劉志友

(齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005)

數(shù)控落地銑鏜床滑枕撓度補償控制形式的改進及調(diào)試

劉志友

(齊重數(shù)控裝備股份有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161005)

針對數(shù)控落地銑鏜床滑枕行程大而產(chǎn)生的撓度變形問題，采用改進液壓控制、電氣反饋裝置及電氣控制等措施，提高了滑枕低頭補償?shù)木燃盎硪苿訒r的補償反應(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;滑枕撓度補償

目前在機械制造行業(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、相對結(jié)構(gòu)剛性差，尤其主軸箱在工作過程中，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)在加工過程中剛性變差，造成理論與實際重心值偏差增大［1－2］。為補償受滑枕伸縮產(chǎn)生的主軸箱重心偏移，普遍采用液壓缸對主軸箱理論與實際重心值產(chǎn)生的偏差進行補償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，但液壓控制部分無一例外地全部采用進口比例閥控制方式，在實際應(yīng)用中存在諸多弊端，如:補償響應(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)成本過高并且容易受油液溫度及清潔度的影響［5］，發(fā)生故障時不易察覺等。文中對該結(jié)構(gòu)的控制形式進行了徹底的改進，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，該臺機床主軸直徑260 mm，滑枕行程1 600 mm，通過改進提高了系統(tǒng)補償精度和穩(wěn)定性，同時降低生產(chǎn)及維修成本，以保證滑枕移動母線與立柱移動母線的垂直度在規(guī)定范圍內(nèi)，保證整機的加工精度要求。文中介紹的方案經(jīng)該設(shè)備長期使用驗證，已完全解決了這項技術(shù)難題。

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

如圖1所示，滑枕伸出時受其自重影響，使其產(chǎn)生向下彎曲變形產(chǎn)生進度誤差［6］。以上述機床為例，實測滑枕伸出1 600 mm時變形量在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)為一項最基本的幾何精度要求，嚴(yán)重影響著該機床的加工精度，該項精度的補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、運動的狀態(tài)下有一個高精確的水平定位精度，使機床幾何精度保持在最佳狀態(tài)。如圖2所示，采用絕對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，通過編碼器的旋轉(zhuǎn)角度直接反映油缸的位置實際值，西門子CNC系統(tǒng)將反饋裝置提供的實際值傳送給PLC直接控制油缸位置，可有效防止中間環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差對補償精度的不良影響，并有利于監(jiān)控補償效果，當(dāng)補償未到位時及時提醒操作者，并自動做出保護措施。

圖1 落地銑鏜結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 油缸測量反饋裝置圖

2 液壓控制系統(tǒng)的改進

圖3 改進前和改進后液壓控制系統(tǒng)示意圖

對補償油缸的液壓控制方式進行了徹底的改進，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口增加兩個節(jié)流閥用以減小切換動作時的沖擊;同時將油缸的行程加大，由原來的80 mm增加到改造后的120 mm，以提高補償量，減少故障概率及維修成本。

3 電氣控制及程序設(shè)計

西門子S7-300是一種功能非常強大的PLC系統(tǒng)［7－9］，通過PLC對W軸與Q軸 (補償油缸活塞移動)絕對位置的讀取和監(jiān)控，將W軸絕對位置值作為補償?shù)膮⒖贾担ㄟ^系統(tǒng)PLC的運算，將控制信號轉(zhuǎn)化為誤差脈沖量輸出到PLC的輸出口，驅(qū)動方向閥的開閉及換向，控制補償油缸的絕對位置。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償量手動調(diào)整控制程序，方便操作者在補償精度不理想時調(diào)整補償量，調(diào)節(jié)結(jié)束后自動保存新補償值，并為常用調(diào)整參數(shù)、多附件頭補償表預(yù)留接口方便調(diào)試。在程序中監(jiān)控補償響應(yīng)，在實際補償值未達到設(shè)定值時觸發(fā)報警，提示操作者查找原因。在調(diào)試主軸箱平衡補償系統(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)軸線與鏜箱移動母線的垂直度

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

4.2 調(diào)整滑枕鏜軸伸出時的誤差補償

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

4.3 連接附件后的誤差補償

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，需再進行補償油缸的拉伸量補償。

5 出現(xiàn)問題與解決方法

(1)補償油缸缸內(nèi)油壓振蕩，活塞位置不穩(wěn)定

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

(2)補償油缸補償動作緩慢，跟不上滑枕移動速度

檢查來油回油節(jié)流閥是否開口過小，適當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥開口。檢查補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

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

6 結(jié)束語

數(shù)控落地銑鏜床主軸箱平衡補償系統(tǒng)是設(shè)計與調(diào)試的難點，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)過補償后可以使滑枕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)簡單、成本低廉、維修容易、實施效果好等優(yōu)點，滿足了機床滑枕前端安裝附件和滑枕伸出時產(chǎn)生的重心偏差的全部補償要求，大大減小了機床加工時由于重心偏差導(dǎo)致的主軸回轉(zhuǎn)精度誤差，更有效地提高了機床對工件的加工精度，保證了產(chǎn)品的加工質(zhì)量，給實際生產(chǎn)加工帶來了很大的方便。

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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，長期從事于重型機床的制造、安裝、調(diào)試及改造。E－mail: zyliu1981@163.com。