轴移动数据的补偿变量中，用于补偿旋轮轴随立柱高度坐标位置的变化而产生的旋轮与芯模间的间隙变化，实现对旋轮轴移动数据的自动补偿。

三个旋轮的误差补偿值可同时进行运算，并根据各自旋轮的位置变化值分别得出相应的补偿量，系统将补偿值同步传入系统中为各旋轮的位置设定的补偿变量数据区中，并通过控制指令，对各自旋轮的位置进行调节，用以保证三个旋轮和芯模的间隙不应随旋轮垂直位置的改变而发生变化。从而满足旋压工艺的精度要求。测量的数据越多，绘制的曲线越细密，补偿的精度越高。

除了旋压机自身制造和安装等造成的旋轮横向滑枕位置的静态误差外，在大型旋压过程中，由于芯模的旋转惯量大，在旋转时所产生对旋轮的旋压力作用于其支撑点立柱上，使立柱产生弹性变形，从而造成主轴芯模与旋轮间隙随着旋轮位置高度的变化，间隙也会发生改变。表二为旋轮轴Z1在不同旋压力状态下，统计出的主轴芯模与旋压轮Z1的间隙（D4）随旋轮轴Z1在立柱上的不同位置绘制出的精度数据表格。

立柱坐标位置X	旋压力30吨	旋压力40吨	旋压力50吨	旋压力60吨
					2200mm	0.020	0.030	0.040	0.050
1800mm	0.010	0.020	0.020	0.030
					1400mm	0.005	0.010	0.010	0.010
1000mm	0.005	0.005	0.005	0.005
					600mm	0.000	0.005	0.005	0.005
200mm	0.000	0.000	0.000	0.000
					0mm	0.000	0.000	0.000	0.000

另外在各旋轮横向滑枕油缸的两端加装压力传感器，随时监控油缸的压力值，将旋轮轴所受压力的动态变化值传入系统，在系统地控制器中可装有设计者开发的数据检测、运算程序包，并编制了后台自动运行程序，系统将读入的数据进行分析，根据事先输入的参数模型进行处理运算，当发现各旋轮轴间的相互平衡超出设定的阀值时，控制器会向控制旋轮横向进给油缸发出控制指令，对受力大的旋轮进行一定数值的调整补偿，自动调节旋轮和芯模的间隙，最终实现各旋轮的受力保持基本平衡。这种补偿是一种动态补偿，这样不仅能提高设备的加工效率、零件的加工精度，同时也能延长设备的使用寿命。

在立柱上下移动过程中，通过检测立柱位置h的变化，数控系统自动调节D1 、D2、D3，使D1、D2、D3的实际数值与程序设定值保持一致，确保精确定位，满足工艺要求。三个旋轮的旋压力：F1、F2、F3；在旋压力F1作用下，旋轮1距芯模的间隙D4，在旋压过程中，通过测量旋压力F2、F3，数控系自动调节D2、 D3，使F1、F2、F3保持相等或接近，达到旋压力的自平衡。

在整个旋压过程中，首先采取先选用静态误差方式进行旋轮横向滑枕初始加工位置的初定位补偿，使由于设备本身加工误差，安装误差等静态误差带来的旋轮与芯模间隙变化的影响降到最低。然后根据工艺的要求，在旋压过程中，将其中一个旋轮作为加工零件的精度保证轮（例如，确定Z1轴为精度保证轮），其位置精度补控制方式采用静态精度补偿和动态补偿的混合式控制，另两个旋轮（Z2、Z3轴）的位置精度补偿控制方式采用切换为动态补偿的压力监控自适应补偿方式，它俩的作用就是尽量保证各轴旋压力的基本平衡，从而避免旋轮的受力偏载，抑制芯模的跳动，保证机床在旋压过程中不出现失稳的现象。多旋轮旋压机床通过这种对机床旋轮横向滑枕位置精度进行的多项多样化的动态自适应补偿方式最终实现加工出满足工艺要求的高精度零件。

为了满足不同用户的需求使操作加灵活、方便，更具有人性化，设备配有人机交互平台，在设备交互平台上可以设置旋压过程的三种工作模式，参数设定、手动调节和自动自适应调节。利用数控系统的快速反应输入输出I/O接口和交互式操作平台界面，可根据工艺要求，在加工过程中动态的实现旋轮轴的动、静补偿的自动切换，满足旋压过程的精度调整要求。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种旋压机精度控制方法，所述旋压机为立式旋压机床，旋压机中心为立式主轴芯模，芯模有三个均匀分布纵向立柱，每个立柱上配有横向移动的滑枕，旋轮固定在滑枕靠近芯模的一端，其特征在于，精度控制包括以下步骤：

（1）测量旋压机静态下主轴芯模在不同高度上与三个立柱的间距，建立高度与间隙偏差值的函数，并由数控系统根据高度和生成函数实时计算出旋压工作点的偏差值，根据计算出的偏差值对横向滑枕位置进行补偿，用于消除旋轮轴随立柱高度坐标位置的变化而产生的旋轮与芯模间的间隙误差，实现对旋轮轴移动数据的自动补偿；

（2）通过旋压机工作状态中定时监控旋轮横向滑枕液压缸的压力，动态调整旋轮与芯模的间隙，保证各旋轮的受力基本平衡；

其中, 三个立柱分别为第一立柱、第二立柱、第三立柱，分别配合安装有第一旋轮、第二旋轮、第三旋轮。

2.根据权利要求1所述的旋压机精度控制方法，其特征在于：所述步骤（1）中，首先将所述测量的间距数值，绘出变化曲线，通过数控系统的后置程序编写出数学模型功能块，通过寻址方式找出工作点的误差区间，再通过数学模型建立的功能数据块，自动计算出旋压工作点的误差，并将此误差传入数控程序中旋轮轴移动数据的补偿变量中，完成对旋轮轴移动数据的自动补偿。

3.根据权利要求1所述的旋压机精度控制方法，其特征在于：所述步骤（2）中，各旋轮横向滑枕油缸的两端加装压力传感器，随时监控油缸的压力值，将旋轮轴所受压力的动态变化值传入系统，在系统控制器中设有数据检测、运算程序包及后台自动运行程序，系统将读入的数据进行分析，根据事先输入的参数模型进行处理运算，当发现各旋轮轴间的相互平衡超出设定的阀值时，控制器会向控制旋轮横向进给油缸发出控制指令，对受力大的旋轮进行一定数值的调整补偿，自动调节旋轮和芯模的间隙，从而实现各旋轮的受力保持基本平衡。