淺析立式車銑復合機床的控制技術與應用

祁海龍

【摘 要】文章首先對立式銑車床的外觀與結構進行了分析，并闡述了立式車銑復合機床電氣控制中存在的問題，然后對靜壓導軌技術的應用現狀進行進行了探究，最后論述了直驅轉臺技術在立式車銑復合機床的應用，希望對相關人員提供幫助。

【關鍵詞】立式車銑復合機床；控制技術；應用

隨著科學技術的不斷發展，機床制造業逐漸向復合化、高速化以及精密化的方向發展。而數控機床的電氣控制系統作為整個機床的控制核心，其涵蓋了機械制造技術、傳感器檢測技術、電子技術、通信技術、自動控制技術、計算機技術等多種學科，下文對立式車銑復合機床的控制技術進行了分析，從而為數控機床的安全運行提供有力保障。

一、立式車銑復合機床的概述

立式車銑復合機床涵蓋的范圍比較廣泛，其按照立柱的形式可分為單柱不可移動、單柱可移動以及雙柱等，而數控雙柱立式銑車床是車銑復合機床中比較常見的一種機床。同時，立式車銑復合機床主要由刀架、頂梁、滑座、橫梁、進給箱、立柱、工作臺底座、主變速箱、走臺、液壓站、電氣控制柜、地面操作臺等幾大部件所組成，如圖1和圖2所示。其中，橫梁是安裝于兩個立柱之上，在運行中交流異步電機經過減速箱驅動立柱頂端左右兩個升降箱，同時帶動兩根絲桿傳遞動力使橫梁作上升或下降運動，通過升降橫梁具有不同的加工高度，橫梁不參與進給。另外，立式車銑復合機床具備兩種工作方式，即車削與銑削。在車削時，工作臺處于主軸運行的狀態，由直流電動機經過主變速箱來拖動工作臺進行轉動，而當機床變換到銑削時，工作臺是通過進給伺服電機經過另一套傳動機構來拖動工作臺的轉動，主要是用于鉆削時工作臺的精確分度定位和銑削進給。

二、立式車銑復合機床控制技術中存在的問題

數控機床的電氣控制系統是整個機床的控制核心，而機床的電氣控制技術是由機械設計與制造、液壓技術、計算機技術、數控技術、傳感器檢測技術等多學科柔合交叉的應用技術，在立式車銑復合機床控制技術中存在的問題主要包括以下幾個方面：第一，在數控加工中，立式車銑復合機床除了在鉆孔時需要工作臺進行精確定位，還需要在機床上進行端面銑削加工，而采用哪種加工方法是加工過程中的一個難題；第二，在數控技術的應用過程中，對西門子模擬主軸ADl4驅動器配置編碼器原理不清，導致方案選型錯誤；對海德漢的距離碼光柵尺和圓光柵的回零原理不清，導致將距離碼光柵尺和圓光柵設成普通光柵尺，數控機床回零時間太長，效率低下；第三，工作臺靜壓導軌油膜厚度沒能找到合適的控制方法，從而無法達到最優的性能。

三、立式車銑復合機床控制技術的應用

（一）靜壓導軌技術的應用

液體靜壓導軌的優點有很多，主要包括兩個方面：一是，油膜厚度和剛度受導軌相對速度變化的影響較小，并且對導軌的材料要求不高；二是，采用摩擦系數較小的機械油供入到導軌油腔內形成承載油膜，從而使導軌處于純液體潤滑以及摩擦狀態，并且導軌之間基本沒有磨損，延長了的導軌的使用壽命，促進了傳動效率的提高；第三，吸收振動能量性能比較好，在低速區不會爬行，運動狀況平穩。另外，靜壓導軌包括有限壓以及恒流兩種供油方式，并且靜壓導軌技術中油膜剛度由油膜厚度所保證，改變液壓回路里供油泵的電機轉速即可以改變供油流量，從而改變油膜厚度。隨著靜壓導軌支撐技術的日趨成熟，其被廣泛應用于各種機床中，尤其是數控機床，其中重型立車工作臺導軌通常是采用環形多腔液體靜壓導軌。同時，日本東芝公司、法國弗雷斯特里內公司、德國瓦德里希公司所生產數控龍門鏜銑床都采用了液體靜壓導軌支承技術。

（二）直驅轉臺技術的應用

由于立式車銑復合機床對轉臺的性能要求比較高，其不但要滿足車削對高轉速和大扭矩的需要，還要考慮到在進行銑削時對轉臺所提出的高定位精度動態特性等方面的要求，對于以上的設計條件，傳統的機械傳動式回轉工作臺已經無法滿足要求。而直驅式回轉工作臺（見圖3）憑借其優異的特性，不僅能夠滿足設計要求，而且為高檔立式車銑復合機床的研發鋪平了道路。

1.溫度控制系統設計

直驅力矩電動機本身是高發熱元件，并且處于機床的腹部位置，如果散熱性能不好，就很容易形成熱量累積，從而導致自身和關聯部件的溫度上升，最終引起機床的熱變形。因此，在設計冷卻系統時，要將熱量進行及時的導出，否則會對機床的加工精度、電動機的推力產生一定的影響，甚至會燒毀電動機。另外，直驅轉臺里的熱源主要產生于軸承和電動機轉子的高速旋轉。因此相關人員要根據發熱源和部件的熱敏感性，在定子和轉臺本體之間集成水冷系統，并在軸承附近安裝溫度傳感器，從而保證轉臺額定轉速和扭矩的提高，使轉臺的安全可靠運行得到有效保障。

2.精度控制設計

直驅系統能夠實現大扭矩加速以及精密伺服的控制等，但對運動控制和測量反饋系統也提出了更高的要求。因此，為了保證測量系統所提供位置的穩定性，實現其更為平穩的速度控制，要在設計安裝編碼器時，盡量減小轉臺與編碼器的配合截面面積，從而有利于編碼器放置在理想的安裝位置，并適用于盡可能大的安裝直徑。

四、結束語

總而言之，科學技術的快速發展，使得機床制造業向著復合化、高速化的方向發展，而數控機床的電氣系統是整個機床的控制核心。因此，必須對其存在的問題要進行仔細的分析，并采取有效的措施，從而促進數控機床的正常運行。同時，要加強對立式車銑復合機床的控制技術的研究力度，使其所具有的作用得到充分發揮。

【參考文獻】

[1]劉峰.五軸車銑復合加工功能關鍵技術的研究[D].中國科學院研究生院（沈陽計算技術研究所），2014.

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