衣 銳

（濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所有限公司，山東 濟(jì)南250306）

1 引言

高速壓力機(jī)在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其滑塊下死點(diǎn)位置是在變化的，將此變化量規(guī)定限制在一定范圍內(nèi)，即為精度允差。在GB/T29548-2013《閉式高速精密壓力機(jī)精度》標(biāo)準(zhǔn)中將高速壓力機(jī)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度定義為：“壓力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中滑塊下死點(diǎn)位置變化的允差”。在該標(biāo)準(zhǔn)的“下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度檢驗(yàn)方法”中闡述：“在機(jī)床空載條件下、連續(xù)工作模式，以最低速運(yùn)行，機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)，按下列情況進(jìn)行單通道測(cè)試并記錄：（a）加溫恒速：壓力機(jī)從初始狀態(tài)以恒定速度運(yùn)行3h。運(yùn)行速度不低于壓力機(jī)額定最高速度的80%。用儀器記錄每次下死點(diǎn)實(shí)際位置，取最大變化量為測(cè)量結(jié)果。（b）恒溫恒速：機(jī)床預(yù)達(dá)到熱平衡狀態(tài)后，在不低于壓力機(jī)額定最高速度的80%的恒速下連續(xù)測(cè)量1h，用儀器記錄每次下死點(diǎn)實(shí)際位置，取最大變化量為測(cè)量結(jié)果。（c）加溫加速：初始速度為壓力機(jī)標(biāo)定的最低速度，壓力機(jī)從初始速度以變速方式運(yùn)行至最高速度。當(dāng)壓力機(jī)最高速度低于300 次/min 時(shí)，通過(guò)5 次均勻變速后達(dá)到最高速度；當(dāng)壓力機(jī)最高速度大于等于300 次/min 時(shí)，通過(guò)10 次均勻變速后達(dá)到最高速度；每種速度狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間不低于5min，用儀器記錄每次下死點(diǎn)實(shí)際位置，取最大變化量為測(cè)量結(jié)果”。結(jié)合上述標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，對(duì)高速壓力機(jī)的各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的下死點(diǎn)精度變化及影響因素進(jìn)行解析。

2 對(duì)各種運(yùn)行狀態(tài)的解析

2.1 熱平衡狀態(tài)

高速壓力機(jī)從停機(jī)狀態(tài)到啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后，各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度上升，環(huán)境溫度為恒定時(shí)，如高速壓力機(jī)在正常情況下以某一恒定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度就會(huì)保持平衡，此時(shí)壓力機(jī)達(dá)到熱平衡狀態(tài)。高速壓力機(jī)從開始啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)至達(dá)到熱平衡狀態(tài)所需時(shí)間的影響因素有環(huán)境溫度、潤(rùn)滑系統(tǒng)溫度控制裝置的控制性能、高速壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)摩擦副的結(jié)構(gòu)、壓力機(jī)的制造質(zhì)量。對(duì)同一臺(tái)高速壓力機(jī)而言，如環(huán)境溫度與高速壓力機(jī)達(dá)到熱平衡狀態(tài)的溫度差值越小，高速壓力機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間就越短；目前高速壓力機(jī)采用單溫控制和雙溫控制兩種，單溫控制裝置只能對(duì)溫度上限進(jìn)行設(shè)定、控制，雙溫控制裝置可以對(duì)溫度下限和溫度上限進(jìn)行設(shè)定、控制。環(huán)境溫度越低，采用雙溫度控制裝置提高壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度，縮短壓力機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)后達(dá)到熱平衡所需的時(shí)間的效果越明顯。由于有溫度控制裝置的作用，在判斷高速壓力機(jī)是否達(dá)到熱平衡時(shí)，應(yīng)對(duì)高速壓力機(jī)在一恒定轉(zhuǎn)速時(shí)的各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度上升到某一溫度值，然后在某一固定的范圍內(nèi)上下變化時(shí)，壓力機(jī)就達(dá)到了熱平衡。對(duì)同一臺(tái)高速壓力機(jī)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度越高，各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度也會(huì)相應(yīng)越高，在不同轉(zhuǎn)速下，有不同的熱平衡溫度范圍。

2.2 初始狀態(tài)

標(biāo)準(zhǔn)中所述“初始狀態(tài)”，不是高速壓力機(jī)啟動(dòng)前或剛開始啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的狀態(tài)，而是高速壓力機(jī)在空載條件下、連續(xù)工作模式，以最低速運(yùn)行，機(jī)床達(dá)到熱平衡狀態(tài)。

2.3 加溫恒速、恒溫恒速、加溫加速

（a）加溫恒速：高速壓力機(jī)在初始狀態(tài)下，運(yùn)轉(zhuǎn)速度由額定最低速度提高至不低于額定最高速度的80%的某一恒定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，由于運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高，高速壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度會(huì)自動(dòng)增加至某一溫度值，所以稱之為“加溫恒速”。

（b）恒溫恒速：恒速才能恒溫，所以對(duì)此項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)闡述的“機(jī)床預(yù)達(dá)到熱平衡狀態(tài)后，在不低于壓力機(jī)額定最高速度的80%的恒速下連續(xù)測(cè)量1h”中的“機(jī)床預(yù)達(dá)到熱平衡狀態(tài)”是指壓力機(jī)在不低于額定最高速度的80%的某一恒定速度時(shí)的熱平衡狀態(tài)，而不是最低轉(zhuǎn)速下的熱平衡狀態(tài)。

（c）加溫加速：對(duì)此項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)闡述的“初始速度為壓力機(jī)標(biāo)定的最低速度，壓力機(jī)從初始速度以變速方式運(yùn)行至最高速度”中的“標(biāo)定的最低速度”即額定的最低速度。壓力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，速度每提高一檔，溫度也會(huì)隨著提高，所以稱之為“加溫加速”。

3 對(duì)實(shí)際測(cè)試結(jié)果的分析

某型號(hào)閉式高速壓力機(jī)壓力機(jī)額定最低行程次數(shù)為100min-1，額定最高行程次數(shù)為700min-1，該機(jī)采用雙溫度控制裝置，測(cè)試時(shí)環(huán)境溫度在20℃～22℃范圍。通過(guò)對(duì)該壓力機(jī)在各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度檢驗(yàn)對(duì)滑塊下死點(diǎn)位置變化情況作如下分析。

3.1 加溫恒速狀態(tài)下的測(cè)試與分析

壓力機(jī)以行程次數(shù)為100min-1運(yùn)行達(dá)到熱平衡后，以行程次數(shù)為600min-1運(yùn)行。從初始狀態(tài)開始運(yùn)轉(zhuǎn)至55min 時(shí)，經(jīng)對(duì)各運(yùn)動(dòng)摩擦副溫度的測(cè)試，溫度均處于上升趨勢(shì)，在此時(shí)間內(nèi)下死點(diǎn)檢測(cè)儀的Excel表中記錄儲(chǔ)存的下死點(diǎn)位置最大值為21.431μm，最小值為2.457μm，下死點(diǎn)測(cè)量?jī)x將每次行程的下死點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)試記錄組成的下死點(diǎn)走勢(shì)曲線見圖1。由該曲線可見，壓力機(jī)滑塊的下死點(diǎn)位置呈現(xiàn)由上向下的走勢(shì)。運(yùn)轉(zhuǎn)至55min 后，溫度上升幅度減小，溫度趨于達(dá)到熱平衡后，下死點(diǎn)檢測(cè)儀的Excel 表中記錄儲(chǔ)存的下死點(diǎn)位置最大值為4.968μm，最小值為1.413μm。下死點(diǎn)測(cè)量?jī)x將每次行程的下死點(diǎn)位置進(jìn)行測(cè)試記錄組成的下死點(diǎn)走勢(shì)曲線見圖2。

圖1 加溫恒速55min 內(nèi)的下死點(diǎn)曲線走勢(shì)

由該曲線可見，壓力機(jī)滑塊的下死點(diǎn)位置是呈平緩走勢(shì)。加溫恒速狀態(tài)下的下死點(diǎn)位置誤差為21.431μm-1.413μm=20.018μm。實(shí)際上，在運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行到65min 時(shí)，各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度都進(jìn)入了在一定范圍內(nèi)上下變化的狀態(tài)，即壓力機(jī)已進(jìn)入了熱平衡狀態(tài)，從圖2 的走勢(shì)曲線可見，曲線的最后一段已呈現(xiàn)水平走勢(shì)了。

圖2 加溫恒速55min 后的下死點(diǎn)曲線

3.2 恒溫恒速狀態(tài)下的測(cè)試與分析

進(jìn)行了加溫恒速檢驗(yàn)后，在行程次數(shù)為600 min-1的速度下繼續(xù)進(jìn)行恒溫恒速檢驗(yàn)，這樣就節(jié)省了壓力機(jī)達(dá)到熱平衡的時(shí)間。在此條件下，在下死點(diǎn)檢測(cè)儀的Excel 表中儲(chǔ)存的每次行程的下死點(diǎn)位置數(shù)值，其最大差值為-37.463μm-（-43.274）μm=5.811μm。下死點(diǎn)走勢(shì)曲線見圖3。由于處在熱平衡狀態(tài)，下死點(diǎn)位置曲線呈水平走勢(shì)。

3.3 加溫加速狀態(tài)下的測(cè)試與分析

壓力機(jī)以行程次數(shù)為100min-1的速度運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到熱平衡后，壓力機(jī)從初始狀態(tài)通過(guò)10 次均勻變速后達(dá)到最高速度，每種速度狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)間不低于5min，即：將行程次數(shù)100min-1時(shí)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度作為初始速度，在行程次數(shù)為160min-1、220min-1、280min-1、340min-1、

400 min-1、460min-1、520min-1、580min-1、640min-1、700 min-1時(shí)分別運(yùn)轉(zhuǎn)5min，在此條件下，在下死點(diǎn)檢測(cè)儀的Excel 表中儲(chǔ)存的每次行程的下死點(diǎn)位置數(shù)值，其最大差值為12.159μm-1.105μm=13.264μm。下死點(diǎn)走勢(shì)曲線見圖4。因壓力機(jī)在每一種轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間只有5min，轉(zhuǎn)速變化率較快，而總的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長(zhǎng)。在前半段運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，因平均轉(zhuǎn)速不高，運(yùn)動(dòng)摩擦副溫度變化不大，后半段運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，由于平均轉(zhuǎn)速提高，溫度隨之上升較快，下死點(diǎn)位置呈現(xiàn)由上向下的趨勢(shì)。

3.4 對(duì)下死點(diǎn)誤差曲線的綜合分析

從以上各圖中可以看出，下死點(diǎn)位置誤差曲線由下死點(diǎn)位置走勢(shì)的變化和下死點(diǎn)位置形成的曲線寬度兩部分組成。

影響曲線走勢(shì)變化的因素是壓力機(jī)溫度的變化，而影響壓力機(jī)溫度變化的因素有：①壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)摩擦副溫度的變化。其與壓力機(jī)的制造精度（如摩擦副的間隙、各有關(guān)摩擦副之間的平行度、同軸度等）、運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間、壓力機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)。②壓力機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)溫度控制的效果。采用壓力機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)溫度控制裝置的作用是對(duì)壓力機(jī)各運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度變化量進(jìn)行控制。該裝置可設(shè)定溫度控制范圍，當(dāng)該裝置檢測(cè)到潤(rùn)滑油溫度超過(guò)溫度范圍時(shí)，對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行升溫或降溫。該裝置是通過(guò)檢測(cè)到循環(huán)潤(rùn)滑油溫度的變化超過(guò)設(shè)定溫度再進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)的，而循環(huán)中的潤(rùn)滑油的溫度變化與摩擦副溫度變化存在熱傳導(dǎo)時(shí)間差，加之對(duì)溫度的調(diào)節(jié)（升溫或降溫）也需要時(shí)間，所以該裝置對(duì)壓力機(jī)摩擦副溫度的調(diào)節(jié)總存在滯后現(xiàn)象，溫度控制的效果取決于該裝置的溫度控制精度及溫度控制效率。③環(huán)境溫度的變化。環(huán)境溫度的變化取決于恒溫車間的溫度控制效果。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：“環(huán)境溫度的變化為±2℃。由以上因素的影響壓力機(jī)溫度有較大變化時(shí)，壓力機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中壓力機(jī)的機(jī)身、連桿、螺桿、滑塊等零件就會(huì)發(fā)生膨脹或收縮，對(duì)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度會(huì)產(chǎn)生較大影響。

影響曲線寬度的因素主要有：①壓力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的平穩(wěn)性。壓力機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的振動(dòng)影響其平穩(wěn)性，使壓力機(jī)振動(dòng)的主要因素之一是慣性力（F1=M1·R1·ω12，式中F1為慣性力，M1為運(yùn)動(dòng)部分當(dāng)量質(zhì)量，R1為曲柄半徑，ω1為曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度）。壓力機(jī)的結(jié)構(gòu)不同，運(yùn)轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的慣性力的方向不同，如曲軸橫置的曲柄連桿結(jié)構(gòu)壓力機(jī)的慣性力方向在Y、Z 方向（即上下、前后方向），曲軸縱置曲柄連桿結(jié)構(gòu)壓力機(jī)的慣性力方向在Y、X 方向（即上下、左右方向）。通過(guò)設(shè)計(jì)慣性力的平衡結(jié)構(gòu)，減小了壓力機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的慣性力，就能降低壓力機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的振動(dòng)，提高平穩(wěn)性。由式F=M·R·ω2可見慣性力與壓力機(jī)曲軸角速度的平方成正比，即便壓力機(jī)采用了慣性力平衡結(jié)構(gòu)，但由于制造誤差或沖壓上模重量的變化，慣性力不會(huì)完全平衡掉，隨著轉(zhuǎn)速的提高，慣性力會(huì)大幅度增大，從而影響壓力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。②壓力機(jī)聯(lián)接部位的總間隙。聯(lián)接部位的總間隙是曲軸與機(jī)身聯(lián)接部位的間隙、曲軸與連桿之間的間隙、連桿之間的間隙（多連桿結(jié)構(gòu)）、螺桿與滑塊之間的間隙之和，聯(lián)接部位總間隙的大小主要決定于聯(lián)接部位的制造精度。如總間隙過(guò)大，會(huì)降低壓力機(jī)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度，如總間隙過(guò)小，會(huì)使有關(guān)摩擦副（滑動(dòng)摩擦副或滾動(dòng)摩擦副）溫升過(guò)高，發(fā)生咬死現(xiàn)象。

壓力機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度既影響運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度又影響運(yùn)轉(zhuǎn)中的平穩(wěn)性，所以運(yùn)轉(zhuǎn)速度的變化既影響下死點(diǎn)位置曲線的走勢(shì)也影響著該曲線的寬度。為進(jìn)一步明確運(yùn)轉(zhuǎn)速度對(duì)下死點(diǎn)位置曲線的影響，首先進(jìn)行了行程次數(shù)為700min-1時(shí)的下死點(diǎn)位置測(cè)試，形成的下死點(diǎn)走勢(shì)曲線見圖5。因運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度逐漸升高，下死點(diǎn)位置曲線呈由上至下走勢(shì)。接著進(jìn)行了行程次數(shù)為100min-1時(shí)的下死點(diǎn)位置測(cè)試，下死點(diǎn)位置曲線見圖6。因行程次數(shù)由700min-1轉(zhuǎn)換為100min-1后，運(yùn)轉(zhuǎn)速度降低，運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中運(yùn)動(dòng)摩擦副的溫度逐漸降低，下死點(diǎn)位置曲線呈由下至上走勢(shì)，曲線本身的寬度也變窄。從圖4、圖5 中還可看出，壓力機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度保持在某一轉(zhuǎn)速值不變時(shí)，下死點(diǎn)位置曲線寬度也保持在一定范圍內(nèi)。

圖4 加溫加速的下死點(diǎn)曲線

圖5 行程次數(shù)為700min-1 的下死點(diǎn)曲線

圖6 行程次數(shù)為100min-1 的下死點(diǎn)曲線

4 結(jié)束語(yǔ)

只有高速壓力機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況時(shí)，下死點(diǎn)曲線走勢(shì)才能呈現(xiàn)上述規(guī)律，如在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，因質(zhì)量問(wèn)題運(yùn)動(dòng)摩擦副溫度突然上升，下死點(diǎn)曲線走勢(shì)就會(huì)發(fā)生變化。在高速壓力機(jī)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度檢驗(yàn)過(guò)程中，只有使高速壓力機(jī)處于標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的各種狀態(tài)，才能對(duì)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度作出準(zhǔn)確的檢驗(yàn)結(jié)果。對(duì)下死點(diǎn)位置誤差曲線及影響下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度的因素進(jìn)行全面分析，才有利于對(duì)下死點(diǎn)動(dòng)態(tài)重復(fù)精度的控制。

[1]王 彪，摘譯.高速精密壓力機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題及其解決措施[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，1992，27（5）：51-54.

[2]趙升噸.現(xiàn)代高速壓力機(jī)的特點(diǎn)探討[J].鍛造與沖壓，2005，（8）：24-29.

[3]全國(guó)鍛壓機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T29548-2013 閉式高速精密壓力機(jī)精度[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.