數(shù)控落地銑鏜床精度補(bǔ)償系統(tǒng)介紹

王莘澳

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

數(shù)控落地銑鏜床為立柱移動(dòng)式，且鏜軸可在臥式銑軸中移動(dòng)（W軸）；銑軸包含在滑枕內(nèi)部，滑枕安裝在主軸箱內(nèi)部，并在其內(nèi)部可直線移動(dòng)（Z軸）；主軸箱沿立柱導(dǎo)軌垂直移動(dòng)（Y軸）；立柱被牢固的固定在其下面的滑座上，并隨滑座沿床身導(dǎo)軌在水平方向移動(dòng)（X軸）。主要用于箱體的孔系鏜孔加工，以及鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、切螺紋、切溝槽和平面的銑削加工。屬于高檔精密加工機(jī)床。在機(jī)床加工過程中由于滑枕的前后移動(dòng)、滑枕伸出后的撓度變化、滑枕前端安裝不同重量的加工附件及加工過程中溫度的升高等因素影響，導(dǎo)致機(jī)床的相關(guān)精度下降，無法滿足加工要求。為此筆者設(shè)計(jì)了一套相應(yīng)的精度補(bǔ)償系統(tǒng)，對機(jī)床的相關(guān)精度進(jìn)行補(bǔ)償，以滿足加工的精度要求。

1 主軸箱系統(tǒng)力系平衡變化補(bǔ)償

主軸箱的重力系統(tǒng)由主軸箱、方滑枕等部件的重力所組成。四根通過立柱頂部固定滑輪組的鋼絲繩的兩端分別聯(lián)結(jié)主軸箱和立柱內(nèi)的平衡錘，使整體重力被平衡錘平衡。這樣可使驅(qū)動(dòng)主軸箱上下運(yùn)動(dòng)所需的力基本相等。當(dāng)方滑枕向外伸出時(shí)，整個(gè)主軸箱系統(tǒng)的重心發(fā)生變化，重心向方滑枕移動(dòng)方向平移，與原力系比較，增加了一個(gè)隨方滑枕伸出而變大的力矩。為了平衡這個(gè)扭矩，用一根補(bǔ)償用的鋼絲繩通過定滑輪組將裝在主軸箱前端上方的液壓油缸的活塞與裝在主軸箱后部下方的鋼絲繩座聯(lián)結(jié)起來。當(dāng)平衡鋼絲繩張緊時(shí)，會(huì)將主軸箱的前方向上拉，同時(shí)將主軸箱的后方向下拉，形成一個(gè)與主軸箱重心移動(dòng)產(chǎn)生的力矩方向相反的力矩，這樣就使主軸箱力系達(dá)到了新的平衡。液壓油缸內(nèi)的油壓控制平衡鋼絲繩的張緊力。而電液比例閥控制油壓，油壓隨方滑枕的伸出距離而變化。這使平衡鋼絲繩的拉力隨油壓的變化而變化。隨時(shí)平衡因方滑枕移動(dòng)而產(chǎn)生的扭矩。

2 方滑枕內(nèi)應(yīng)力變化補(bǔ)償

當(dāng)方滑枕伸出時(shí)，除了會(huì)使整個(gè)主軸箱力系重心位移外，懸伸部位的自重引起懸伸部位的應(yīng)力發(fā)生變化，在方滑枕的上部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，這應(yīng)力隨伸出的距離而變化。

在方滑枕的上部縱向裝有兩條拉桿，拉桿的一端固定在方滑枕的前端，拉桿的后端經(jīng)油缸拉向滑枕后端面。

當(dāng)滑枕伸出時(shí)，隨著滑枕移動(dòng)，數(shù)字式伺服電液比例閥控制拉桿油缸的壓力不斷增加，所產(chǎn)生的壓力平衡方滑枕內(nèi)部的應(yīng)力。

3 方滑枕安裝附件重力變化補(bǔ)償

方滑枕前端安裝附件后，因附件重量較大，而且不同的附件重量不同，使滑枕平衡力系增加了附件的重力，增加了一個(gè)附加的扭矩，使方滑枕力系的平衡產(chǎn)生變化。

主軸箱靜壓導(dǎo)軌的前端中間位置開有補(bǔ)償油腔，當(dāng)安裝不同附件時(shí)，經(jīng)電氣識(shí)別，由數(shù)字式伺服電液比例閥控制油腔增加不同的壓力，并且壓力隨方滑枕的位置變化而變化。平衡了附件的重力及附加的扭矩。

4 方滑枕靜壓補(bǔ)償

隨著滑枕的伸出，滑枕部件的重心將向外移動(dòng)，將使限制滑枕的靜壓油膜厚度改變?；砬安肯路胶秃蟛可戏降撵o壓油膜將變薄，使滑枕傾斜。為了解決這一問題，主軸箱前下方兩側(cè)導(dǎo)軌板和后上方兩側(cè)滑枕鑲條上還配有靜壓補(bǔ)償油腔。由比例減壓閥控制油腔，改變油腔的壓力，并且壓力隨方滑枕的位置變化而變化，起到對靜壓油膜補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

5 滑枕進(jìn)給精確定位補(bǔ)償

圖1 定位補(bǔ)償圖

由于銑鏜軸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的熱量會(huì)傳遞給滑枕，使滑枕產(chǎn)生熱膨脹，這樣會(huì)影響被加工工件的平面度。為了解決這一問題，采用材料固定、形狀規(guī)則的桿件，其伸長量與溫度變化關(guān)系很容易通過試驗(yàn)測得，這個(gè)桿件稱為基準(zhǔn)桿。將基準(zhǔn)桿的一端固定在滑枕的前部，另一端自由伸展，當(dāng)滑枕在某一溫度下伸長時(shí)，將帶動(dòng)基準(zhǔn)桿移動(dòng)，通過與基準(zhǔn)桿尾部接觸的位移傳感器可精確地檢測出位移量，將這個(gè)位移量減去基準(zhǔn)桿自身的伸長量就可確定滑枕的伸長量。伺服電機(jī)補(bǔ)償就是通過滾珠絲杠向相反方向驅(qū)動(dòng)滑枕實(shí)現(xiàn)的。如圖1所示，滑枕2安裝于主軸箱1內(nèi)，并且相對于主軸箱1運(yùn)動(dòng)。該裝置的基準(zhǔn)桿3一端固定于滑枕2的前部，另一端為自由端，在長度方向上采用兩個(gè)支座4支承，保證其水平伸展。位移傳感器 5在常溫下安裝，與基準(zhǔn)桿自由端端部接觸，當(dāng)溫度升高時(shí)，基準(zhǔn)桿3自由端位置發(fā)生變化，位移傳感器3檢測到這一變化量，并將變化量數(shù)據(jù)傳送給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將這一數(shù)值減去基準(zhǔn)桿自身的受熱伸長量，其差值便為滑枕的受熱伸長量，最后數(shù)控系統(tǒng)控制伺服電機(jī)6驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠7帶動(dòng)滑枕2反向運(yùn)動(dòng)，從而對滑枕2伸長給予補(bǔ)償。

6 結(jié)語

通過以上的補(bǔ)償方案，有效解決了變形對數(shù)控落地銑鏜床精度的影響，使數(shù)控落地銑鏜床的加工精度達(dá)到了國際先進(jìn)水平，從而使使用以上方案的數(shù)控落地銑鏜床在國際市場上有了更高的競爭優(yōu)勢。目前采用以上方案的數(shù)控落地銑鏜床已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，廣泛用于國防軍工、航空航天、機(jī)械、能源、船舶、核電等復(fù)雜、異形件的加工行業(yè)，對民族裝備工業(yè)的振興及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要意義。

［1］現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊編委會(huì).現(xiàn)代實(shí)用機(jī)床設(shè)計(jì)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.