數(shù)控落地銑鏜床滑枕?yè)隙妊a(bǔ)償控制形式的改進(jìn)及調(diào)試

劉志友

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005)

數(shù)控落地銑鏜床滑枕?yè)隙妊a(bǔ)償控制形式的改進(jìn)及調(diào)試

劉志友

(齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005)

針對(duì)數(shù)控落地銑鏜床滑枕行程大而產(chǎn)生的撓度變形問(wèn)題，采用改進(jìn)液壓控制、電氣反饋裝置及電氣控制等措施，提高了滑枕低頭補(bǔ)償?shù)木燃盎硪苿?dòng)時(shí)的補(bǔ)償反應(yīng)速度。該技術(shù)提高了數(shù)控落地銑鏜床滑枕的穩(wěn)定性。

S7-300PLC;銑鏜床;滑枕?yè)隙妊a(bǔ)償

目前在機(jī)械制造行業(yè)，大型數(shù)控落地銑鏜床主軸直徑在260 mm及以上，滑枕和鏜箱質(zhì)量大、相對(duì)結(jié)構(gòu)剛性差，尤其主軸箱在工作過(guò)程中，銑鏜軸及滑枕從主軸箱中伸出的距離比較大，從而使主軸工藝系統(tǒng)在加工過(guò)程中剛性變差，造成理論與實(shí)際重心值偏差增大［1－2］。為補(bǔ)償受滑枕伸縮產(chǎn)生的主軸箱重心偏移，普遍采用液壓缸對(duì)主軸箱理論與實(shí)際重心值產(chǎn)生的偏差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，但液壓控制部分無(wú)一例外地全部采用進(jìn)口比例閥控制方式，在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多弊端，如:補(bǔ)償響應(yīng)速度慢［3－4］、開環(huán)控制、系統(tǒng)重復(fù)精度低，比例閥控制系統(tǒng)成本過(guò)高并且容易受油液溫度及清潔度的影響［5］，發(fā)生故障時(shí)不易察覺等。文中對(duì)該結(jié)構(gòu)的控制形式進(jìn)行了徹底的改進(jìn)，以某公司為青島海西重工生產(chǎn)的FMBI26X120X60L-NC數(shù)控落地鏜為例，該臺(tái)機(jī)床主軸直徑260 mm，滑枕行程1 600 mm，通過(guò)改進(jìn)提高了系統(tǒng)補(bǔ)償精度和穩(wěn)定性，同時(shí)降低生產(chǎn)及維修成本，以保證滑枕移動(dòng)母線與立柱移動(dòng)母線的垂直度在規(guī)定范圍內(nèi)，保證整機(jī)的加工精度要求。文中介紹的方案經(jīng)該設(shè)備長(zhǎng)期使用驗(yàn)證，已完全解決了這項(xiàng)技術(shù)難題。

1 主軸箱平衡補(bǔ)償系統(tǒng)的補(bǔ)償結(jié)構(gòu)及檢測(cè)和反饋裝置

如圖1所示，滑枕伸出時(shí)受其自重影響，使其產(chǎn)生向下彎曲變形產(chǎn)生進(jìn)度誤差［6］。以上述機(jī)床為例，實(shí)測(cè)滑枕伸出1 600 mm時(shí)變形量在0.45 mm左右，數(shù)控落地銑鏜床的W軸與Y軸的垂直度精度 (即滑枕水平方向與立柱垂直方向的垂直度)為一項(xiàng)最基本的幾何精度要求，嚴(yán)重影響著該機(jī)床的加工精度，該項(xiàng)精度的補(bǔ)償需要有良好的定位精度、快速的響應(yīng)和跟隨性，使W軸在靜止、運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)下有一個(gè)高精確的水平定位精度，使機(jī)床幾何精度保持在最佳狀態(tài)。如圖2所示，采用絕對(duì)值編碼器將其用支架固定在鏜箱上，將導(dǎo)軌固定在活塞與鋼絲繩聯(lián)接支架上，中間采用軸承杠桿臂聯(lián)接，通過(guò)編碼器的旋轉(zhuǎn)角度直接反映油缸的位置實(shí)際值，西門子CNC系統(tǒng)將反饋裝置提供的實(shí)際值傳送給PLC直接控制油缸位置，可有效防止中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差對(duì)補(bǔ)償精度的不良影響，并有利于監(jiān)控補(bǔ)償效果，當(dāng)補(bǔ)償未到位時(shí)及時(shí)提醒操作者，并自動(dòng)做出保護(hù)措施。

圖1 落地銑鏜結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 油缸測(cè)量反饋裝置圖

2 液壓控制系統(tǒng)的改進(jìn)

圖3 改進(jìn)前和改進(jìn)后液壓控制系統(tǒng)示意圖

對(duì)補(bǔ)償油缸的液壓控制方式進(jìn)行了徹底的改進(jìn)，如圖3所示。將原比例減壓閥取消，用ATOS生產(chǎn)的方向控制閥代替原有的比例減壓閥，并在回油T口和A口增加兩個(gè)節(jié)流閥用以減小切換動(dòng)作時(shí)的沖擊;同時(shí)將油缸的行程加大，由原來(lái)的80 mm增加到改造后的120 mm，以提高補(bǔ)償量，減少故障概率及維修成本。

3 電氣控制及程序設(shè)計(jì)

西門子S7-300是一種功能非常強(qiáng)大的PLC系統(tǒng)［7－9］，通過(guò)PLC對(duì)W軸與Q軸 (補(bǔ)償油缸活塞移動(dòng))絕對(duì)位置的讀取和監(jiān)控，將W軸絕對(duì)位置值作為補(bǔ)償?shù)膮⒖贾?，通過(guò)系統(tǒng)PLC的運(yùn)算，將控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為誤差脈沖量輸出到PLC的輸出口，驅(qū)動(dòng)方向閥的開閉及換向，控制補(bǔ)償油缸的絕對(duì)位置。為防止操作人員誤操作，特編寫電子鎖程序。編寫專用平衡油缸補(bǔ)償量手動(dòng)調(diào)整控制程序，方便操作者在補(bǔ)償精度不理想時(shí)調(diào)整補(bǔ)償量，調(diào)節(jié)結(jié)束后自動(dòng)保存新補(bǔ)償值，并為常用調(diào)整參數(shù)、多附件頭補(bǔ)償表預(yù)留接口方便調(diào)試。在程序中監(jiān)控補(bǔ)償響應(yīng)，在實(shí)際補(bǔ)償值未達(dá)到設(shè)定值時(shí)觸發(fā)報(bào)警，提示操作者查找原因。在調(diào)試主軸箱平衡補(bǔ)償系統(tǒng)前，應(yīng)首先保證各部件相關(guān)幾何精度合格。調(diào)試中兼顧系統(tǒng)的穩(wěn)定性、超調(diào)量與穩(wěn)態(tài)精度。

4 主軸箱平衡補(bǔ)償系統(tǒng)的調(diào)試

4.1 調(diào)節(jié)鏜桿回轉(zhuǎn)軸線與鏜箱移動(dòng)母線的垂直度

將滑枕鏜軸全部縮進(jìn)主軸箱內(nèi)，在鏜軸端部固定一輔助測(cè)量臂 (端部固定一平頭螺絲的鋼條)，置一千分表，轉(zhuǎn)動(dòng)鏜桿，輔助測(cè)量臂隨之做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將測(cè)量臂調(diào)節(jié)至與立柱導(dǎo)軌大致平行的狀態(tài)下，在此位置對(duì)表，將鏜桿回轉(zhuǎn)180°，移動(dòng)鏜箱使千分表測(cè)頭與測(cè)量臂測(cè)頭接觸，讀出誤差值，調(diào)節(jié)補(bǔ)償鋼絲繩的預(yù)緊力，使兩者垂直度在公差范圍內(nèi)即可。

4.2 調(diào)整滑枕鏜軸伸出時(shí)的誤差補(bǔ)償

將滑枕鏜軸全部縮進(jìn)主軸箱內(nèi)，在鏜軸端部固定一千分表，當(dāng)滑枕鏜軸外伸時(shí)，由于主軸箱重心變化導(dǎo)致傾斜，千分表數(shù)值會(huì)變化。此時(shí)通過(guò)調(diào)整補(bǔ)償斜率表的補(bǔ)償給定值，即可控制補(bǔ)償油缸的拉伸量，使數(shù)值趨于零。然后每隔50 mm進(jìn)行測(cè)量，按上述步驟進(jìn)行補(bǔ)償，直至全行程。

4.3 連接附件后的誤差補(bǔ)償

當(dāng)加上附件后，滑枕前端連接質(zhì)量不同的附件后主軸箱重心發(fā)生變化，需再進(jìn)行補(bǔ)償油缸的拉伸量補(bǔ)償。

5 出現(xiàn)問(wèn)題與解決方法

(1)補(bǔ)償油缸缸內(nèi)油壓振蕩，活塞位置不穩(wěn)定

檢查控制換向閥是否內(nèi)泄漏過(guò)大，如是則更換換向閥。檢查補(bǔ)償油缸是否內(nèi)泄漏過(guò)大，如是則更換活塞密封圈。檢查來(lái)油節(jié)流閥是否開口過(guò)大，適當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口。

(2)補(bǔ)償油缸補(bǔ)償動(dòng)作緩慢，跟不上滑枕移動(dòng)速度

檢查來(lái)油回油節(jié)流閥是否開口過(guò)小，適當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口。檢查補(bǔ)償油泵輸出壓力及流量是否滿足工藝要求，適當(dāng)提高油缸輸出壓力。

(3)鏜軸微量下垂

鏜軸外伸時(shí)自重產(chǎn)生撓曲變形而下垂，同樣不能僅靠補(bǔ)償油缸解決，要采用數(shù)控系統(tǒng)的垂度補(bǔ)償來(lái)補(bǔ)償這一變形。該補(bǔ)償是一個(gè)單純的CNC動(dòng)作，與液壓平衡系統(tǒng)沒有直接關(guān)系。鏜軸每外伸100 mm，其下垂量通過(guò)改變Y值進(jìn)行線性補(bǔ)償，實(shí)施后補(bǔ)償效果良好，鏜軸精度合格。

6 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)控落地銑鏜床主軸箱平衡補(bǔ)償系統(tǒng)是設(shè)計(jì)與調(diào)試的難點(diǎn)，也是關(guān)鍵技術(shù)所在，調(diào)整不好將造成Z、W軸相關(guān)精度不合格，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償后可以使滑枕1 600 mm全行程內(nèi)直線度控制在0.03 mm內(nèi)，而且補(bǔ)償反應(yīng)速度快，穩(wěn)定性高。文中所述的控制方法具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、維修容易、實(shí)施效果好等優(yōu)點(diǎn)，滿足了機(jī)床滑枕前端安裝附件和滑枕伸出時(shí)產(chǎn)生的重心偏差的全部補(bǔ)償要求，大大減小了機(jī)床加工時(shí)由于重心偏差導(dǎo)致的主軸回轉(zhuǎn)精度誤差，更有效地提高了機(jī)床對(duì)工件的加工精度，保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，給實(shí)際生產(chǎn)加工帶來(lái)了很大的方便。

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TG53;TG54

B

1001－3881(2014)8－135－3

10.3969/j.issn.1001－3881.2014.08.043

2013－02－19

劉志友 (1981—)，男，大專，助理工程師，長(zhǎng)期從事于重型機(jī)床的制造、安裝、調(diào)試及改造。E－mail: zyliu1981@163.com。