郭興龍

(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)

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應(yīng)用于銑鏜床的幾種補(bǔ)償方式

郭興龍

(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)

介紹了可采用的幾種補(bǔ)償方式用以提高銑鏜床的精度和性能。

補(bǔ)償；熱伸長(zhǎng)；重力卸荷；銦鋼

對(duì)于銑鏜床一類的大型機(jī)床，在運(yùn)行、切削工件過(guò)程中，主軸箱、滑枕、主軸等部件因受力引起機(jī)床力系的變化，受摩擦熱、切削熱和環(huán)境溫度變化等引起機(jī)床部件發(fā)生的熱變形，都會(huì)導(dǎo)致機(jī)床部件之間的相對(duì)位置發(fā)生改變，破壞其相對(duì)運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性，使機(jī)床的幾何精度、控制精度和加工精度等發(fā)生變化，最終降低機(jī)床的整體使用性能，故銑鏜床都有多項(xiàng)針對(duì)精度的補(bǔ)償方式。分析銑鏜床主軸箱、滑枕變形情況如圖1所示，圖中虛線為變形后的情況，變形主要來(lái)自如下幾個(gè)方面：

(1)因滑枕自身及內(nèi)部主軸等件的重力作用產(chǎn)生的撓曲變形。

(2)滑枕懸伸后因重心位置變化導(dǎo)致的滑枕低頭。

(3)滑枕懸伸后引起的主軸箱低頭。

(4) 因滑枕、主軸受熱變形引起的熱伸長(zhǎng)。

(5) 因立柱變形引起的主軸箱傾斜。

本文針對(duì)影響銑鏜床的各種變形、精度變化等，分別介紹了不同的補(bǔ)償方式。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以選擇多種補(bǔ)償方式應(yīng)用到銑鏜床上，使其在機(jī)床運(yùn)行過(guò)程中不斷地進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償，可以確保機(jī)床的各項(xiàng)精度穩(wěn)定可靠。

1 主軸箱重心位移平衡補(bǔ)償

本項(xiàng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖2)是在銑鏜床立柱上部分別布置兩組鋼絲繩，兩組鋼絲繩的一端均與平衡重錘連接，另一端的一根連接在主軸箱的后部，承擔(dān)主軸箱大部分重量；另一根通過(guò)一個(gè)油缸連在主軸箱的前部，起補(bǔ)償作用，并且液壓系統(tǒng)提供單獨(dú)的油路通過(guò)一個(gè)伺服比例閥控制油缸內(nèi)油壓力的大小。

補(bǔ)償原理：隨著滑枕不斷伸出，引起主軸箱的重心逐漸前移，且對(duì)主軸箱產(chǎn)生一個(gè)前傾的力矩，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服比例閥控制補(bǔ)償油缸內(nèi)的油壓逐漸增加，使得鋼絲繩的拉力也逐漸增大，該拉力作用在主軸箱前端，產(chǎn)生一個(gè)與前傾力矩相反的力矩，從而實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的。反之，隨著滑枕的不斷縮回，補(bǔ)償力也逐漸減小。

2 滑枕?yè)隙妊a(bǔ)償

本項(xiàng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖3)是在滑枕上部沿縱向裝有兩條拉桿，拉桿前端與滑枕固定，后端經(jīng)一組油缸與滑枕的后端固定，并且液壓系統(tǒng)提供單獨(dú)的油路通過(guò)一個(gè)伺服比例閥控制油缸內(nèi)油壓力的大小。

補(bǔ)償原理：隨著滑枕的不斷伸出，其懸伸在主軸箱以外的部分不斷增加，使滑枕自身的撓度變形也逐漸加大，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服比例閥控制油缸的油壓逐漸增加，則拉桿的拉力也逐漸增大，使滑枕縱向剛性得到加強(qiáng)，可以補(bǔ)償滑枕的撓度變形。反之，隨著滑枕的不斷縮回，補(bǔ)償力也逐漸減小。

3 滑枕加裝附件重量補(bǔ)償

本項(xiàng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖4)是在主軸箱前端(滑枕下方)安裝一個(gè)補(bǔ)償油腔，并且液壓系統(tǒng)提供單獨(dú)的油路通過(guò)一個(gè)伺服比例閥控制油腔內(nèi)油壓力的大小。

補(bǔ)償原理：當(dāng)滑枕前端加裝附件后，隨著滑枕的不斷伸出，附件的重量會(huì)使滑枕額外增加一個(gè)前傾力矩MF，這時(shí)經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服比例閥自動(dòng)控制補(bǔ)償油腔的油壓逐漸增加，使油腔對(duì)滑枕向上的推力FB也逐漸增大，產(chǎn)生一個(gè)與MF相反的力矩MB，則附件重量引起的變化得到了補(bǔ)償。反之，隨著滑枕的不斷縮回，補(bǔ)償力也逐漸減小。

4 滑枕重力卸荷補(bǔ)償

本項(xiàng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖5)是在滑枕下端安裝一個(gè)帶滾輪的卸荷裝置，而滾輪可在主軸箱內(nèi)部的導(dǎo)軌上前后滾動(dòng)，并將滑枕重量卸荷到主軸箱的導(dǎo)軌上，通過(guò)調(diào)整螺釘6可以對(duì)卸荷量進(jìn)行調(diào)整。本重力卸荷裝置安裝在滑枕重心的下方，可人工調(diào)整,可以使滑枕在全行程內(nèi)的卸荷力與其重心始終在同一豎直線上，確保卸荷平穩(wěn)。

補(bǔ)償原理：支座5固定在滑枕重心的正下方，滑枕重量通過(guò)支座5壓縮碟形彈簧4，然后再通過(guò)支撐桿3、滾輪2壓在主軸箱導(dǎo)軌1上，通過(guò)調(diào)整螺釘6的上下調(diào)整，可以改變碟形彈簧的壓縮量，而碟形彈簧的彈簧力又通過(guò)滾輪將滑枕重量傳遞到主軸箱的導(dǎo)軌上。這樣滑枕可以通過(guò)該裝置將重力卸荷掉P，而滑枕進(jìn)給導(dǎo)軌承受的壓力(F1+F2)即小于滑枕的重力G，可以使滑枕運(yùn)行平穩(wěn)、提高進(jìn)給精度。

5 滑枕熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償

本項(xiàng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖6)是在滑枕側(cè)面安裝一根銦鋼材料(其線膨脹系數(shù)與滑枕相比很小)制成的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量桿，其左端固定在滑枕上，右端自由，且端部有位移傳感器隨時(shí)檢測(cè)位移變化。

補(bǔ)償原理：滑枕在切削進(jìn)給和主軸旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，該熱量作用到滑枕上，其長(zhǎng)度方向會(huì)發(fā)生熱伸長(zhǎng)，這時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量桿3的右端相對(duì)于滑枕會(huì)出現(xiàn)位移變化，而位移傳感器5檢測(cè)到這一變化量，并傳送數(shù)據(jù)給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)換算后減去標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量桿自身的受熱伸長(zhǎng)量，其差值即為滑枕的受熱伸長(zhǎng)量，最后數(shù)控系統(tǒng)控制滑枕進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)6，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠7帶動(dòng)滑枕2反向移動(dòng)該差值，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)滑枕熱伸長(zhǎng)的補(bǔ)償。

6 鏜軸熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償

本項(xiàng)補(bǔ)償結(jié)構(gòu)(圖7)是在主軸內(nèi)孔安裝一根銦鋼材料(其線膨脹系數(shù)與主軸相比很小)制成的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管，其左端通過(guò)螺紋固定在主軸內(nèi)孔里，右端自由，并通過(guò)4個(gè)銷釘可以將標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管的位移變化傳遞到主軸外面的位移環(huán)上，而位移環(huán)有位移傳感器隨時(shí)檢測(cè)位移變化。

補(bǔ)償原理：與滑枕熱伸長(zhǎng)補(bǔ)償相同，主軸軸承在高速旋轉(zhuǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，該熱量作用到主軸上，其長(zhǎng)度方向會(huì)發(fā)生熱伸長(zhǎng)，這時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管的右端相對(duì)于主軸會(huì)出現(xiàn)位移變化，而位移傳感器通過(guò)位移環(huán)會(huì)檢測(cè)到這一變化量，并傳送數(shù)據(jù)給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)換算后減去標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量管自身的受熱伸長(zhǎng)量，其差值即為主軸的受熱伸長(zhǎng)量，最后數(shù)控系統(tǒng)控制主軸進(jìn)給伺服電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠帶動(dòng)主軸反向移動(dòng)該差值，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)主軸熱伸長(zhǎng)的補(bǔ)償。

7 主軸撓度補(bǔ)償

銑鏜床主軸水平伸出后會(huì)因自身重量會(huì)產(chǎn)生撓度變形，使主軸前端刀具的垂向位置向下變化，影響切削的位置精度。本項(xiàng)補(bǔ)償是通過(guò)調(diào)用數(shù)控系統(tǒng)的垂度補(bǔ)償功能，改變主軸箱的垂直坐標(biāo)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸的撓度補(bǔ)償，確保刀具的位置精度準(zhǔn)確可靠。

總之，對(duì)于銑鏜床，因其體積大、重量大，各種力和熱變形誤差的影響尤為顯著，而銑鏜床主軸箱、滑枕的運(yùn)動(dòng)力系變化、受熱變化具有很多的不確定性，很難通過(guò)兩三種補(bǔ)償方式給予解決，需要針對(duì)各機(jī)床部件的受力、受熱進(jìn)行多方位的綜合補(bǔ)償。在當(dāng)前銑鏜床需求精度日益提高的前提下，如何更好、更全面地解決機(jī)床各項(xiàng)精度補(bǔ)償是提高銑鏜床精度的方向。

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Several compensation modes used in boring-milling machine tool

GUO Xinglong

(Qiqihar No.2 Machine Tool (Group) Co., Ltd., Qiqihar 161005, CHN)

Several compensation modes that can be used in boring-milling machine tool to improve accuracy and performance are mainly introduced in this paper.

compensation; thermal extension; unload by weight; indium steel

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10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.011

郭興龍，主要從事數(shù)控機(jī)床的研發(fā)與設(shè)計(jì)工作。

(編輯 孫德茂)

2016-03-14)

161118