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數(shù)控機(jī)床

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數(shù)控銑鏜床滑枕的撓度補(bǔ)償
2019-1-15  來源： 蕪湖恒升重型機(jī)床股份公司   作者：孫 躍 華



 
     【摘 要 】介 紹 數(shù) 控 銑 鏜 床 兩 種 可 行 的 撓 度 補(bǔ) 償 電 氣 技 術(shù) 方 案 ， 修 正 滑 枕 （ 鏜 桿 ） 伸 出 時 機(jī) 械 位 置 偏 差 ， 提 高機(jī) 床 加 工 精 度 。

     【關(guān)鍵詞 】數(shù) 控 系 統(tǒng) ； 撓 度 變 形 ； 機(jī) 械 拉 桿 ； PLC 邏 輯 控 制 ； 垂 度 補(bǔ) 償
  
     0 引 言
  
     精 度 是 數(shù) 控 機(jī) 床 的 重 要 考 核 指 標(biāo) 之 一 。 大 型 數(shù) 控方 滑 枕 銑 鏜 床 ， 是 集 機(jī) 、 電 、 液 一 體 化 的 高 技 術(shù) 含 量 機(jī)械 加 工 設(shè) 備 。 數(shù) 控 銑 鏜 床 的 滑 枕 在 主 軸 箱 內(nèi) 作 前 、 后移 動 ， 同 時 支 撐 鏜 軸 在 滑 枕 內(nèi) 作 水 平 移 動 。 兩 個 移 動行 程 疊 加 ， 可 解 決 大 型 零 件 遠(yuǎn) 距 離 平 面 銑 削 和 鏜 削 加工 。
  
      加工 過 程 中 ，由于 滑 枕 、鏜銑 頭 、附件 的 自 身 重 量及 機(jī) 械 結(jié) 構(gòu) 等 原 因 ，在伸 出 距 離 較 大 時 ，滑枕 和 鏜 軸會 因 為 剛 性 不 足 而 產(chǎn) 生 彎 曲 ，引起 撓 度 變 形 ，相關(guān) 的機(jī) 床 坐 標(biāo) 軸 將 產(chǎn) 生 位 置 偏 差 ，降低 了 機(jī) 床 的 加 工 精度 。因 此 下 垂 撓 度 的 補(bǔ) 償 一 直 是 影 響 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 和 性 能的 關(guān) 鍵 技 術(shù) 難 題 。
    
      1 、總 體 方 案
  
     通 過 將 機(jī) 械 拉 伸 機(jī) 構(gòu) 與 液 壓 技 術(shù) 、傳感 技 術(shù) 智 能化 融 合 在 一 起 ，使 控 制 系 統(tǒng) 可 以 系 統(tǒng) 地 、 靈 活 地 實(shí) 現(xiàn)補(bǔ) 償 目 的 ， 以 達(dá) 到 預(yù) 期 的 效 果 。 西 門 子 數(shù) 控 系 統(tǒng) 提 供了 多 種 補(bǔ) 償 功 能 ， 其 中 包 括 反 向 間 隙 補(bǔ) 償 、 插 補(bǔ) 補(bǔ) 償 、前 饋 補(bǔ) 償 、 溫 度 補(bǔ) 償 等 。

      1 . 1 機(jī) 械 補(bǔ) 償 機(jī) 構(gòu)
  
     為 了 增 加 方 滑 枕 的 剛 性 ， 減 小 由 于 方 滑 枕 伸 出 時的 變 形 對 機(jī) 床 幾 何 精 度 的 影 響 ， 在 方 滑 枕 上 部 安 裝 了兩 套 拉 桿 油 缸 機(jī) 構(gòu) ， 隨 著 方 滑 枕 伸 出 位 置 的 變 化 ， 電液 比 例 閥 控 制 油 缸 的 壓 力 也 隨 之 改 變 ， 保 證 了 方 滑 枕的 直 線 度 。

    主 軸 箱 采 用 雙 吊 點(diǎn) 平 衡 結(jié) 構(gòu) ， 主 吊 點(diǎn) 與 立 柱 內(nèi) 平衡 錘 相 連 ， 用 以 平 衡 主 軸 箱 的 重 量 。 補(bǔ) 償 吊 點(diǎn) 的 一 端固 定 在 主 軸 箱 前 端 的 油 缸 活 塞 桿 上 ， 通 過 一 組 輪 系 與主 軸 箱 后 端 固 定 連 接 ， 當(dāng) 滑 枕 伸 出 位 置 改 變 時 ， 電 液比 例 閥 油 缸 壓 力 隨 之 變 化 ， 從而 使 補(bǔ) 償 吊 點(diǎn) 的 拉 力 產(chǎn)生 相 應(yīng) 的 變 化 ， 使 主 軸 箱 部 件 重 心 位 移 得 到 補(bǔ) 償 ， 從而 使 主 軸 箱 保 持 原 平 衡 狀 態(tài) ， 保 證 了 滑 枕 移 動 精 度 ，從 而 保 證 了 機(jī) 床 的 加 工 精 度 。方 滑 枕 前 端 面 可 安 裝 附 件 頭 和 感 應(yīng) 開 關(guān) ， 機(jī) 床 在方 滑 枕 前 端 面 安 裝 加 工 用 附 件 后 ，滑 枕 的 重 心 也 會 發(fā)生 變 化 ， 為 了 補(bǔ) 償 重 心 的 變 化 ， 在 主 軸 箱 前 方 滑 枕 支撐 中 間 位 置 安 裝 了 一 個 附 件 支 承 油 腔 ， 當(dāng) 安 裝 不 同 重量 附 件 時 ， 經(jīng) 感 應(yīng) 開 關(guān) 識 別 ， 由 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 。

      1 . 2 電氣 控 制 實(shí) 現(xiàn) 撓 度 補(bǔ) 償 技 術(shù)

      機(jī) 床 一 般 采 用 西 門 子 數(shù) 控 系 統(tǒng) 。設(shè)定 滑 枕 前 后 移動 為 Z 軸 ， 鏜 桿 水 平 移 動 為 W 軸 ， 主 軸 箱 上 下 移 動 為Y 軸 、 立 柱 左 右 移 動 為 X 軸 。

     對 于 滑 枕 伸 出 的 下 垂 偏差 量 ， 通 常 采 用 兩 種 補(bǔ) 償 方 式 ： 一 是 通 過 編 制 數(shù) 控 系統(tǒng) PLC （ 可 編 程 序 控 制 器 ） 程 序 ， 控 制 高 精 度 電 液 比 例閥 的 放 大 器 ， 驅(qū) 動 機(jī) 床 機(jī) 械 機(jī) 構(gòu) 的 動 作 ， 二 是 利 用 數(shù)控 系 統(tǒng) 的 垂 度 補(bǔ) 償 選 項(xiàng) 功 能 進(jìn) 行 補(bǔ) 償 。

      1 . 2 . 1 PLC 程序 控 制 液 壓 裝 置 補(bǔ) 償

      在 滑 枕 前 后 移 動 時 ，數(shù)控 系 統(tǒng) PLC 循 環(huán) 讀 取 滑 枕移 動 位 置 ， 檢 測 出 垂 直 坐 標(biāo) 的 位 置 偏 差 數(shù) 值 ， 通 過 編制 的 西 門 子 S7 PLC 程序 進(jìn) 行 自 動 邏 輯 運(yùn) 算 處 理 ，不斷 調(diào) 節(jié) 電 液 比 例 閥 控 制 放 大 器 的 0~ 10V 模 擬 電 壓 ， 使上 述 機(jī) 械 機(jī) 構(gòu) 中 的 拉 桿 油 腔 壓 力 達(dá) 到 適 當(dāng) 比 值 ， 提 供不 同 的 拉 力 。最 初 的 補(bǔ) 償 思 路 是 在 滑 枕 的 有 效 行 程 內(nèi) ， 以 滑 枕（ 鏜 桿 ） 伸 出 最 小 位 置 為 曲 線 原 點(diǎn) ， 以 其 伸 出 最 遠(yuǎn) 端 和原 點(diǎn) 之 間 建 立 補(bǔ) 償 行 程 ， 采 集 若 干 垂 直 坐 標(biāo) （ Y 軸 ） 位置 點(diǎn) 的 偏 差 值 ， 給 出 電 液 比 例 閥 放 大 器 的 對 應(yīng) 模 擬 電壓 值 。 但 實(shí) 際 補(bǔ) 償 時 發(fā) 現(xiàn) 由 于 液 壓 流 動 性 的 影 響 ， 滑枕 移 動 時 ， Y 軸 位 置 抬 高 補(bǔ) 償 延 遲 滯 后 ， 跳 動 較 大 ， 存在 瞬 間 突 變 ， 線 性 較 差 ， 且 PLC 控 制 程 序 輸 入 繁 瑣 ， 調(diào)試 復(fù) 雜 。改 進(jìn) 后 將 補(bǔ) 償 值 與 行 程 以 曲 線 （ 或 線 段 ） 制 作 補(bǔ) 償數(shù) 據(jù) 曲 線 圖 表 ， 并 分 割 成 多 段 直 線 ， 在 一 定 的 距 離 間隔 中 ， 通 過 設(shè) 定 或 修 改 用 戶 數(shù) 據(jù) ， 改 變 線 段 的 斜 率 ， 使電 液 比 例 閥 放 大 器 電 壓 基 本 連 續(xù) 變 化 ， 補(bǔ) 償 拉 力 同 步線 性 增 加 或 減 少 ， 系 統(tǒng) PLC 程 序 簡 潔 明 了 ， 也 便 于 批量 調(diào) 試 ， 用 戶 可 在 參 數(shù) 表 中 隨 時 設(shè) 定 數(shù) 據(jù) 并 加 以 調(diào)整 。以 西 門 子 828D 數(shù) 控 系 統(tǒng) 行 程 700mm 為 例 ， 選 擇 滑枕 Z 軸 0 ~ - 400 , - 400 ~ - 700 兩 段 負(fù) 向 行 程 ， 確 定 補(bǔ) 償直 線 的 斜 率 比 值 ， 下 述 程 序 ，簡 要 說 明 電 氣 邏 輯 程 序補(bǔ) 償 過 程。
  
      
        
           
  
     MOVW MW308，QW60 // 將 模 擬 量 補(bǔ) 償 值 賦 給QW60 放大器其 中 QW60 為 輸 出 到 放 大 器 的 模 擬 電 壓 ， 調(diào) 整 MD14514 用 戶 參 數(shù) 匹 配 比 例 閥 體 輸 出 壓 力 。

    1 . 2 . 2 數(shù) 控 系 統(tǒng) 垂 度 補(bǔ) 償 功 能
  
    對 于 該 選 項(xiàng) 功 能 ， 應(yīng) 使 用 相 應(yīng) 的 系 統(tǒng) 參 數(shù) 激 活 該功 能 ：

    1 ） 定 義 滑 枕 Z 軸 為 基 準(zhǔn) 軸 ， 受 基 準(zhǔn) 軸 影 響 的 主 軸箱 上 下 移 動 Y 軸 定 義 為 補(bǔ) 償 軸 。 基 準(zhǔn) 軸 作 為 輸 入 ， 補(bǔ)償 軸 作 為 輸 出 。
    2 ） 利用 參 數(shù) “ MD18342 ： $ MN_MM_CEC_MAX_POINT〔 t 〕 ” 根 據(jù) 滑 枕 基 準(zhǔn) 軸 的 行 程 設(shè) 定 垂 度 補(bǔ) 償 的 最 大 補(bǔ)償 點(diǎn) 數(shù) ； 最 大 補(bǔ) 償 點(diǎn) 數(shù) 由 基 準(zhǔn) 軸 的 行 程 確 定 補(bǔ) 償 區(qū) 間和 補(bǔ) 償 步 距 ， 計(jì) 算 出 合 適 的 補(bǔ) 償 點(diǎn) 數(shù) 。
    3 ） 備份 機(jī) 床 數(shù) 據(jù) ，再回 裝 備 份 數(shù) 據(jù) ，數(shù)控 系 統(tǒng) 會 自動 生 成 垂 度 補(bǔ) 償 表 的 初 始 化 文 件 。 設(shè) 置 “ SD41300 ：$ SN_CEC_TABLE_ENABLE 〔 t 〕 = 1 ” ， 激 活 垂 度 補(bǔ) 償 表 。
    4 ） 打 開 補(bǔ) 償 文 件 ， 將 誤 差 值 填 入 補(bǔ) 償 文 件 中 。
    5 ） 輸入 或 運(yùn) 行 補(bǔ) 償 文 件 ，設(shè)定 軸 參 數(shù) MD32710 = 1 ，重 啟 系 統(tǒng) ， 返 回 機(jī) 床 參 考 點(diǎn) 后 補(bǔ) 償 值 生 效 。
    6 ） 在“診斷 ”畫面 的 絕 對 補(bǔ) 償 測 量 系 統(tǒng) 中 移 動 Z可 查 看 到 Y軸生 效 的 補(bǔ) 償 值 。

  
     
  
     滑 枕 上 安 裝 有 不 同 重 量 附 件 ，會 產(chǎn) 生 不 同 的 撓 度 變化 ， 因 此 要 求 各 附 件 對 應(yīng) 有 各 自 補(bǔ) 償 數(shù) 據(jù) 。 系 統(tǒng) 可 以 生成 多 個 補(bǔ) 償 表 文 件 （最 大 61 個 ） ， 將 補(bǔ) 償 文 件 格 式 改 為加 工 程 序 ， 輸 入 補(bǔ) 償 值 ， 選 擇 運(yùn) 行 補(bǔ) 償 零 件 程 序 ， 以 適 應(yīng)各 種 附 件 克 服 撓 度 對 機(jī) 床 位 置 精 度 的 影 響 。

     2 、結(jié) 束 語
  
    通 過 西 門 子 數(shù) 控 系 統(tǒng) 垂 度 補(bǔ) 償 功 能 以 及 編 制 的PLC 補(bǔ) 償 程 序 ， 有 效 地 解 決 了 機(jī) 床 滑 枕 伸 出 加 工 時 的精 度 誤 差 問 題 ， 較 好 地 抑 制 撓 度 變 形 ，從而 提 高 了 機(jī)床 的 加 工 精 度 。
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