數控落地銑鏜床精度補償系統介紹

王莘澳

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005）

數控落地銑鏜床為立柱移動式，且鏜軸可在臥式銑軸中移動（W軸）；銑軸包含在滑枕內部，滑枕安裝在主軸箱內部，并在其內部可直線移動（Z軸）；主軸箱沿立柱導軌垂直移動（Y軸）；立柱被牢固的固定在其下面的滑座上，并隨滑座沿床身導軌在水平方向移動（X軸）。主要用于箱體的孔系鏜孔加工，以及鉆孔、擴孔、鉸孔、切螺紋、切溝槽和平面的銑削加工。屬于高檔精密加工機床。在機床加工過程中由于滑枕的前后移動、滑枕伸出后的撓度變化、滑枕前端安裝不同重量的加工附件及加工過程中溫度的升高等因素影響，導致機床的相關精度下降，無法滿足加工要求。為此筆者設計了一套相應的精度補償系統，對機床的相關精度進行補償，以滿足加工的精度要求。

1 主軸箱系統力系平衡變化補償

主軸箱的重力系統由主軸箱、方滑枕等部件的重力所組成。四根通過立柱頂部固定滑輪組的鋼絲繩的兩端分別聯結主軸箱和立柱內的平衡錘，使整體重力被平衡錘平衡。這樣可使驅動主軸箱上下運動所需的力基本相等。當方滑枕向外伸出時，整個主軸箱系統的重心發生變化，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，用一根補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主軸箱后部下方的鋼絲繩座聯結起來。當平衡鋼絲繩張緊時，會將主軸箱的前方向上拉，同時將主軸箱的后方向下拉，形成一個與主軸箱重心移動產生的力矩方向相反的力矩，這樣就使主軸箱力系達到了新的平衡。液壓油缸內的油壓控制平衡鋼絲繩的張緊力。而電液比例閥控制油壓，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生的扭矩。

2 方滑枕內應力變化補償

當方滑枕伸出時，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力發生變化，在方滑枕的上部產生較大的拉應力，這應力隨伸出的距離而變化。

在方滑枕的上部縱向裝有兩條拉桿，拉桿的一端固定在方滑枕的前端，拉桿的后端經油缸拉向滑枕后端面。

當滑枕伸出時，隨著滑枕移動，數字式伺服電液比例閥控制拉桿油缸的壓力不斷增加，所產生的壓力平衡方滑枕內部的應力。

3 方滑枕安裝附件重力變化補償

方滑枕前端安裝附件后，因附件重量較大，而且不同的附件重量不同，使滑枕平衡力系增加了附件的重力，增加了一個附加的扭矩，使方滑枕力系的平衡產生變化。

主軸箱靜壓導軌的前端中間位置開有補償油腔，當安裝不同附件時，經電氣識別，由數字式伺服電液比例閥控制油腔增加不同的壓力，并且壓力隨方滑枕的位置變化而變化。平衡了附件的重力及附加的扭矩。

4 方滑枕靜壓補償

隨著滑枕的伸出，滑枕部件的重心將向外移動，將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，主軸箱前下方兩側導軌板和后上方兩側滑枕鑲條上還配有靜壓補償油腔。由比例減壓閥控制油腔，改變油腔的壓力，并且壓力隨方滑枕的位置變化而變化，起到對靜壓油膜補償的作用。

5 滑枕進給精確定位補償

圖1 定位補償圖

由于銑鏜軸的高速運轉產生的熱量會傳遞給滑枕，使滑枕產生熱膨脹，這樣會影響被加工工件的平面度。為了解決這一問題，采用材料固定、形狀規則的桿件，其伸長量與溫度變化關系很容易通過試驗測得，這個桿件稱為基準桿。將基準桿的一端固定在滑枕的前部，另一端自由伸展，當滑枕在某一溫度下伸長時，將帶動基準桿移動，通過與基準桿尾部接觸的位移傳感器可精確地檢測出位移量，將這個位移量減去基準桿自身的伸長量就可確定滑枕的伸長量。伺服電機補償就是通過滾珠絲杠向相反方向驅動滑枕實現的。如圖1所示，滑枕2安裝于主軸箱1內，并且相對于主軸箱1運動。該裝置的基準桿3一端固定于滑枕2的前部，另一端為自由端，在長度方向上采用兩個支座4支承，保證其水平伸展。位移傳感器 5在常溫下安裝，與基準桿自由端端部接觸，當溫度升高時，基準桿3自由端位置發生變化，位移傳感器3檢測到這一變化量，并將變化量數據傳送給數控系統，數控系統將這一數值減去基準桿自身的受熱伸長量，其差值便為滑枕的受熱伸長量，最后數控系統控制伺服電機6驅動滾珠絲杠7帶動滑枕2反向運動，從而對滑枕2伸長給予補償。

6 結語

通過以上的補償方案，有效解決了變形對數控落地銑鏜床精度的影響，使數控落地銑鏜床的加工精度達到了國際先進水平，從而使使用以上方案的數控落地銑鏜床在國際市場上有了更高的競爭優勢。目前采用以上方案的數控落地銑鏜床已實現產業化，廣泛用于國防軍工、航空航天、機械、能源、船舶、核電等復雜、異形件的加工行業，對民族裝備工業的振興及國民經濟的發展具有重要意義。

［1］現代實用機床設計手冊編委會.現代實用機床設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2006.