重型數(shù)控落地銑鏜床方滑枕移動精度補(bǔ)償系統(tǒng)研究

丁巖，王海軍

（齊齊哈爾二機(jī)床（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 技術(shù)中心設(shè)計研究院，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

0 引言

隨著國防、能源、航空航天等國家重點制造業(yè)的發(fā)展，對重型數(shù)控落地銑鏜床的加工精度提出了越來越高的要求。對于重型數(shù)控落地銑鏜床而言，方滑枕在主軸箱方孔沿導(dǎo)軌水平移動的的直線度是保證機(jī)床加工精度的重要技術(shù)指標(biāo)之一。然而，方滑枕在加工過程中的移動會使整個主軸箱力系重心位移，從而導(dǎo)致主軸箱產(chǎn)生不同程度的傾斜，以及懸伸部位的自重引起懸伸部位的應(yīng)力發(fā)生變化，在方滑枕的上部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力使方滑枕產(chǎn)生彎曲變形，該變形隨伸出的距離而變化。此現(xiàn)象嚴(yán)重影響機(jī)床的加工精度。為了消除方滑枕重心位置變化對數(shù)控銑鏜床方滑枕水平移動直線度的影響，需要建立數(shù)控銑鏜床方滑枕精度補(bǔ)償系統(tǒng)。數(shù)控銑鏜床方滑枕精度補(bǔ)償系統(tǒng)的成功研制可大大提高數(shù)控銑鏜床的加工精度，極大提高企業(yè)的競爭能力。

1 方滑枕精度補(bǔ)償系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成

重型數(shù)控落地銑鏜床方滑枕補(bǔ)償系統(tǒng)主要由方滑枕、主軸箱、方滑枕靜壓導(dǎo)軌、導(dǎo)繩滑輪、前、后平衡鋼絲繩、立柱、平衡錘、主軸箱平衡補(bǔ)償油缸、方滑枕內(nèi)應(yīng)力補(bǔ)償油缸、拉桿、電液比例減壓閥液壓系統(tǒng)等主要部件組成，如圖1 所示。

方滑枕在主軸箱方孔沿靜壓導(dǎo)軌水平移動，主軸箱平衡補(bǔ)償油缸、方滑枕內(nèi)應(yīng)力補(bǔ)償油缸分別安裝在主軸箱和滑枕內(nèi)部（如圖1 所示位置），主軸箱通過前、后平衡鋼絲繩與立柱腔內(nèi)的平衡錘連接。液壓系統(tǒng)通過電液比例減壓閥為主軸箱平衡補(bǔ)償油缸、方滑枕內(nèi)應(yīng)力補(bǔ)償油缸及方滑枕靜壓補(bǔ)償油腔提供非線性可變油壓。從而實現(xiàn)對方滑枕移動直線度精度的補(bǔ)償。

圖1 滑枕精度補(bǔ)償示意圖

方滑枕精度補(bǔ)償系統(tǒng)采用數(shù)字式電液比例減壓閥控制液壓系統(tǒng)的壓力變化，實現(xiàn)非線性補(bǔ)償，可對方滑枕任意移動進(jìn)行位置補(bǔ)償。

方滑枕精度補(bǔ)償主要包括主軸箱系統(tǒng)力系平衡變化補(bǔ)償、方滑枕內(nèi)應(yīng)力變化補(bǔ)償、方滑枕靜壓補(bǔ)償?shù)热棥?/p>

2 方滑枕精度補(bǔ)償

2.1 主軸箱系統(tǒng)力系平衡變化補(bǔ)償

主軸箱的重力系統(tǒng)由主軸箱、方滑枕等部件的重力所組成。4 根通過立柱頂部的定滑輪組的鋼絲繩的兩端分別聯(lián)結(jié)主軸箱和立柱內(nèi)的平衡錘，使整體重力被平衡錘平衡。這樣可使驅(qū)動主軸箱上下運動所需的力基本相等。

當(dāng)方滑枕向外伸出時，整個主軸箱系統(tǒng)的重心發(fā)生變化，重心向方滑枕移動方向平移，與原力系比較，增加了一個隨方滑枕伸出而變大的力矩。為了平衡這個扭矩，用1 根補(bǔ)償用的鋼絲繩通過定滑輪組將裝在主軸箱前端上方的液壓油缸的活塞與裝在重錘上的鋼絲繩座聯(lián)結(jié)起來。當(dāng)平衡鋼絲繩張緊時，會將主軸箱的前方向上拉，形成一個與主軸箱重心移動產(chǎn)生的力矩方向相反的力矩，這樣就使主軸箱力系達(dá)到了新的平衡。液壓油缸內(nèi)的油壓控制平衡鋼絲繩的張緊力。而比例減壓閥控制油壓，油壓隨方滑枕的伸出距離而變化。這使平衡鋼絲繩的拉力隨油壓的變化而變化。隨時平衡因方滑枕移動而產(chǎn)生的扭矩。

2.2 方滑枕內(nèi)應(yīng)力變化補(bǔ)償

當(dāng)方滑枕伸出時，除了會使整個主軸箱力系重心位移外，懸伸部位的自重引起懸伸部位的應(yīng)力發(fā)生變化，在方滑枕的上部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，并隨伸出的距離而變化。

在方滑枕的上部縱向裝有2 條拉桿，拉桿的一端固定在方滑枕的前端，拉桿的后端經(jīng)油缸拉向滑枕后端面。當(dāng)滑枕伸出時，隨著滑枕移動，數(shù)字式伺服電液比例閥控制拉桿油缸的壓力不斷增加，所產(chǎn)生的壓力平衡方滑枕內(nèi)部的應(yīng)力。

2.3 方滑枕靜壓補(bǔ)償

隨著方滑枕沿著方滑枕靜壓導(dǎo)軌伸出，滑枕部件的重心將向外移動，使限制滑枕的靜壓油膜厚度改變。滑枕前部下方和后部上方的靜壓油膜將變薄，使滑枕傾斜。為了解決這一問題，主軸箱前下方的兩側(cè)導(dǎo)軌板和后上方的兩側(cè)滑枕鑲條上還配有靜壓補(bǔ)償油腔。由比例減壓閥控制油腔的壓力，使油腔壓力隨方滑枕的位置變化而變化，起到對靜壓油膜補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

3 結(jié)語

目前重型數(shù)控落地銑鏜床滑枕移動精度補(bǔ)償系統(tǒng)已廣泛用于鏜軸直徑130～260mm、進(jìn)給速度6000～15000mm/min全部系列的重型數(shù)控落地銑鏜床中。此系統(tǒng)的成功研制和應(yīng)用，使重型數(shù)控落地銑鏜床水平移動直線度由原來的0.2 mm/1 000 mm 減小到0.02 mm/1 000 mm，甚至更小。目前采用該裝置的重型數(shù)控落地銑鏜床已實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，廣泛用于國防軍工、航空航天、機(jī)械、能源、船舶、核電等行業(yè)復(fù)雜、異形件的加工中。