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數控（kòng）銑鏜床滑枕的撓度補償

2019-1-15 來源：蕪湖恒升重型機床股份公司作者：孫躍華

【摘要】介紹數控銑（xǐ）鏜床兩種（zhǒng）可行的撓度補償電氣技術方案，修正滑枕（鏜杆）伸出時（shí）機械位置偏差，提高機床加工（gōng）精（jīng）度。

【關鍵詞】數（shù）控係（xì）統；撓度變形；機械拉杆； PLC 邏輯（jí）控製；垂度補（bǔ）償

0 引言

精度是數控機床的重要考核指標之（zhī）一。大型數控方滑枕（zhěn）銑鏜床，是集機、電、液一體（tǐ）化的高技術含量機械加工設備（bèi）。數控銑鏜床的滑枕在主軸箱內作前、後（hòu）移動，同時支撐鏜軸在滑枕（zhěn）內作（zuò）水平移動。兩（liǎng）個移動行程疊加，可解決大型零件遠距（jù）離平麵（miàn）銑削和鏜削加工。

加工過（guò）程中，由於滑枕、鏜銑頭、附件（jiàn）的自身重量及機械結構等原因，在伸出距（jù）離較大時，滑枕和鏜軸會因為剛性不足而（ér）產生彎曲，引起撓度變形，相關的機床坐標軸將產生位（wèi）置偏差，降低了機床的加工（gōng）精度。因此下垂撓度的補償一直是影響產品質量和性能的關鍵技術（shù）難題。

1 、總體方案

通過將機械拉伸機（jī）構與液壓技術、傳感技術智能（néng）化融合在（zài）一起，使控製係統可以係（xì）統地、靈活地實現補償目的（de），以達到預期的效果。西門子數控係統提供了多種（zhǒng）補償功能，其中包括反向間隙補償（cháng）、插補補（bǔ）償、前饋補償、溫度補償等。

1 . 1 機械補償機構

為了增加方滑枕的剛性，減小由於方滑枕伸出時的變形對機床幾何精度（dù）的影響，在方滑枕（zhěn）上部安裝了兩套拉杆油缸（gāng）機（jī）構，隨著方滑枕伸（shēn）出位置的變化，電液比例閥控（kòng）製油缸的壓力也（yě）隨之改變，保證了方滑枕的直線度（dù）。

主（zhǔ）軸箱采（cǎi）用雙吊點平衡結構，主吊點（diǎn）與立柱內平衡錘相連，用以（yǐ）平衡主軸箱的重（chóng）量。補償吊點的一端固定（dìng）在主軸箱前端的油缸活塞杆上（shàng），通（tōng）過一組輪係與主軸箱後端固定（dìng）連接，當滑枕（zhěn）伸出位置改變時，電液比例（lì）閥油缸壓力隨之變化，從而使補償吊點的拉力產生（shēng）相應的變化，使主軸箱部件重心位移得（dé）到補償，從而使主（zhǔ）軸（zhóu）箱保持原平衡狀態，保證（zhèng）了滑枕移動精度，從而保證了（le）機床（chuáng）的（de）加工精度。方滑枕前端麵可安裝附件頭和感應開關，機床在方滑枕前端（duān）麵安（ān）裝加工用附件後，滑枕的重心也（yě）會發生變化，為了補償重心的（de）變化，在主軸箱前方滑（huá）枕支撐中間位置安（ān）裝了一個附件支承油腔，當安裝不同（tóng）重量附件時，經感應開關（guān）識別，由電液比例閥控製油腔增加不同的壓力，並且壓力隨方滑枕的位置變化而變化。平衡了附件的重（chóng）力及附加的扭矩。

1 . 2 電氣控製實現撓度補償技術

機床一般采用西門子數控係統。設定滑（huá）枕前後移動為 Z 軸，鏜杆水平移動為 W 軸，主軸（zhóu）箱上（shàng）下移動為Y 軸、立柱左右移動為 X 軸。

對於滑枕伸出的下垂偏差量，通常采用兩種補償（cháng）方式：一是通（tōng）過（guò）編製數控係統 PLC （可編程序（xù）控製器）程（chéng）序，控製高精度電液比例（lì）閥（fá）的放大器（qì），驅動機（jī）床（chuáng）機械機（jī）構的動作，二是利用數控係（xì）統的垂度補償選項功能進行補償。

1 . 2 . 1 PLC 程序控製液（yè）壓裝置補償

在滑枕（zhěn）前後移動時，數控係統 PLC 循環讀取滑枕移動位置，檢測出垂直坐（zuò）標的位置偏差數值（zhí），通過編製的西門（mén）子 S7 PLC 程序進行自動邏輯運算處理，不（bú）斷調節電（diàn）液比例閥（fá）控製放（fàng）大器的 0~ 10V 模擬電壓（yā），使上述機械機構（gòu）中的拉杆油腔（qiāng）壓力達到適當比（bǐ）值，提供不同的拉力。最（zuì）初的補償思路是在滑枕的有效行程內，以滑枕（鏜杆）伸出最小位置（zhì）為曲線原點，以（yǐ）其伸出最遠端和原（yuán）點之間建立補償行程，采集若幹垂直坐標（ Y 軸）位（wèi）置點的偏差值，給出電液比（bǐ）例閥放（fàng）大器（qì）的對應模擬電壓值。但實際（jì）補償時發現由於液（yè）壓流動性的（de）影響，滑枕移動時（shí）， Y 軸位置抬高補償（cháng）延（yán）遲滯後，跳動較大，存在瞬間突（tū）變，線性較差（chà），且 PLC 控製程序輸（shū）入繁瑣，調（diào）試複（fù）雜（zá）。改進後將補償值與行程以曲線（或線段）製作補償數（shù）據曲線圖表，並分割成多段直線，在一定的距離間隔中，通過設定或修改用戶數據，改變線段的斜率，使電液比例閥放大器電（diàn）壓基本連（lián）續（xù）變化，補償拉力同步線性增加或減少，係統 PLC 程序簡潔明了，也便於批量調試，用戶（hù）可在參數表中（zhōng）隨時設定數據並加以調整。以西門子 828D 數控係統行程（chéng） 700mm 為例，選擇滑枕 Z 軸 0 ~ - 400 , - 400 ~ - 700 兩（liǎng）段負向行程，確定（dìng）補償直線的斜率比值，下述程序，簡要說明電氣（qì）邏輯程序補償過程。

MOVW MW308，QW60 // 將模擬量補（bǔ）償值賦（fù）給QW60 放大（dà）器其中 QW60 為輸出（chū）到放大（dà）器的模擬電壓，調整 MD14514 用戶參數匹配比例（lì）閥體（tǐ）輸（shū）出壓力。

1 . 2 . 2 數控係統垂度補償功（gōng）能

對於該選項功能，應使用相應的係（xì）統參數激活該（gāi）功能：

1 ）定（dìng）義滑枕 Z 軸為基（jī）準軸（zhóu），受基準軸（zhóu）影響的主軸箱上下移動 Y 軸定義為補（bǔ）償軸。基準軸作為輸入，補償軸作為輸出。

2 ）利（lì）用參數 “ MD18342 ： $ MN_MM_CEC_MAX_POINT〔 t 〕 ” 根據滑枕基準軸的行程設定垂度補償的最大補償（cháng）點數（shù）；最（zuì）大補償點數由基準軸的行程確定補償區間和補償步距（jù），計算出合適的補償點數。

3 ）備份機床數據（jù），再回裝備份（fèn）數據，數控係統會自動生成（chéng）垂度補（bǔ）償表的初始化文件。設置（zhì） “ SD41300 ：$ SN_CEC_TABLE_ENABLE 〔 t 〕 = 1 ” ，激活垂度補償表（biǎo）。

4 ）打開補償文件，將誤差值填入補償（cháng）文件中。

5 ）輸入或運行補償（cháng）文（wén）件，設定軸參數 MD32710 = 1 ，重啟係統，返回機床參考點後補償值生（shēng）效（xiào）。

6 ）在“診斷 ”畫麵的絕（jué）對（duì）補償測量係統中移動 Z可查看到（dào） Y軸（zhóu）生效（xiào）的補償值。

滑枕上安裝有不同重量附件，會（huì）產生不同的撓度變化，因此要求各附件對應（yīng）有各自補償數據。係統（tǒng）可以生成多（duō）個補（bǔ）償表文件（jiàn）（最大 61 個），將補償文件格式（shì）改為加工程（chéng）序，輸入補償值，選擇運行補償零件程序，以適應（yīng）各種附件克服撓度對機床位置精度的影響。

2 、結束語

通過西門子數控係統垂度補償（cháng）功能以及（jí）編製（zhì）的PLC 補償程序，有效地解決了機床滑枕伸出加工時（shí）的精度誤（wù）差問題，較好地（dì）抑製撓度變形，從而（ér）提（tí）高了機床的（de）加工精度。

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