尹建賢

摘 要：簡要總結傳統(tǒng)的液壓式滑枕補償方法及數控系統(tǒng)的垂度誤差補償功能，重點介紹一種新型的滑枕變形電氣補償系統(tǒng)，該系統(tǒng)依托西門子840D數控系統(tǒng)，機械電氣相結合，為解決大型落地鏜銑床滑枕伸出后低頭變形的問題提供一種新的思路。

關鍵詞：落地鏜銑床；滑枕補償；電氣補償；西門子840D

在重力作用下，數控落地鏜銑床的滑枕Z軸伸出后會產生一定的彎曲變形，進而影響到主軸箱Y軸方向坐標位置的準確性?；砩斐鲈介L，變形就越明顯?；泶苟日`差就是指滑枕伸出后下垂和變形引起的位置誤差，又稱滑枕低頭誤差。因機床機械部件的制造偏差、裝配偏差以及彈性變形引起的誤差無法避免，需要通過方法來補償滑枕的低頭誤差，提高機床的加工精度。

1 常見液壓補償方法

目前數控落地鏜銑床多使用液壓方式補償滑枕垂度誤差。如在滑枕上部安裝兩條拉桿，一端與滑枕前端固定，另一端經油缸與滑枕后端固定。滑枕伸出后電液比例閥控制油缸油壓逐漸增加，使拉桿拉力增大，補償滑枕的垂度誤差?；蛘咴谥鬏S箱的前下后上設置補償油腔，滑枕伸出后電液比例閥控制油腔壓力增加，補償滑枕的低頭變形。當安裝不同附件時，補償油缸或油腔的壓力也不同。

還可在立柱上設置兩組鋼絲繩，一端均固定在平衡重錘上，另一端分別固定在主軸箱的前部和后部。后部鋼絲繩起承擔主軸箱重量的作用，前部鋼絲繩通過一個油缸連在主軸箱上。使用測力傳感器及電液比例閥等組成的電子液壓補償系統(tǒng)實現補償功能?；砩斐龊笄颁摻z繩下油缸的油壓逐漸增加，使鋼絲繩的拉力逐漸增大。拉力作用在主軸箱上，補償滑枕的低頭誤差。

以上幾種補償方式可以單獨應用或者配合使用，應用廣泛，但液壓補償系統(tǒng)受壓力波動的影響較大，穩(wěn)定性不足，響應速度較慢，經濟性也一般。

2 數控系統(tǒng)的垂度誤差補償功能

除液壓補償方式，數控系統(tǒng)通常附帶垂度誤差補償功能。以西門子840D系統(tǒng)控制的落地鏜銑床為例，滑枕Z軸移動時，系統(tǒng)會計算Y軸上相應的補償值。習慣將變形的Z軸稱為基礎軸，受影響的Y軸稱為補償軸?；A軸作為輸入，決定補償點的位置，補償軸作為輸出，補償值加到它的位置調節(jié)器中。

首先確定基礎軸的補償范圍，即補償的位置起點和終點以及兩補償點間距，確定補償點數。利用千分表與大理石平尺測量Z 軸移動時，Y 軸位置的變化量，兩軸間的補償關系和測得的補償值以補償文件的形式存入數控系統(tǒng)內存中，通過使機床數據MD32710=1激活軸的垂度誤差補償功能。該方法屬于軟件補償方式，只需增加較少的費用即可提高機床精度。但是滑枕下垂和變形導致的主軸軸線不水平等問題絲毫沒得到解決。

3 滑枕變形電氣補償系統(tǒng)

與傳統(tǒng)的液壓式補償系統(tǒng)不同，有一種新型的電氣補償裝置通過控制伺服電機對主軸箱施加外力來補償滑枕的垂度誤差。該裝置以840D系統(tǒng)為依托，包括一根固定長度的鋼絲繩，通過滑輪繞過立柱頂端，一端固定在主軸箱前部上方，另一端連在測力傳感器上。傳感器固定在主軸箱后部下方的傳動機構上。鋼絲繩對主軸箱前部施加一個向上的力，對后部施加一個向下的力，拉力由伺服電機經減速機驅動傳動機構絲杠絲母施加，電機由數控系統(tǒng)實時閉環(huán)控制，測力傳感器檢測鋼絲繩的張力作為閉環(huán)控制的反饋。當滑枕處于不同位置時，電機旋轉控制鋼絲繩的松緊，產生一個適當的補償拉力作用在主軸箱上，拉力與重力的方向相反使主軸箱抬頭，補償滑枕低頭引起的誤差。見下圖。

滑枕完全縮回時的拉力給定值與附件頭種類有關，作為基準?；砩斐龊?，根據坐標位置增加給定值，增加電機的輸出扭矩。與840D系統(tǒng)的垂度誤差補償功能類似，根據滑枕行程確定補償范圍，利用千分表與大理石平尺測量滑枕Z軸伸出到各測量點時，Y 軸的位置誤差，將誤差值換算成該位置的拉力給定值。各點補償值確定之后，通過編好的HMI OEM界面，傳送到PLC中參與控制，相鄰測量點之間位置的給定值由兩點給定值線性計算得到。補償生效后重新測量，然后調整設定值，直到獲得滿意的補償效果。由于安裝不同附件頭后主軸箱受力情況不同，對應每種附件頭都要測定一套補償數據。安裝附件頭時，系統(tǒng)通過識碼來識別附件頭號，通過PLC確定使用哪套補償數據。

系統(tǒng)設置兩種工作模式，自動模式下電機處于伺服狀態(tài)，拉力的控制是跟隨給定值的閉環(huán)控制，給定值與滑枕的位置有關，該模式需滑枕找到參考點才能生效。手動模式下可手動控制電機使鋼絲繩拉力增加，當拉力實際值與設定值的差值在設定范圍內時，迅速切換到自動模式，系統(tǒng)因故障停止工作時，故障排除后可通過此方法快速恢復。模式切換也在OEM界面上操作，此外OEM界面顯示的信息包括附件號、相關軸的坐標、拉力的給定值和實際值、補償裝置狀態(tài)等。其中補償裝置的狀態(tài)包括電機的使能和負載、系統(tǒng)是否超出補償范圍等，鋼絲繩因張力變化而伸縮，由正負限位開關監(jiān)控鋼絲繩長度的變化，如果超出補償范圍，或拉力實際值超過上限值，則出現報警，由液壓卡緊裝置將系統(tǒng)鎖住。

4 結束語

該滑枕變形電氣補償系統(tǒng)，相當于840D系統(tǒng)控制下的一個軸，安裝調整方便。由于采用高性能伺服電機驅動，系統(tǒng)的控制精度高，響應速度快，性能穩(wěn)定可靠。必要時再結合840D系統(tǒng)的軟件補償方式，能顯著地提高機床的加工精度。目前，該補償方法已在國外的數控機床上得到了應用，補償效果較好，這種電機驅動鋼絲繩的模式也已應用到主軸箱配重系統(tǒng)上，其應用前景比較樂觀。

參考文獻：

[1]王洪波.圖解SINUMERIK 810D/840D系統(tǒng)調試與維修技巧[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013.

[2]陳江進，楊純海.數控機床[M].北京：北京理工大學出版社，2012.