數控落地銑鏜床精度補償係統介紹
2019-1-2 來源：齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 作者：王莘（shēn）澳
摘 要：介紹數控落地銑鏜床的補償方式及其結構與原理。
關鍵（jiàn）詞：數控落地銑鏜床；補償；精度
數控落地銑鏜床為立柱移動式，且鏜軸可在臥式銑軸中移動（W 軸）；銑（xǐ）軸包含在滑枕內部（bù），滑枕安裝在主軸箱內部，並（bìng）在其內部可直線移動（Z 軸）；主軸箱沿立柱導軌垂直移（yí）動（Y 軸）；立柱（zhù）被牢固的固定在（zài）其下麵的滑座上，並隨滑座沿床身（shēn）導軌在水平方向移（yí）動（X 軸）。
主（zhǔ）要用於箱體的孔係鏜孔加工，以及鑽孔、擴孔（kǒng）、鉸孔、切螺紋、切溝槽和（hé）平麵的銑削加工。屬於高檔精密加工機床。在機床加工過程中由（yóu）於滑枕的前後移動、滑枕伸出後的撓（náo）度變化、滑枕前端安裝不（bú）同重量（liàng）的加工附件及加工過（guò）程中溫度的升（shēng）高等因素影響，導致（zhì）機床的相關精度（dù）下降，無法滿足加工要求。
為此筆者設計（jì）了一套相應的精度補（bǔ）償係統，對機床的相關精度進行補償，以滿足加工的（de）精度要求。
1 、主軸箱係統力係平（píng）衡變化補償
主軸箱的重力係統（tǒng）由主軸箱、方滑枕等部（bù）件的重力所（suǒ）組成。四根通過立柱頂部固定（dìng）滑（huá）輪組的鋼（gāng）絲繩的兩端分別聯結主軸箱和立柱內的平衡錘，使整體重力被平衡錘平衡。這（zhè）樣可使驅（qū）動主軸箱上下運動所（suǒ）需的力基本相等。
當（dāng）方滑枕向外伸（shēn）出時，整（zhěng）個主軸箱係統（tǒng）的重心發生變化，重心向方滑枕移動方（fāng）向（xiàng）平移，與原力係比較，增加了一個隨方滑枕伸出而變大的力矩。為了（le）平衡這個扭矩，用一根補償用的（de）鋼絲繩通過定滑輪組將裝在主軸箱前端上（shàng）方的（de）液壓油缸的活塞與裝在主軸箱後部下方的鋼絲繩（shéng）座聯結（jié）起來。
當平衡鋼絲繩張緊時，會將主軸箱的前方向上拉，同時（shí）將主軸箱的後方向下拉，形成一個與主軸箱重心移動產生的力矩方向相反的力矩，這樣就使主軸箱力係達到了新的平衡。液壓油缸內的油壓控製平衡鋼絲繩的張（zhāng）緊力。而電液比（bǐ）例閥控製油壓，油壓隨方滑枕的伸出距離而（ér）變化。這使平（píng）衡鋼絲繩（shéng）的拉力隨油壓的變（biàn）化而變化。隨時平衡因方滑（huá）枕移動而產生的扭矩。
2 、方滑枕內應力變化補償
當方滑枕（zhěn）伸出時，除了會使整個主軸箱力係（xì）重心位移外（wài），懸（xuán）伸部位的自重引起懸伸部位的應（yīng）力（lì）發生變化，在方滑枕的上部產生（shēng）較大的拉應力，這應力隨伸出的距離而變化。在方滑枕的上部縱（zòng）向裝有兩條拉杆，拉杆的一端固（gù）定在方滑枕的（de）前端（duān），拉杆（gǎn）的後端經油缸（gāng）拉向滑枕後端麵。當滑枕伸出時，隨著滑枕移動，數字式伺服（fú）電液比例閥控製拉杆油缸的壓力不斷增加，所產生的壓力平衡方滑枕內部（bù）的應力。
3 、方滑枕安裝附件重力變化補償
方滑枕前端安裝附件後，因附件重量較大，而且不同的附件重量不同，使（shǐ）滑（huá）枕平衡力係（xì）增加了附件的重力，增加了一個附加（jiā）的扭矩，使方滑枕力係的平衡產生變化。主軸箱靜壓導軌的前端中（zhōng）間位置開有補償油腔（qiāng），當安裝不（bú）同附（fù）件時，經電氣識別，由數字式伺服電（diàn）液比例閥控製油（yóu）腔增（zēng）加不同的壓（yā）力，並且壓力隨方滑（huá）枕的位置（zhì）變化而變化。平衡了附件的重力及附加的扭矩。
4 、方滑枕靜（jìng）壓補償
隨著（zhe）滑枕的伸（shēn）出，滑枕部件的重心將（jiāng）向（xiàng）外移動，將使限製（zhì）滑枕的靜壓油膜厚度改變。滑枕前部下（xià）方和後部上（shàng）方的靜壓油膜將變薄，使滑枕傾斜。為了解決這一問題（tí），主軸箱前（qián）下方兩側導軌板和後上方兩側滑枕鑲條（tiáo）上還配有靜壓補償油腔。由（yóu）比例減（jiǎn）壓閥控製油腔，改變油腔的壓力，並且壓力隨方（fāng）滑枕（zhěn）的位置變化而變化，起到對靜壓油膜補償的作用（yòng）。
5 、滑枕進給精確定（dìng）位補償
圖 1 定位補償（cháng）圖
由於（yú）銑（xǐ）鏜（táng）軸（zhóu）的高速運轉產生的熱量會傳遞（dì）給滑枕，使滑枕產生熱膨脹，這樣會影響（xiǎng）被（bèi）加工工件的平麵度。為（wéi）了解決這一問題（tí），采用材（cái）料固定、形狀規則（zé）的杆件，其伸長量與溫度變化關係（xì）很（hěn）容易通過試驗測得，這個杆件稱為基準杆。將基準（zhǔn）杆的一端固定（dìng）在滑枕的前部，另一端自由伸展，當滑枕在某一溫度（dù）下伸長時（shí），將帶動基準杆移動，通過與基準杆尾部接觸的位移（yí）傳（chuán）感器可精（jīng）確地檢測出位移量，將這個位移量減去基準杆自身的伸（shēn）長量就可確定滑枕的伸長量。伺服電機（jī）補償就是（shì）通過滾珠絲（sī）杠向相反方向驅動滑枕（zhěn）實現的。如圖（tú） 1 所（suǒ）示，滑枕 2 安裝於主軸箱 1 內，並且相對於主軸箱（xiāng） 1 運動。該裝（zhuāng）置（zhì）的基準杆（gǎn） 3 一端固定於滑枕（zhěn） 2 的前部（bù），另一端（duān）為自由端，在長度方（fāng）向上采用兩個支座 4 支承，保證其水（shuǐ）平伸展。位移傳感器 5 在常溫（wēn）下（xià）安裝，與基準杆（gǎn）自由端端部接觸，當溫度升高時，基準杆 3 自由（yóu）端（duān）位置發生變化，位移傳感器 3 檢測到這（zhè）一變化量，並將變化量數據傳送給數控係（xì）統，數控係統將這一數值減去基準杆自身（shēn）的受熱伸長量（liàng），其差值便為滑枕的受熱伸長量，最後數控係統控製伺服電機 6 、驅動滾珠絲杠（gàng） 7 帶（dài）動滑枕 2 反（fǎn）向運動，從而對滑枕 2 伸長給予補償。
6 、結語
通過以上的補償方案，有效解（jiě）決了變形對數（shù）控落地銑鏜床精度的影響，使數控落地銑鏜床的加工精度達到了國際先進水平，從而使使用以上方案的數控落地銑鏜床（chuáng）在國際市場上有了更高的競（jìng）爭（zhēng）優勢（shì）。
目前采用以上方案的數控落地銑鏜床（chuáng）已實現產業化，廣泛用於國防軍工、航空航（háng）天、機械、能源、船舶、核電等複雜、異形件的加工行業，對民族（zú）裝備工（gōng）業的振興及國民經濟的發展具有重要（yào）意義。
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