大型落地鏜銑加工中心多附件頭撓度補(bǔ)償?shù)慕鉀Q方法

趙紅淑

南京高速齒輪制造有限公司 江蘇南京 211100

1 序言

本文討論的設(shè)備是來自德國SCHIESS的落地鏜銑加工中心（見圖1）。圖2所示的Y軸屬于龍門軸YF+YL，雙絲杠、雙測量系統(tǒng)；Z軸是方滑枕軸，行程可以伸出1800mm，配備多個(gè)附件頭，各種附件頭質(zhì)量、長短不一（見圖3）。

圖1 落地鏜銑加工中心

圖2 龍門軸示意

圖3 附件頭

2 撓度誤差的組成

對于大型設(shè)備，特別是帶附件頭的鏜銑加工中心，在伸出方滑枕時(shí)，由于重力原因會產(chǎn)生“垂頭”現(xiàn)象，隨著方滑枕伸出越長，“垂頭”現(xiàn)象越明顯，產(chǎn)生的撓度誤差越大。

分析“垂頭”產(chǎn)生的撓度誤差可以發(fā)現(xiàn)，大型鏜銑床方滑枕的撓度誤差由兩部分組成：高度落差H和角度偏差θ（見圖4）。對于H，很容易想到利用西門子的垂直度補(bǔ)償功能（Sag compensation）來消除其影響，但θ的影響無法消除。θ會影響主軸的旋轉(zhuǎn)軸線和垂直面的垂直度誤差，結(jié)合本設(shè)備的特點(diǎn)，利用Y軸雙絲杠的優(yōu)勢，對兩根軸做差別補(bǔ)償。在做差別補(bǔ)償時(shí)，由于兩者相互制約，相互影響，所以必須注意順序和方法。

圖4 方滑枕撓度誤差的組成

3 撓度值的檢測

如圖5所示，在設(shè)備做完水平調(diào)整后，在工作臺上放置并調(diào)整好大理石量具。首先設(shè)定步長為50mm（步長取決于補(bǔ)償?shù)木?xì)度要求），移動W軸，伸出Z軸做“盤圓”檢查（檢查主軸旋轉(zhuǎn)軸心線和XY平面垂直度的手段），記錄差值，通過完整的記錄可以看出θ對機(jī)床產(chǎn)生的撓度影響，這種誤差在精加工特別是精銑面時(shí)會帶來表面粗糙度、紋路等問題。

其次通過在方尺上表面打表，移動Z軸看“垂頭”帶來的差值。顯然Z軸伸出越多，差值H越大。通過完整的記錄也可以看出H對撓度造成的影響，這種誤差在多級鏜孔精加工工序中會造成平行度、垂直度超差等問題。

圖5 撓度檢測示意

4 對單個(gè)附件頭補(bǔ)償

上述所測的H、θ值只能用來衡量撓度產(chǎn)生的程度，不能直接用于往垂直補(bǔ)償CEC程序里填寫補(bǔ)償，需要先做θ的差別補(bǔ)償，再做H的同步補(bǔ)償。正式做θ補(bǔ)償時(shí)，需要按照下面的步驟進(jìn)行。

1）做好準(zhǔn)備工作后，各軸移動到準(zhǔn)備位置，通過修改參數(shù)MD37140=1 （GANTRY-BREAK_UP），打開YL+YF的龍門軸結(jié)構(gòu)，此時(shí)YL和YF可以分別移動，但兩者沒有誤差報(bào)警防護(hù)。

2）開始第一擋“盤圓”。由于沒有龍門軸的保護(hù)，所以此時(shí)兩根Y軸只能做微調(diào)。誤差產(chǎn)生后，通過手輪微調(diào)YL軸，YF軸不動，實(shí)現(xiàn)差別移動，將“盤圓”誤差值抵消，并記錄該微調(diào)值。

3）前進(jìn)一個(gè)步長50mm，同樣微調(diào)并記錄，以此類推記錄全行程的微調(diào)值，最終形成完整的記錄表格，見表1。

表1 全行程微調(diào)值記錄 （單位：mm）

4）恢復(fù)龍門軸配置，修改參數(shù)MD37140=0，防止出現(xiàn)誤操作，然后生成補(bǔ)償程序（見圖6）。

圖6 補(bǔ)償程序

補(bǔ)償程序簡要說明如下。

$AN_CEC_INPUT_AXIS[8]=(AX3)

$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[8]=(AX2)

以上兩行程序分別表示補(bǔ)償是移動Z軸、YL軸來做補(bǔ)償，因此輸入軸是Z軸（AX3），輸出軸是YL軸（AX2）。

$AN_CEC_STEP[8]=50

$AN_CEC_MIN[8]=0

$AN_CEC_MAX[8]=1800

以上3行程序表示輸入軸從0～1800mm，每50mm長做一次補(bǔ)償節(jié)點(diǎn)。

$AN_CEC_DIRECTION[8]=0

此行表示方向選擇，補(bǔ)償可以做成雙向補(bǔ)償，等于1表示正向移動時(shí)單獨(dú)補(bǔ)償；等于－1表示負(fù)向移動時(shí)單獨(dú)補(bǔ)償；等于0表示兩個(gè)方向補(bǔ)償一樣。

$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[8]=0

此行表示設(shè)定補(bǔ)償相乘表。

$AN_CEC_IS_MODULO[8]=0

此行表示直線軸為0，旋轉(zhuǎn)軸為1。

$AN_CEC[8,n]

此行表示每個(gè)點(diǎn)的補(bǔ)償數(shù)值。

以上是完成了對θ的差別補(bǔ)償程序制作，修改參數(shù)對應(yīng)41300標(biāo)號和軸參數(shù)32710使其生效，在Dignose界面下觀察SAG+Temperature Compensation Value，可看到補(bǔ)償?shù)臄?shù)值。通過再次“盤圓”驗(yàn)證正確生效后，再做H的整體補(bǔ)償。

H的補(bǔ)償就和垂直補(bǔ)償通用方法一樣，但需要注意的是做Y軸補(bǔ)償時(shí)必須兩根軸同步補(bǔ)償。

在圖6的補(bǔ)償程序中，$AN_CEC[8，n]是單獨(dú)對AX2（YL軸）補(bǔ)償?shù)模脕淼窒鹊挠绊懀?AN_CEC[9,n]和$AN_CEC[10,n]是同樣的補(bǔ)償值同時(shí)對AX2和AX12（YF軸）補(bǔ)償?shù)模脕淼窒鸋的影響。

從補(bǔ)償程序可以看出，補(bǔ)償值主要還是集中在$AN_CEC[8,n]，也就是說θ的影響還是很大的。當(dāng)然，由于在補(bǔ)償θ的同時(shí)也會降低H的影響，所以$AN_CEC[9,n]和$AN_CEC[10,n]相對較小。

5 對多個(gè)附件頭補(bǔ)償和生效

由于該設(shè)備有多個(gè)附件頭，且附件頭的大小、質(zhì)量不一，因此每個(gè)附件頭都要單獨(dú)做補(bǔ)償程序。這里就牽涉到生效的問題，我們平時(shí)做的補(bǔ)償程序都是固定不變的，通過修改軸參數(shù)32710來確認(rèn)生效與否。但此設(shè)備附件頭是來回交換使用的，僅通過修改參數(shù)顯然不現(xiàn)實(shí)。除此之外，補(bǔ)償程序不僅需要使新?lián)Q上去的附件頭補(bǔ)償生效，還要讓換下來的所有附件頭的補(bǔ)償都失效，否則會累加，導(dǎo)致產(chǎn)生新的誤差。

這里采用的方法是讓所有補(bǔ)償程序的軸參數(shù)32710都生效，且把補(bǔ)償值都讀入NC，然后利用參數(shù)41300 $sn_cec_table_enable[n]補(bǔ)償程序生效可讀寫的特點(diǎn)，在附件頭交換的程序中對關(guān)聯(lián)附件對應(yīng)的table號進(jìn)行置位或復(fù)位，通過附件號進(jìn)行判斷，從而實(shí)現(xiàn)各個(gè)附件頭在更換后都能讓其對應(yīng)的補(bǔ)償程序生效，并讓其他附件頭對應(yīng)的補(bǔ)償程序失效的功能。比如在更換2號附件頭后，在制造商循環(huán)中程序會執(zhí)行到下列賦值語句，使得2號附件頭的所有補(bǔ)償生效，1號和3號附件頭補(bǔ)償失效，其中5、6、7號table是對應(yīng)附件頭1的補(bǔ)償程序，8、9、10號table是對應(yīng)附件頭2的補(bǔ)償程序，11、12、13號table是對應(yīng)附件頭3的補(bǔ)償程序。具體設(shè)置如下。

$sn_cec_table_enable[5]=0

$sn_cec_table_enable[6]=0

$sn_cec_table_enable[7]=0

$sn_cec_table_enable[8]=1

$sn_cec_table_enable[9]=1

$sn_cec_table_enable[10]=1

$sn_cec_table_enable[11]=0

$sn_cec_table_enable[12]=0

$sn_cec_table_enable[13]=0

6 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)的日益增長，多個(gè)領(lǐng)域都出現(xiàn)了跨越式發(fā)展，工業(yè)領(lǐng)域比如風(fēng)電、核電等出現(xiàn)了眾多大型高精度產(chǎn)品，這也對大型化設(shè)備提出了更高的要求，如何在設(shè)備變大的同時(shí)保持高精度，甚至優(yōu)于中小設(shè)備的精度成為了重要課題。本文從細(xì)節(jié)入手，結(jié)合大型設(shè)備的特性，提高了設(shè)備加工精度。