垂度補(bǔ)償功能在多磨頭數(shù)控磨床調(diào)整中的應(yīng)用*

朱 瑮

(杭州杭機(jī)股份有限公司，浙江杭州 311315)

1 機(jī)床介紹

HZ－088CNC大型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌精密曲面成形數(shù)控磨床作為國(guó)家重大專項(xiàng)項(xiàng)目，是為全國(guó)機(jī)床廠提供提高機(jī)床精度的關(guān)鍵共性技術(shù)，直接提高國(guó)產(chǎn)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌制造水平，特別是解決大型精密直線滾動(dòng)導(dǎo)軌磨削關(guān)鍵技術(shù)和裝備問(wèn)題而開發(fā)研制的機(jī)床。

該機(jī)床針對(duì)普通導(dǎo)軌與重載導(dǎo)軌及滾柱導(dǎo)軌產(chǎn)品的精密磨削加工，可以磨削15～125 mm規(guī)格的精密直線導(dǎo)軌。采用切向切入式磨削工藝，用金剛石滾輪成形修整砂輪，成形磨削導(dǎo)軌體的4條滾道和2個(gè)側(cè)面。

機(jī)床結(jié)構(gòu)布局如圖1所示。機(jī)床兩個(gè)立式磨頭采用龍門式結(jié)構(gòu)，由雙立柱、橫梁及床身組成一個(gè)封閉的剛性框架結(jié)構(gòu);橫梁固定不作升降，機(jī)床兩個(gè)立式磨頭安裝在橫梁的前側(cè)。另一個(gè)臥式磨頭拖板采用十字拖板結(jié)構(gòu)，位于兩個(gè)立式磨頭前側(cè)。立式磨頭、臥式磨頭各自既可作橫向運(yùn)動(dòng)，還可作垂直運(yùn)動(dòng)。兩立式磨頭用于磨削導(dǎo)軌兩側(cè)平面、腰槽及圓弧截型，可以進(jìn)行在線修整，在工作臺(tái)上另附有單獨(dú)的立式磨頭修整器;臥式磨頭用于磨削導(dǎo)軌基面及重載導(dǎo)軌上平面內(nèi)的圓弧面。臥式磨頭砂輪的修整器安裝在工作臺(tái)上。

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)采用西門子840D系統(tǒng)，配有手持式電手輪。九根伺服電動(dòng)機(jī)軸分別控制兩立式磨頭的橫向進(jìn)給、垂直進(jìn)給及其砂輪修整器進(jìn)給，以及臥式磨頭的垂直進(jìn)給、橫向進(jìn)給和工作臺(tái)縱向移動(dòng)。3只交流伺服主軸電動(dòng)機(jī)分別控制2個(gè)立式磨頭和臥式磨頭主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證進(jìn)給精度，3個(gè)磨頭的橫向進(jìn)給、垂直進(jìn)給及2個(gè)立式磨頭修整器進(jìn)給8根控制軸加裝HEIDENHAIN公司的光柵尺，實(shí)現(xiàn)全閉環(huán)控制。床身與工作臺(tái)導(dǎo)軌采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副;工作臺(tái)縱向移動(dòng)采用交流伺服電動(dòng)機(jī)及精密滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)。

2 課題提出

機(jī)床安裝，床身導(dǎo)軌磨削平行度的調(diào)整是其運(yùn)動(dòng)最重要的基礎(chǔ)。床身導(dǎo)軌的調(diào)平一般是將1只千分表固定在磨頭上，測(cè)工作臺(tái)平面;移動(dòng)工作臺(tái)，然后根據(jù)表針指示，調(diào)整床身導(dǎo)軌，最終使工作臺(tái)運(yùn)行在測(cè)量點(diǎn)處在同一平面上。

本機(jī)床最大磨削工件長(zhǎng)度為4 m，工作臺(tái)有效行程6 m，機(jī)床總長(zhǎng)約15 m，為一長(zhǎng)床身導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)。工作臺(tái)上安裝有工件夾具、工件、兩套砂輪修整機(jī)構(gòu)加上工作臺(tái)自重重量較大，其前后運(yùn)行引起床身變形較大。而此機(jī)床的立臥磨頭是前后分布的，要求在立臥磨頭處分別測(cè)量工作臺(tái)移動(dòng)平行度都要調(diào)整到要求的精度范圍;因立臥磨頭間隔距離有800 mm，立式磨頭處調(diào)整好了，臥式磨頭處就不好，反之也是如此。增加床身剛性，僅用傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)整方法進(jìn)行床身導(dǎo)軌的調(diào)平，費(fèi)用高，也很困難。于是提出了用電氣的方法進(jìn)行補(bǔ)償，先用傳統(tǒng)的機(jī)械調(diào)整方法對(duì)立式磨進(jìn)行頭床身調(diào)平，再利用數(shù)控系統(tǒng)的垂度補(bǔ)償功能對(duì)臥式磨頭進(jìn)行補(bǔ)償，以達(dá)到其對(duì)工作臺(tái)面相對(duì)平行的要求。

3 垂度補(bǔ)償

此機(jī)床使用的是SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)，其垂度補(bǔ)償功能為選項(xiàng)功能，在系統(tǒng)訂貨時(shí)要專門訂購(gòu)。垂度補(bǔ)償功能的作用與作絲杠螺距補(bǔ)償類似。絲杠螺距補(bǔ)償是將補(bǔ)償值分別補(bǔ)償在自己軸的相應(yīng)點(diǎn)上;而垂度補(bǔ)償功能則是根據(jù)某一軸移動(dòng)到不同位置時(shí)，將一補(bǔ)償值補(bǔ)償?shù)搅硪惠S上的功能，同時(shí)此功能還能進(jìn)行雙向螺距補(bǔ)償。

此機(jī)床就是用了根據(jù)工作臺(tái)X軸運(yùn)動(dòng)位置對(duì)臥式磨頭垂直移動(dòng)軸Z軸進(jìn)行垂度補(bǔ)償，達(dá)到對(duì)工件磨削的平行度要求。

4 SIEMENS 840D數(shù)控系統(tǒng)垂度補(bǔ)償功能操作方法

(1)開通垂度補(bǔ)償功能選項(xiàng)。

(2)設(shè)置補(bǔ)償點(diǎn)數(shù):MD18342MM_CEC_MAX_POINT［n］用于設(shè)定每個(gè)補(bǔ)償表的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。其中n是補(bǔ)償表序號(hào)，最大補(bǔ)償表數(shù)=系統(tǒng)軸數(shù)×2。

(3)使補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)生效方法:NC復(fù)位或系統(tǒng)重新上電(此時(shí)會(huì)進(jìn)行內(nèi)存重新分配，因此應(yīng)先做一次數(shù)據(jù)備份與回傳操作，否則會(huì)把先前做好的數(shù)據(jù)丟失，具體方法此處不作詳解)。

(4)補(bǔ)償程序:一種是知道格式，編程、輸入補(bǔ)償數(shù)據(jù)后，運(yùn)行程序;另一種是拷貝系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)文件，填好補(bǔ)償數(shù)據(jù)后裝載。

(5)本機(jī)床磨削工件長(zhǎng)4 m，取間隔100 mm一個(gè)補(bǔ)償點(diǎn)，補(bǔ)償程序如下:

其中:

$AN_CEC［0，0］=0 是各補(bǔ)償點(diǎn)的補(bǔ)償值，方括弧中第一個(gè)數(shù)字是補(bǔ)償表號(hào)，第二個(gè)數(shù)是補(bǔ)償點(diǎn)號(hào)。

$AN_CEC_INPUT_AXIS［0］=(X)是輸入軸，這里是工作臺(tái)驅(qū)動(dòng)軸X軸。

$AN_CEC_OUTPUT_AXIS［0］=(Z)是輸出軸(補(bǔ)償軸)，此處為臥磨頭垂直升降軸Z軸。

$AN_CEC_STEP［0］=100是補(bǔ)償間距，此處取每100 mm一個(gè)。

$AN_CEC_MIN［0］=－4800是補(bǔ)償區(qū)間(X軸)的下限坐標(biāo)。

$AN_CEC_MAX［0］= －800是補(bǔ)償區(qū)間(X軸)的上限坐標(biāo)。

表1 μm

表2 μm

表3 μm

$AN_CEC_DIRECTION［0］=0 是補(bǔ)償方向

=0雙向使用其上面的補(bǔ)償值。=1正向使用上面的補(bǔ)償值。

=－1負(fù)向使用上面的補(bǔ)償值。

$AN_CEC_MULT_BY_TABLE［0］=0 是補(bǔ)償表相乘時(shí)，另一補(bǔ)償表的序號(hào)。

$AN_CEC_IS_MODULO［0］=0如果補(bǔ)償軸是旋轉(zhuǎn)軸，要重復(fù)取模使用時(shí)取1。

后面部分為第二個(gè)補(bǔ)償表，正、負(fù)向用不同補(bǔ)償值時(shí)使用;也可作另一對(duì)垂度補(bǔ)償軸補(bǔ)償用。

(6)激活補(bǔ)償數(shù)據(jù)

①設(shè)置MD32710CEC_ENABLE=1，NC復(fù)位。

②設(shè)置SD41300$SN_CEC_TABLE［0］=1

③回參考點(diǎn)。(絕對(duì)測(cè)量系統(tǒng)不用回)。

④在系統(tǒng)診斷畫面中:［MENU/SELECT］——診斷——服務(wù)顯示——軸調(diào)整——垂度+溫度補(bǔ)償。相應(yīng)的補(bǔ)償輸出軸(此例為Z軸)畫面，當(dāng)工作臺(tái)X軸移動(dòng)時(shí)可以看到相應(yīng)的補(bǔ)償值變化。

5 實(shí)際應(yīng)用

(1)首先將千分表固定在立式磨頭上，移動(dòng)工作臺(tái)，測(cè)量并調(diào)平床身導(dǎo)軌，得表1數(shù)據(jù)。

(2)將千分表固定在臥式磨頭上，移動(dòng)工作臺(tái)，測(cè)量工作臺(tái)上同樣的點(diǎn)，得表2數(shù)據(jù)。

(3)對(duì)照表1、2的數(shù)值，將差值輸入補(bǔ)償程序的相應(yīng)補(bǔ)償點(diǎn)。按第4章的操作方法補(bǔ)償輸入系統(tǒng)。

(4)將補(bǔ)償值輸入后，再次測(cè)量臥磨頭對(duì)工作臺(tái)移動(dòng)平行度，得表3數(shù)據(jù)。

表3數(shù)據(jù)基本達(dá)到了所要求的精度。此補(bǔ)償過(guò)程也可能需重復(fù)多次，直至調(diào)整到符合要求為至。注意點(diǎn)是:軸參考點(diǎn)如變化了，補(bǔ)償值就必須重新測(cè)定、輸入。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)垂度補(bǔ)償功能在此機(jī)床上的應(yīng)用，使前后磨頭的平行度調(diào)節(jié)變得相對(duì)方便，只要先調(diào)好一只磨頭，再測(cè)得另一處磨頭的數(shù)據(jù)，用垂度補(bǔ)償功能對(duì)另一磨頭進(jìn)行補(bǔ)償，達(dá)到調(diào)節(jié)要求。省時(shí)省力。

［1］SINUMERIK 840D/840Di/810D Extended Functions(Part 2).