俞志鋒 江 懿 劉 紅

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

某機(jī)床廠生產(chǎn)的TK6920B數(shù)控落地鏜在我公司一直承擔(dān)著繁重的加工任務(wù)，由于常年高負(fù)荷運轉(zhuǎn)，近年來操作人員反映設(shè)備滑枕精度下降嚴(yán)重。每次通過精度調(diào)整能達(dá)到使用要求，使用一段時間后精度又不能滿足加工要求。此種現(xiàn)象越來越明顯，已無法通過機(jī)械調(diào)整達(dá)到工藝要求。設(shè)備制造廠技術(shù)人員到現(xiàn)場診斷，判定為機(jī)械硬件磨損，需將設(shè)備床頭箱整體返廠維修，周期3個月以上。由于公司生產(chǎn)任務(wù)繁重，且考慮到費用問題，最終決定自主維修。

1 故障現(xiàn)象及控制原理分析

1.1 故障現(xiàn)象

先利用專業(yè)檢測量具(方尺、平尺)對滑枕精度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)滑枕全長1200 mm仰頭0.23 mm。隨后機(jī)械員與維修人員一起對滑枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，TK6920B數(shù)控落地鏜滑枕撓度補(bǔ)償控制機(jī)構(gòu)與國內(nèi)其他機(jī)床廠家補(bǔ)償控制機(jī)構(gòu)原理有區(qū)別，大多數(shù)機(jī)床廠的落地鏜滑枕撓度補(bǔ)償為液壓缸式補(bǔ)償機(jī)構(gòu)，見圖1所示。液壓缸位于床頭箱前段，利用液壓比例閥控制液壓缸的升降，拉動床頭箱上揚或下降，從而保證滑枕運行軌跡的直線度，達(dá)到保證滑枕幾何夾角精度的目的。但某廠生產(chǎn)的B系列數(shù)控落地鏜滑枕撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)利用了較為先進(jìn)的控制方式，用了兩套補(bǔ)償裝置，分別為滑枕自重?fù)隙绕胶庋a(bǔ)償和拉桿液壓補(bǔ)償兩部分，見圖2。

圖1 傳統(tǒng)的滑枕撓度液壓缸補(bǔ)償原理簡圖

1—滾動體 2—自重?fù)隙绕胶庋a(bǔ)償機(jī)構(gòu) 3—拉桿 4—鎖緊螺母 5—拉桿液壓撓度補(bǔ)償機(jī)構(gòu) 6—補(bǔ)償油缸 7—補(bǔ)償滾動體運行導(dǎo)軌

1.2 補(bǔ)償原理

滑枕自重?fù)隙绕胶庋a(bǔ)償?shù)脑頌椋涸诨碇行奈恢迷O(shè)置兩支撐油缸，油缸外安裝有兩個直線滾動塊，支撐滑枕把合在主軸箱箱體內(nèi)的導(dǎo)軌上運行，根據(jù)計算，導(dǎo)軌預(yù)加工成有撓度的現(xiàn)狀，保證滑枕在移動時的下?lián)隙确显O(shè)計要求。

拉桿液壓撓度補(bǔ)償?shù)脑頌椋涸诨砩喜吭O(shè)置兩根預(yù)計拉桿，在拉桿后部安裝有兩個增壓油缸，用來增強(qiáng)滑枕的抗下?lián)夏芰?，并可根?jù)滑枕的負(fù)載變化實現(xiàn)編程控制拉桿預(yù)緊力。

2 故障分析及檢查

了解該設(shè)備的故障現(xiàn)象及控制原理后，便可有針對性的對故障點進(jìn)行排查。首先對拉桿液壓撓度補(bǔ)償進(jìn)行排查，通過對兩個增壓油缸壓力的測量，對照設(shè)計要求值，排除了該機(jī)構(gòu)故障的可能性。

從檢測數(shù)據(jù)來看，滑枕伸出過程中其運動軌跡整體上揚。一般，鏜床的滑枕或鏜桿在伸出時，由于滑枕或鏜桿的自身重力，常規(guī)情況下滑枕或鏜桿都是下垂趨勢。但從對該設(shè)備的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看卻是上揚，極有可能是由于滑枕自重?fù)隙妊a(bǔ)償機(jī)構(gòu)的兩個支撐油缸或滾動塊出現(xiàn)故障，導(dǎo)致自重補(bǔ)償支撐機(jī)構(gòu)失效，由于滑枕重心偏移后，使滑枕整體上翹。通過對機(jī)床床頭箱結(jié)構(gòu)分析，要檢查驗證上述判斷，必須將滑枕脫出。經(jīng)逐步拆解，滑枕抽出，發(fā)現(xiàn)滑枕自重?fù)隙妊a(bǔ)償機(jī)構(gòu)的支撐滾動體損壞，見圖3，支撐導(dǎo)軌拉傷。重新更換滾動體，將損壞的導(dǎo)軌上磨床進(jìn)行修磨，回裝后按機(jī)床使用說明書要求重新調(diào)整各項參數(shù)至合適值，再對滑枕精度復(fù)查，發(fā)現(xiàn)滑枕伸出全長精度達(dá)不到出廠要求，且差值呈非線性。經(jīng)綜合分析，根本原因是支撐導(dǎo)軌經(jīng)磨損導(dǎo)致出廠時加工成的撓度形狀被破壞，致使滑枕運動的撓度達(dá)不到設(shè)計要求。

圖3 損壞的滾動快

3 故障的解決

為提高滑枕的加工精度，節(jié)約時間成本，經(jīng)研究，可利用840D數(shù)控系統(tǒng)的垂度補(bǔ)償功能解決滑枕伸出精度超差問題。

3.1 垂度補(bǔ)償原理簡介

某些數(shù)控機(jī)床一個或兩個坐標(biāo)軸在伸出時，一頭處于懸空狀態(tài)，這樣由于坐標(biāo)軸自身重力會產(chǎn)生下垂現(xiàn)象。例如鏜床的滑枕或鏜桿在伸出時，由于滑枕或鏜桿的自身重力，使滑枕或鏜桿產(chǎn)生一定的下垂，影響到機(jī)床的加工精度。垂度是指坐標(biāo)軸由于部件的自重而引起的彎曲變形，如圖4所示。

圖4 垂度產(chǎn)生示意圖

Z軸向外運動得越遠(yuǎn)，Z軸橫臂彎曲越大，越能影響到Y(jié)軸負(fù)方向的坐標(biāo)值，利用系統(tǒng)垂度補(bǔ)償功能，補(bǔ)償坐標(biāo)軸下垂引起的位置誤差，當(dāng)Z軸執(zhí)行移動命令時，系統(tǒng)會在一個插補(bǔ)周期內(nèi)計算出Y軸相應(yīng)的補(bǔ)償值，通過Y軸運動，保證Z軸的水平度，從而保證Z軸的加工精度。垂度補(bǔ)償與螺距補(bǔ)償不同，螺距補(bǔ)償是對單個軸進(jìn)行補(bǔ)償?shù)模鴺?biāo)軸之間的補(bǔ)償是相對獨立的，而垂度補(bǔ)償則不一樣，它是坐標(biāo)之間的補(bǔ)償，通過某一坐標(biāo)軸的運動，來補(bǔ)償受垂度影響的坐標(biāo)軸。通常把受重力影響產(chǎn)生形變的坐標(biāo)軸叫做基礎(chǔ)軸，如圖4的Z軸；受影響的坐標(biāo)軸叫做補(bǔ)償軸，如圖4的Y軸。把一個基礎(chǔ)軸與一個坐標(biāo)軸定義成一種補(bǔ)償關(guān)系，基礎(chǔ)軸作為輸入，由此決定補(bǔ)償點，補(bǔ)償軸作為輸出，計算得到補(bǔ)償值，加到該軸的位置調(diào)節(jié)器中。具有兩個以上坐標(biāo)軸的數(shù)控機(jī)床，由于一個坐標(biāo)軸的垂度可能影響到其他幾個坐標(biāo)軸，需要建立幾個補(bǔ)償關(guān)系?；A(chǔ)軸與補(bǔ)償軸之間的補(bǔ)償關(guān)系稱為垂度補(bǔ)償表，由系統(tǒng)規(guī)定的變量組成，以補(bǔ)償文件的形式存入內(nèi)存中。

3.2 垂度補(bǔ)償表的編制

3.2.1 為了編制垂度補(bǔ)償表，應(yīng)采取如下步驟：

首先應(yīng)當(dāng)定義作為輸入的基礎(chǔ)軸和作為輸出的補(bǔ)償軸，其次確定基礎(chǔ)軸的坐標(biāo)補(bǔ)償范圍，即補(bǔ)償?shù)钠鹗键c和終點，而后確定兩補(bǔ)償點之間的距離，以便計算補(bǔ)償點數(shù)，理論上補(bǔ)償距離越短越好，但所需的補(bǔ)償點就越多，占用大量的系統(tǒng)內(nèi)存，實際應(yīng)用中根據(jù)需要而定。此次應(yīng)用中，為的是解決滑枕的低頭問題，基礎(chǔ)軸為W軸，輸出軸為Y軸，補(bǔ)償間距根據(jù)實際測量的結(jié)果，最后確定為100 mm。

3.2.2 垂度補(bǔ)償表主要包含下列系統(tǒng)變量：

①＄ AN-CEC-STEP[t]：在補(bǔ)償表t中，兩個相鄰補(bǔ)償表之間的距離。

②＄ AN-CEC-MIN[t]：在補(bǔ)償表t中，基礎(chǔ)軸補(bǔ)償點的起始位置。

③＄ AN-CEC-MAX[t]：在補(bǔ)償表t中，基礎(chǔ)軸補(bǔ)償點的結(jié)束位置。

④＄ AN-CEC[t，N]：在補(bǔ)償表t中，基礎(chǔ)軸補(bǔ)償點N對應(yīng)補(bǔ)償軸的補(bǔ)償值。

⑤＄ AN-CEC-INPUT-AXIS[t]：定義垂度補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)軸，作為補(bǔ)償值的輸入。

⑥＄ AN-CEC- OUTPUT-AXIS[t]：定義需要補(bǔ)償?shù)难a(bǔ)償軸，作為補(bǔ)償值的輸出。

⑦＄ AN-CEC-DIRECTION[t]：基礎(chǔ)軸的補(bǔ)償方向，0為基礎(chǔ)軸在兩個方向運動補(bǔ)償都有效，1為僅在基礎(chǔ)軸正方向運動補(bǔ)償有效，-1為在基礎(chǔ)軸負(fù)方向運動有效。

⑧＄ AN-CEC-IS-MODULO[t]：帶模補(bǔ)償功能。0表示無模補(bǔ)功能，1表示激活模補(bǔ)功能。

3.2.3 垂度補(bǔ)償功能在TK6920B的具體應(yīng)用

通過用百分表檢查發(fā)現(xiàn)滑枕全長伸出1200 mm，低頭0.06 mm，達(dá)不到產(chǎn)品加工要求。為此，采用垂度補(bǔ)償?shù)墓δ芡晟圃O(shè)備精度，具體操作步驟如下：

第一步：找到系統(tǒng)中的垂度補(bǔ)償表

在Nc-Active-Data菜單下直接復(fù)制“EEC_DATA”到一個新建立的備份文檔目錄*.MDN中。

第二步：打表采樣低頭數(shù)據(jù)

本機(jī)床滑枕的最大運動距離為1200 mm，其零點設(shè)在了最外端，為了打表讀取數(shù)據(jù)方便，打表從滑枕坐標(biāo)值為1200 mm開始，滑枕每走100 mm讀取下垂數(shù)據(jù)，測到的數(shù)據(jù)見表1。

表1 滑枕下垂數(shù)據(jù)

第三步：根據(jù)上述數(shù)據(jù)建立補(bǔ)償表

新建立的備份文檔目錄*.MDN中將垂度補(bǔ)償表格打開，將上表中得到的補(bǔ)償值輸入到補(bǔ)償表的對應(yīng)補(bǔ)償點中，得到的垂度補(bǔ)償表如下：

＄ AN-CEC[28，0]=0.02；W位置坐標(biāo)為0 mm時的Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，1]=0.06；W位置坐標(biāo)為100 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，2]=0.06；W位置坐標(biāo)為200 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，3]=0.05；W位置坐標(biāo)為300 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，4]=0.04；W位置坐標(biāo)為400 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，5]=0.05；W位置坐標(biāo)為500 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，6]=0.03；W位置坐標(biāo)為600 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，7]=0.03；W位置坐標(biāo)為700 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，8]=0.02；W位置坐標(biāo)為800 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，8]=-0.01；W位置坐標(biāo)為900 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，10]=0.02；W位置坐標(biāo)為1000 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，11]=0.01；W位置坐標(biāo)為1100 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC[28，12]=0；W位置坐標(biāo)為1200 mm時Y軸補(bǔ)償值

＄ AN-CEC-INPUT-AXIS[28]=AXIS6；基礎(chǔ)軸為W軸

＄ AN-CEC-OUTPUT-AXIS[28]=AXIS2；補(bǔ)償軸為Y軸

＄ AN-CEC-STEP[28]=100；補(bǔ)償間距為100 mm

＄ AN-CEC-MIN[28]=0；補(bǔ)償起始位置為0

＄ AN-CEC-MAX[28]=1200；補(bǔ)償終點位置為1200 mm

＄ AN-CEC-DIRECTION[28]=0；W軸正負(fù)方向運動補(bǔ)償都有效

＄ AN-CEC-IS-MODULO[28]=0；模功能無效。

第四步：運行補(bǔ)償表

將做好的補(bǔ)償表裝入NC中使其生效，為使補(bǔ)償生效，需滿足以下條件：

①插補(bǔ)補(bǔ)償已經(jīng)使用；

②激活垂度補(bǔ)償功能，即MD32710=1；

③補(bǔ)償值已裝入NC中。

將上述參數(shù)設(shè)好后，打表檢查滑枕Y軸與W軸的垂直精度，效果很好，全長1200 mm誤差在0.02 μm以內(nèi)，能很好滿足加工精度要求。

4 結(jié)語

以工作中的維修實例簡述了840D數(shù)控系統(tǒng)垂度補(bǔ)償功能在提高機(jī)床幾何精度方面的應(yīng)用，隨著公司產(chǎn)品質(zhì)量的升級，今后對機(jī)床的精度要求越來越高，利用數(shù)控系統(tǒng)自帶的垂度補(bǔ)償是一種方便快捷、經(jīng)濟(jì)適用的解決機(jī)床幾何精度的方法。將此類補(bǔ)償方法熟練地運用后，可以較好地提高機(jī)床精度狀況，滿足產(chǎn)品加工需求。目前，840D系統(tǒng)在國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用上占有較大的市場份額，該方法具有較好的參考性及推廣價值。