淺析立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的控制技術(shù)與應(yīng)用

祁海龍

【摘 要】文章首先對(duì)立式銑車(chē)床的外觀與結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，并闡述了立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床電氣控制中存在的問(wèn)題，然后對(duì)靜壓導(dǎo)軌技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行進(jìn)行了探究，最后論述了直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)在立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的應(yīng)用，希望對(duì)相關(guān)人員提供幫助。

【關(guān)鍵詞】立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床；控制技術(shù)；應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)床制造業(yè)逐漸向復(fù)合化、高速化以及精密化的方向發(fā)展。而數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)作為整個(gè)機(jī)床的控制核心，其涵蓋了機(jī)械制造技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多種學(xué)科，下文對(duì)立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的控制技術(shù)進(jìn)行了分析，從而為數(shù)控機(jī)床的安全運(yùn)行提供有力保障。

一、立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的概述

立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床涵蓋的范圍比較廣泛，其按照立柱的形式可分為單柱不可移動(dòng)、單柱可移動(dòng)以及雙柱等，而數(shù)控雙柱立式銑車(chē)床是車(chē)銑復(fù)合機(jī)床中比較常見(jiàn)的一種機(jī)床。同時(shí)，立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床主要由刀架、頂梁、滑座、橫梁、進(jìn)給箱、立柱、工作臺(tái)底座、主變速箱、走臺(tái)、液壓站、電氣控制柜、地面操作臺(tái)等幾大部件所組成，如圖1和圖2所示。其中，橫梁是安裝于兩個(gè)立柱之上，在運(yùn)行中交流異步電機(jī)經(jīng)過(guò)減速箱驅(qū)動(dòng)立柱頂端左右兩個(gè)升降箱，同時(shí)帶動(dòng)兩根絲桿傳遞動(dòng)力使橫梁作上升或下降運(yùn)動(dòng)，通過(guò)升降橫梁具有不同的加工高度，橫梁不參與進(jìn)給。另外，立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床具備兩種工作方式，即車(chē)削與銑削。在車(chē)削時(shí)，工作臺(tái)處于主軸運(yùn)行的狀態(tài)，由直流電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)主變速箱來(lái)拖動(dòng)工作臺(tái)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，而當(dāng)機(jī)床變換到銑削時(shí)，工作臺(tái)是通過(guò)進(jìn)給伺服電機(jī)經(jīng)過(guò)另一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)拖動(dòng)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)，主要是用于鉆削時(shí)工作臺(tái)的精確分度定位和銑削進(jìn)給。

二、立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床控制技術(shù)中存在的問(wèn)題

數(shù)控機(jī)床的電氣控制系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)床的控制核心，而機(jī)床的電氣控制技術(shù)是由機(jī)械設(shè)計(jì)與制造、液壓技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、傳感器檢測(cè)技術(shù)等多學(xué)科柔合交叉的應(yīng)用技術(shù)，在立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床控制技術(shù)中存在的問(wèn)題主要包括以下幾個(gè)方面：第一，在數(shù)控加工中，立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床除了在鉆孔時(shí)需要工作臺(tái)進(jìn)行精確定位，還需要在機(jī)床上進(jìn)行端面銑削加工，而采用哪種加工方法是加工過(guò)程中的一個(gè)難題；第二，在數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，對(duì)西門(mén)子模擬主軸ADl4驅(qū)動(dòng)器配置編碼器原理不清，導(dǎo)致方案選型錯(cuò)誤；對(duì)海德漢的距離碼光柵尺和圓光柵的回零原理不清，導(dǎo)致將距離碼光柵尺和圓光柵設(shè)成普通光柵尺，數(shù)控機(jī)床回零時(shí)間太長(zhǎng)，效率低下；第三，工作臺(tái)靜壓導(dǎo)軌油膜厚度沒(méi)能找到合適的控制方法，從而無(wú)法達(dá)到最優(yōu)的性能。

三、立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床控制技術(shù)的應(yīng)用

（一）靜壓導(dǎo)軌技術(shù)的應(yīng)用

液體靜壓導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)有很多，主要包括兩個(gè)方面：一是，油膜厚度和剛度受導(dǎo)軌相對(duì)速度變化的影響較小，并且對(duì)導(dǎo)軌的材料要求不高；二是，采用摩擦系數(shù)較小的機(jī)械油供入到導(dǎo)軌油腔內(nèi)形成承載油膜，從而使導(dǎo)軌處于純液體潤(rùn)滑以及摩擦狀態(tài)，并且導(dǎo)軌之間基本沒(méi)有磨損，延長(zhǎng)了的導(dǎo)軌的使用壽命，促進(jìn)了傳動(dòng)效率的提高；第三，吸收振動(dòng)能量性能比較好，在低速區(qū)不會(huì)爬行，運(yùn)動(dòng)狀況平穩(wěn)。另外，靜壓導(dǎo)軌包括有限壓以及恒流兩種供油方式，并且靜壓導(dǎo)軌技術(shù)中油膜剛度由油膜厚度所保證，改變液壓回路里供油泵的電機(jī)轉(zhuǎn)速即可以改變供油流量，從而改變油膜厚度。隨著靜壓導(dǎo)軌支撐技術(shù)的日趨成熟，其被廣泛應(yīng)用于各種機(jī)床中，尤其是數(shù)控機(jī)床，其中重型立車(chē)工作臺(tái)導(dǎo)軌通常是采用環(huán)形多腔液體靜壓導(dǎo)軌。同時(shí)，日本東芝公司、法國(guó)弗雷斯特里內(nèi)公司、德國(guó)瓦德里希公司所生產(chǎn)數(shù)控龍門(mén)鏜銑床都采用了液體靜壓導(dǎo)軌支承技術(shù)。

（二）直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)技術(shù)的應(yīng)用

由于立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)的性能要求比較高，其不但要滿(mǎn)足車(chē)削對(duì)高轉(zhuǎn)速和大扭矩的需要，還要考慮到在進(jìn)行銑削時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)所提出的高定位精度動(dòng)態(tài)特性等方面的要求，對(duì)于以上的設(shè)計(jì)條件，傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足要求。而直驅(qū)式回轉(zhuǎn)工作臺(tái)（見(jiàn)圖3）憑借其優(yōu)異的特性，不僅能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，而且為高檔立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的研發(fā)鋪平了道路。

1.溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

直驅(qū)力矩電動(dòng)機(jī)本身是高發(fā)熱元件，并且處于機(jī)床的腹部位置，如果散熱性能不好，就很容易形成熱量累積，從而導(dǎo)致自身和關(guān)聯(lián)部件的溫度上升，最終引起機(jī)床的熱變形。因此，在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，要將熱量進(jìn)行及時(shí)的導(dǎo)出，否則會(huì)對(duì)機(jī)床的加工精度、電動(dòng)機(jī)的推力產(chǎn)生一定的影響，甚至?xí)龤щ妱?dòng)機(jī)。另外，直驅(qū)轉(zhuǎn)臺(tái)里的熱源主要產(chǎn)生于軸承和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)。因此相關(guān)人員要根據(jù)發(fā)熱源和部件的熱敏感性，在定子和轉(zhuǎn)臺(tái)本體之間集成水冷系統(tǒng)，并在軸承附近安裝溫度傳感器，從而保證轉(zhuǎn)臺(tái)額定轉(zhuǎn)速和扭矩的提高，使轉(zhuǎn)臺(tái)的安全可靠運(yùn)行得到有效保障。

2.精度控制設(shè)計(jì)

直驅(qū)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)大扭矩加速以及精密伺服的控制等，但對(duì)運(yùn)動(dòng)控制和測(cè)量反饋系統(tǒng)也提出了更高的要求。因此，為了保證測(cè)量系統(tǒng)所提供位置的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)其更為平穩(wěn)的速度控制，要在設(shè)計(jì)安裝編碼器時(shí)，盡量減小轉(zhuǎn)臺(tái)與編碼器的配合截面面積，從而有利于編碼器放置在理想的安裝位置，并適用于盡可能大的安裝直徑。

四、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，使得機(jī)床制造業(yè)向著復(fù)合化、高速化的方向發(fā)展，而數(shù)控機(jī)床的電氣系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)床的控制核心。因此，必須對(duì)其存在的問(wèn)題要進(jìn)行仔細(xì)的分析，并采取有效的措施，從而促進(jìn)數(shù)控機(jī)床的正常運(yùn)行。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)立式車(chē)銑復(fù)合機(jī)床的控制技術(shù)的研究力度，使其所具有的作用得到充分發(fā)揮。

【參考文獻(xiàn)】

[1]劉峰.五軸車(chē)銑復(fù)合加工功能關(guān)鍵技術(shù)的研究[D].中國(guó)科學(xué)院研究生院（沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所），2014.

[2]王帥.HTM40100h車(chē)銑復(fù)合加工中心關(guān)鍵技術(shù)研究[D].大連理工大學(xué)，2014.