垂度補償功能在多磨頭數控磨床調整中的應用*

朱 瑮

(杭州杭機股份有限公司，浙江杭州 311315)

1 機床介紹

HZ－088CNC大型直線滾動導軌精密曲面成形數控磨床作為國家重大專項項目，是為全國機床廠提供提高機床精度的關鍵共性技術，直接提高國產直線滾動導軌制造水平，特別是解決大型精密直線滾動導軌磨削關鍵技術和裝備問題而開發研制的機床。

該機床針對普通導軌與重載導軌及滾柱導軌產品的精密磨削加工，可以磨削15～125 mm規格的精密直線導軌。采用切向切入式磨削工藝，用金剛石滾輪成形修整砂輪，成形磨削導軌體的4條滾道和2個側面。

機床結構布局如圖1所示。機床兩個立式磨頭采用龍門式結構，由雙立柱、橫梁及床身組成一個封閉的剛性框架結構;橫梁固定不作升降，機床兩個立式磨頭安裝在橫梁的前側。另一個臥式磨頭拖板采用十字拖板結構，位于兩個立式磨頭前側。立式磨頭、臥式磨頭各自既可作橫向運動，還可作垂直運動。兩立式磨頭用于磨削導軌兩側平面、腰槽及圓弧截型，可以進行在線修整，在工作臺上另附有單獨的立式磨頭修整器;臥式磨頭用于磨削導軌基面及重載導軌上平面內的圓弧面。臥式磨頭砂輪的修整器安裝在工作臺上。

機床數控系統采用西門子840D系統，配有手持式電手輪。九根伺服電動機軸分別控制兩立式磨頭的橫向進給、垂直進給及其砂輪修整器進給，以及臥式磨頭的垂直進給、橫向進給和工作臺縱向移動。3只交流伺服主軸電動機分別控制2個立式磨頭和臥式磨頭主軸轉動。為了保證進給精度，3個磨頭的橫向進給、垂直進給及2個立式磨頭修整器進給8根控制軸加裝HEIDENHAIN公司的光柵尺，實現全閉環控制。床身與工作臺導軌采用直線滾動導軌副;工作臺縱向移動采用交流伺服電動機及精密滾珠絲杠副驅動。

2 課題提出

機床安裝，床身導軌磨削平行度的調整是其運動最重要的基礎。床身導軌的調平一般是將1只千分表固定在磨頭上，測工作臺平面;移動工作臺，然后根據表針指示，調整床身導軌，最終使工作臺運行在測量點處在同一平面上。

本機床最大磨削工件長度為4 m，工作臺有效行程6 m，機床總長約15 m，為一長床身導軌結構。工作臺上安裝有工件夾具、工件、兩套砂輪修整機構加上工作臺自重重量較大，其前后運行引起床身變形較大。而此機床的立臥磨頭是前后分布的，要求在立臥磨頭處分別測量工作臺移動平行度都要調整到要求的精度范圍;因立臥磨頭間隔距離有800 mm，立式磨頭處調整好了，臥式磨頭處就不好，反之也是如此。增加床身剛性，僅用傳統的機械調整方法進行床身導軌的調平，費用高，也很困難。于是提出了用電氣的方法進行補償，先用傳統的機械調整方法對立式磨進行頭床身調平，再利用數控系統的垂度補償功能對臥式磨頭進行補償，以達到其對工作臺面相對平行的要求。

3 垂度補償

此機床使用的是SIEMENS 840D數控系統，其垂度補償功能為選項功能，在系統訂貨時要專門訂購。垂度補償功能的作用與作絲杠螺距補償類似。絲杠螺距補償是將補償值分別補償在自己軸的相應點上;而垂度補償功能則是根據某一軸移動到不同位置時，將一補償值補償到另一軸上的功能，同時此功能還能進行雙向螺距補償。

此機床就是用了根據工作臺X軸運動位置對臥式磨頭垂直移動軸Z軸進行垂度補償，達到對工件磨削的平行度要求。

4 SIEMENS 840D數控系統垂度補償功能操作方法

(1)開通垂度補償功能選項。

(2)設置補償點數:MD18342MM_CEC_MAX_POINT［n］用于設定每個補償表的補償點數。其中n是補償表序號，最大補償表數=系統軸數×2。

(3)使補償點數生效方法:NC復位或系統重新上電(此時會進行內存重新分配，因此應先做一次數據備份與回傳操作，否則會把先前做好的數據丟失，具體方法此處不作詳解)。

(4)補償程序:一種是知道格式，編程、輸入補償數據后，運行程序;另一種是拷貝系統內部數據文件，填好補償數據后裝載。

(5)本機床磨削工件長4 m，取間隔100 mm一個補償點，補償程序如下:

其中:

$AN_CEC［0，0］=0 是各補償點的補償值，方括弧中第一個數字是補償表號，第二個數是補償點號。

$AN_CEC_INPUT_AXIS［0］=(X)是輸入軸，這里是工作臺驅動軸X軸。

$AN_CEC_OUTPUT_AXIS［0］=(Z)是輸出軸(補償軸)，此處為臥磨頭垂直升降軸Z軸。

$AN_CEC_STEP［0］=100是補償間距，此處取每100 mm一個。

$AN_CEC_MIN［0］=－4800是補償區間(X軸)的下限坐標。

$AN_CEC_MAX［0］= －800是補償區間(X軸)的上限坐標。

表1 μm

表2 μm

表3 μm

$AN_CEC_DIRECTION［0］=0 是補償方向

=0雙向使用其上面的補償值。=1正向使用上面的補償值。

=－1負向使用上面的補償值。

$AN_CEC_MULT_BY_TABLE［0］=0 是補償表相乘時，另一補償表的序號。

$AN_CEC_IS_MODULO［0］=0如果補償軸是旋轉軸，要重復取模使用時取1。

后面部分為第二個補償表，正、負向用不同補償值時使用;也可作另一對垂度補償軸補償用。

(6)激活補償數據

①設置MD32710CEC_ENABLE=1，NC復位。

②設置SD41300$SN_CEC_TABLE［0］=1

③回參考點。(絕對測量系統不用回)。

④在系統診斷畫面中:［MENU/SELECT］——診斷——服務顯示——軸調整——垂度+溫度補償。相應的補償輸出軸(此例為Z軸)畫面，當工作臺X軸移動時可以看到相應的補償值變化。

5 實際應用

(1)首先將千分表固定在立式磨頭上，移動工作臺，測量并調平床身導軌，得表1數據。

(2)將千分表固定在臥式磨頭上，移動工作臺，測量工作臺上同樣的點，得表2數據。

(3)對照表1、2的數值，將差值輸入補償程序的相應補償點。按第4章的操作方法補償輸入系統。

(4)將補償值輸入后，再次測量臥磨頭對工作臺移動平行度，得表3數據。

表3數據基本達到了所要求的精度。此補償過程也可能需重復多次，直至調整到符合要求為至。注意點是:軸參考點如變化了，補償值就必須重新測定、輸入。

6 結語

通過垂度補償功能在此機床上的應用，使前后磨頭的平行度調節變得相對方便，只要先調好一只磨頭，再測得另一處磨頭的數據，用垂度補償功能對另一磨頭進行補償，達到調節要求。省時省力。

［1］SINUMERIK 840D/840Di/810D Extended Functions(Part 2).