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数控铣镗床滑枕的挠度补偿
Jan 15, 2019  来源: 芜湖恒升重型机床股份公司   作者:孙 跃 华



 
     【摘 要 】介 绍 数 控 铣 镗 床 两 种 可 行 的 挠 度 补 偿 电 气 技 术 方 案 , 修 正 滑 枕 ( 镗 杆 ) 伸 出 时 机 械 位 置 偏 差 , 提 高机 床 加 工 精 度 。

     【关键词 】数 控 系 统 ; 挠 度 变 形 ; 机 械 拉 杆 ; PLC 逻 辑 控 制 ; 垂 度 补 偿
  
     0 引 言
  
     精 度 是 数 控 机 床 的 重 要 考 核 指 标 之 一 。 大 型 数 控方 滑 枕 铣 镗 床 , 是 集 机 、 电 、 液 一 体 化 的 高 技 术 含 量 机械 加 工 设 备 。 数 控 铣 镗 床 的 滑 枕 在 主 轴 箱 内 作 前 、 后移 动 , 同 时 支 撑 镗 轴 在 滑 枕 内 作 水 平 移 动 。 两 个 移 动行 程 叠 加 , 可 解 决 大 型 零 件 远 距 离 平 面 铣 削 和 镗 削 加工 。
  
      加工 过 程 中 ,由于 滑 枕 、镗铣 头 、附件 的 自 身 重 量及 机 械 结 构 等 原 因 ,在伸 出 距 离 较 大 时 ,滑枕 和 镗 轴会 因 为 刚 性 不 足 而 产 生 弯 曲 ,引起 挠 度 变 形 ,相关 的机 床 坐 标 轴 将 产 生 位 置 偏 差 ,降低 了 机 床 的 加 工 精度 。因 此 下 垂 挠 度 的 补 偿 一 直 是 影 响 产 品 质 量 和 性 能的 关 键 技 术 难 题 。
    
      1 、总 体 方 案
  
     通 过 将 机 械 拉 伸 机 构 与 液 压 技 术 、传感 技 术 智 能化 融 合 在 一 起 ,使 控 制 系 统 可 以 系 统 地 、 灵 活 地 实 现补 偿 目 的 , 以 达 到 预 期 的 效 果 。 西 门 子 数 控 系 统 提 供了 多 种 补 偿 功 能 , 其 中 包 括 反 向 间 隙 补 偿 、 插 补 补 偿 、前 馈 补 偿 、 温 度 补 偿 等 。

      1 . 1 机 械 补 偿 机 构
  
     为 了 增 加 方 滑 枕 的 刚 性 , 减 小 由 于 方 滑 枕 伸 出 时的 变 形 对 机 床 几 何 精 度 的 影 响 , 在 方 滑 枕 上 部 安 装 了两 套 拉 杆 油 缸 机 构 , 随 着 方 滑 枕 伸 出 位 置 的 变 化 , 电液 比 例 阀 控 制 油 缸 的 压 力 也 随 之 改 变 , 保 证 了 方 滑 枕的 直 线 度 。

    主 轴 箱 采 用 双 吊 点 平 衡 结 构 , 主 吊 点 与 立 柱 内 平衡 锤 相 连 , 用 以 平 衡 主 轴 箱 的 重 量 。 补 偿 吊 点 的 一 端固 定 在 主 轴 箱 前 端 的 油 缸 活 塞 杆 上 , 通 过 一 组 轮 系 与主 轴 箱 后 端 固 定 连 接 , 当 滑 枕 伸 出 位 置 改 变 时 , 电 液比 例 阀 油 缸 压 力 随 之 变 化 , 从而 使 补 偿 吊 点 的 拉 力 产生 相 应 的 变 化 , 使 主 轴 箱 部 件 重 心 位 移 得 到 补 偿 , 从而 使 主 轴 箱 保 持 原 平 衡 状 态 , 保 证 了 滑 枕 移 动 精 度 ,从 而 保 证 了 机 床 的 加 工 精 度 。方 滑 枕 前 端 面 可 安 装 附 件 头 和 感 应 开 关 , 机 床 在方 滑 枕 前 端 面 安 装 加 工 用 附 件 后 ,滑 枕 的 重 心 也 会 发生 变 化 , 为 了 补 偿 重 心 的 变 化 , 在 主 轴 箱 前 方 滑 枕 支撑 中 间 位 置 安 装 了 一 个 附 件 支 承 油 腔 , 当 安 装 不 同 重量 附 件 时 , 经 感 应 开 关 识 别 , 由 电 液 比 例 阀 控 制 油 腔增 加 不 同 的 压 力 , 并 且 压 力 随 方 滑 枕 的 位 置 变 化 而 变化 。平 衡 了 附 件 的 重 力 及 附 加 的 扭 矩 。

      1 . 2 电气 控 制 实 现 挠 度 补 偿 技 术

      机 床 一 般 采 用 西 门 子 数 控 系 统 。设定 滑 枕 前 后 移动 为 Z 轴 , 镗 杆 水 平 移 动 为 W 轴 , 主 轴 箱 上 下 移 动 为Y 轴 、 立 柱 左 右 移 动 为 X 轴 。

     对 于 滑 枕 伸 出 的 下 垂 偏差 量 , 通 常 采 用 两 种 补 偿 方 式 : 一 是 通 过 编 制 数 控 系统 PLC ( 可 编 程 序 控 制 器 ) 程 序 , 控 制 高 精 度 电 液 比 例阀 的 放 大 器 , 驱 动 机 床 机 械 机 构 的 动 作 , 二 是 利 用 数控 系 统 的 垂 度 补 偿 选 项 功 能 进 行 补 偿 。

      1 . 2 . 1 PLC 程序 控 制 液 压 装 置 补 偿

      在 滑 枕 前 后 移 动 时 ,数控 系 统 PLC 循 环 读 取 滑 枕移 动 位 置 , 检 测 出 垂 直 坐 标 的 位 置 偏 差 数 值 , 通 过 编制 的 西 门 子 S7 PLC 程序 进 行 自 动 逻 辑 运 算 处 理 ,不断 调 节 电 液 比 例 阀 控 制 放 大 器 的 0~ 10V 模 拟 电 压 , 使上 述 机 械 机 构 中 的 拉 杆 油 腔 压 力 达 到 适 当 比 值 , 提 供不 同 的 拉 力 。最 初 的 补 偿 思 路 是 在 滑 枕 的 有 效 行 程 内 , 以 滑 枕( 镗 杆 ) 伸 出 最 小 位 置 为 曲 线 原 点 , 以 其 伸 出 最 远 端 和原 点 之 间 建 立 补 偿 行 程 , 采 集 若 干 垂 直 坐 标 ( Y 轴 ) 位置 点 的 偏 差 值 , 给 出 电 液 比 例 阀 放 大 器 的 对 应 模 拟 电压 值 。 但 实 际 补 偿 时 发 现 由 于 液 压 流 动 性 的 影 响 , 滑枕 移 动 时 , Y 轴 位 置 抬 高 补 偿 延 迟 滞 后 , 跳 动 较 大 , 存在 瞬 间 突 变 , 线 性 较 差 , 且 PLC 控 制 程 序 输 入 繁 琐 , 调试 复 杂 。改 进 后 将 补 偿 值 与 行 程 以 曲 线 ( 或 线 段 ) 制 作 补 偿数 据 曲 线 图 表 , 并 分 割 成 多 段 直 线 , 在 一 定 的 距 离 间隔 中 , 通 过 设 定 或 修 改 用 户 数 据 , 改 变 线 段 的 斜 率 , 使电 液 比 例 阀 放 大 器 电 压 基 本 连 续 变 化 , 补 偿 拉 力 同 步线 性 增 加 或 减 少 , 系 统 PLC 程 序 简 洁 明 了 , 也 便 于 批量 调 试 , 用 户 可 在 参 数 表 中 随 时 设 定 数 据 并 加 以 调整 。以 西 门 子 828D 数 控 系 统 行 程 700mm 为 例 , 选 择 滑枕 Z 轴 0 ~ - 400 , - 400 ~ - 700 两 段 负 向 行 程 , 确 定 补 偿直 线 的 斜 率 比 值 , 下 述 程 序 ,简 要 说 明 电 气 逻 辑 程 序补 偿 过 程。
  
      
        
           
  
     MOVW MW308,QW60 // 将 模 拟 量 补 偿 值 赋 给QW60 放大器其 中 QW60 为 输 出 到 放 大 器 的 模 拟 电 压 , 调 整 MD14514 用 户 参 数 匹 配 比 例 阀 体 输 出 压 力 。

    1 . 2 . 2 数 控 系 统 垂 度 补 偿 功 能
  
    对 于 该 选 项 功 能 , 应 使 用 相 应 的 系 统 参 数 激 活 该功 能 :

    1 ) 定 义 滑 枕 Z 轴 为 基 准 轴 , 受 基 准 轴 影 响 的 主 轴箱 上 下 移 动 Y 轴 定 义 为 补 偿 轴 。 基 准 轴 作 为 输 入 , 补偿 轴 作 为 输 出 。
    2 ) 利用 参 数 “ MD18342 : $ MN_MM_CEC_MAX_POINT〔 t 〕 ” 根 据 滑 枕 基 准 轴 的 行 程 设 定 垂 度 补 偿 的 最 大 补偿 点 数 ; 最 大 补 偿 点 数 由 基 准 轴 的 行 程 确 定 补 偿 区 间和 补 偿 步 距 , 计 算 出 合 适 的 补 偿 点 数 。
    3 ) 备份 机 床 数 据 ,再回 装 备 份 数 据 ,数控 系 统 会 自动 生 成 垂 度 补 偿 表 的 初 始 化 文 件 。 设 置 “ SD41300 :$ SN_CEC_TABLE_ENABLE 〔 t 〕 = 1 ” , 激 活 垂 度 补 偿 表 。
    4 ) 打 开 补 偿 文 件 , 将 误 差 值 填 入 补 偿 文 件 中 。
    5 ) 输入 或 运 行 补 偿 文 件 ,设定 轴 参 数 MD32710 = 1 ,重 启 系 统 , 返 回 机 床 参 考 点 后 补 偿 值 生 效 。
    6 ) 在“诊断 ”画面 的 绝 对 补 偿 测 量 系 统 中 移 动 Z可 查 看 到 Y轴生 效 的 补 偿 值 。

  
     
  
     滑 枕 上 安 装 有 不 同 重 量 附 件 ,会 产 生 不 同 的 挠 度 变化 , 因 此 要 求 各 附 件 对 应 有 各 自 补 偿 数 据 。 系 统 可 以 生成 多 个 补 偿 表 文 件 (最 大 61 个 ) , 将 补 偿 文 件 格 式 改 为加 工 程 序 , 输 入 补 偿 值 , 选 择 运 行 补 偿 零 件 程 序 , 以 适 应各 种 附 件 克 服 挠 度 对 机 床 位 置 精 度 的 影 响 。

     2 、结 束 语
  
    通 过 西 门 子 数 控 系 统 垂 度 补 偿 功 能 以 及 编 制 的PLC 补 偿 程 序 , 有 效 地 解 决 了 机 床 滑 枕 伸 出 加 工 时 的精 度 误 差 问 题 , 较 好 地 抑 制 挠 度 变 形 ,从而 提 高 了 机床 的 加 工 精 度 。
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