精镗自动补偿控制系统的设计与可靠性分析

摘要

精镗作为一种重要的精加工手段，在批量孔加工工艺(尤其是汽车制造业)中占有重要的地位。在精镗加工时，由于加工余量很小，加工孔的尺寸要求很高，采用普通镗孔技术时，随着加工的进行，由于刀具的磨损误差，使加工精度难以满足，频繁地更换刀具显然不大合适。为保证加工质量和效率，在大批量加工环境下，普遍采用具有刀具补偿功能的镗削动力头进行孔的(半)精密加工，目前国内各相关企业主要采用国外技术,其设备的维护及改造都存在一定的困难，如价格高昂，维修周期长等。 针对自动线上的精镗孔加工，本文研究和开发了自动补偿精镗系统，该系统通过对加工误差的在线检测，借助有关的控制理论和算法，据此在线预报加工误差，为加工过程提供附加输入，从而达到控制加工系统误差（刀具磨损）及随机误差的目的，使得尺寸分散度减小，解决了自动线上精镗孔加工的尺寸精度稳定性及自动调刀问题。 首先，本文介绍了课题的概况，从自动补偿精镗系统的两个最主要方面：补偿动力镗头及控制系统，综述了它的研究现状和发展趋势。并且简要叙述了可靠性工程的现状与发展。 其次，对自动补偿精镗系统装置进行了研究。提出了一种新的补偿控制装置，并给出了该装置的原理图。建立了系统的体系结构，分析了各模块的功能。 然后，从硬件和软件两方面详细介绍了控制系统。从尺寸误差控制理论出发，研究了尺寸误差的上、下限控制方法。 接着，根据可靠性的原理与方法，对误差预测与补偿系统进行了FTA（故障树分析）综合分析。并对各子系统建立了故障树。建立了系统故障树结构简图，利用故障树分析法对系统进行了定性分析，确定了系统的最小割集。由故障树分析结果确定了重要顶事件，并根据重要顶事件指出了企业的相应安全策略。其研究成果为系统的设计与实现提供了理论基础。 最后，总结了全文，指出了自动补偿精镗系统的进一步研究方向与发展目标。