郭興龍

(齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

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應用于銑鏜床的幾種補償方式

郭興龍

(齊齊哈爾二機床(集團)有限責任公司，黑龍江 齊齊哈爾 161005)

介紹了可采用的幾種補償方式用以提高銑鏜床的精度和性能。

補償；熱伸長；重力卸荷；銦鋼

對于銑鏜床一類的大型機床，在運行、切削工件過程中，主軸箱、滑枕、主軸等部件因受力引起機床力系的變化，受摩擦熱、切削熱和環(huán)境溫度變化等引起機床部件發(fā)生的熱變形，都會導致機床部件之間的相對位置發(fā)生改變，破壞其相對運動的準確性，使機床的幾何精度、控制精度和加工精度等發(fā)生變化，最終降低機床的整體使用性能，故銑鏜床都有多項針對精度的補償方式。分析銑鏜床主軸箱、滑枕變形情況如圖1所示，圖中虛線為變形后的情況，變形主要來自如下幾個方面：

(1)因滑枕自身及內部主軸等件的重力作用產生的撓曲變形。

(2)滑枕懸伸后因重心位置變化導致的滑枕低頭。

(3)滑枕懸伸后引起的主軸箱低頭。

(4) 因滑枕、主軸受熱變形引起的熱伸長。

(5) 因立柱變形引起的主軸箱傾斜。

本文針對影響銑鏜床的各種變形、精度變化等，分別介紹了不同的補償方式。實際應用時，可以選擇多種補償方式應用到銑鏜床上，使其在機床運行過程中不斷地進行實時補償，可以確保機床的各項精度穩(wěn)定可靠。

1 主軸箱重心位移平衡補償

本項補償結構(圖2)是在銑鏜床立柱上部分別布置兩組鋼絲繩，兩組鋼絲繩的一端均與平衡重錘連接，另一端的一根連接在主軸箱的后部，承擔主軸箱大部分重量；另一根通過一個油缸連在主軸箱的前部，起補償作用，并且液壓系統(tǒng)提供單獨的油路通過一個伺服比例閥控制油缸內油壓力的大小。

補償原理：隨著滑枕不斷伸出，引起主軸箱的重心逐漸前移，且對主軸箱產生一個前傾的力矩，經數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服比例閥控制補償油缸內的油壓逐漸增加，使得鋼絲繩的拉力也逐漸增大，該拉力作用在主軸箱前端，產生一個與前傾力矩相反的力矩，從而實現(xiàn)補償目的。反之，隨著滑枕的不斷縮回，補償力也逐漸減小。

2 滑枕撓度補償

本項補償結構(圖3)是在滑枕上部沿縱向裝有兩條拉桿，拉桿前端與滑枕固定，后端經一組油缸與滑枕的后端固定，并且液壓系統(tǒng)提供單獨的油路通過一個伺服比例閥控制油缸內油壓力的大小。

補償原理：隨著滑枕的不斷伸出，其懸伸在主軸箱以外的部分不斷增加，使滑枕自身的撓度變形也逐漸加大，經數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服比例閥控制油缸的油壓逐漸增加，則拉桿的拉力也逐漸增大，使滑枕縱向剛性得到加強，可以補償滑枕的撓度變形。反之，隨著滑枕的不斷縮回，補償力也逐漸減小。

3 滑枕加裝附件重量補償

本項補償結構(圖4)是在主軸箱前端(滑枕下方)安裝一個補償油腔，并且液壓系統(tǒng)提供單獨的油路通過一個伺服比例閥控制油腔內油壓力的大小。

補償原理：當滑枕前端加裝附件后，隨著滑枕的不斷伸出，附件的重量會使滑枕額外增加一個前傾力矩MF，這時經數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服比例閥自動控制補償油腔的油壓逐漸增加，使油腔對滑枕向上的推力FB也逐漸增大，產生一個與MF相反的力矩MB，則附件重量引起的變化得到了補償。反之，隨著滑枕的不斷縮回，補償力也逐漸減小。

4 滑枕重力卸荷補償

本項補償結構(圖5)是在滑枕下端安裝一個帶滾輪的卸荷裝置，而滾輪可在主軸箱內部的導軌上前后滾動，并將滑枕重量卸荷到主軸箱的導軌上，通過調整螺釘6可以對卸荷量進行調整。本重力卸荷裝置安裝在滑枕重心的下方，可人工調整,可以使滑枕在全行程內的卸荷力與其重心始終在同一豎直線上，確保卸荷平穩(wěn)。

補償原理：支座5固定在滑枕重心的正下方，滑枕重量通過支座5壓縮碟形彈簧4，然后再通過支撐桿3、滾輪2壓在主軸箱導軌1上，通過調整螺釘6的上下調整，可以改變碟形彈簧的壓縮量，而碟形彈簧的彈簧力又通過滾輪將滑枕重量傳遞到主軸箱的導軌上。這樣滑枕可以通過該裝置將重力卸荷掉P，而滑枕進給導軌承受的壓力(F1+F2)即小于滑枕的重力G，可以使滑枕運行平穩(wěn)、提高進給精度。

5 滑枕熱伸長補償

本項補償結構(圖6)是在滑枕側面安裝一根銦鋼材料(其線膨脹系數(shù)與滑枕相比很小)制成的標準測量桿，其左端固定在滑枕上，右端自由，且端部有位移傳感器隨時檢測位移變化。

補償原理：滑枕在切削進給和主軸旋轉過程中會產生熱量，該熱量作用到滑枕上，其長度方向會發(fā)生熱伸長，這時，標準測量桿3的右端相對于滑枕會出現(xiàn)位移變化，而位移傳感器5檢測到這一變化量，并傳送數(shù)據(jù)給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)換算后減去標準測量桿自身的受熱伸長量，其差值即為滑枕的受熱伸長量，最后數(shù)控系統(tǒng)控制滑枕進給伺服電動機6，驅動滾珠絲杠7帶動滑枕2反向移動該差值，即實現(xiàn)了對滑枕熱伸長的補償。

6 鏜軸熱伸長補償

本項補償結構(圖7)是在主軸內孔安裝一根銦鋼材料(其線膨脹系數(shù)與主軸相比很小)制成的標準測量管，其左端通過螺紋固定在主軸內孔里，右端自由，并通過4個銷釘可以將標準測量管的位移變化傳遞到主軸外面的位移環(huán)上，而位移環(huán)有位移傳感器隨時檢測位移變化。

補償原理：與滑枕熱伸長補償相同，主軸軸承在高速旋轉過程中會產生大量熱量，該熱量作用到主軸上，其長度方向會發(fā)生熱伸長，這時，標準測量管的右端相對于主軸會出現(xiàn)位移變化，而位移傳感器通過位移環(huán)會檢測到這一變化量，并傳送數(shù)據(jù)給數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)將數(shù)據(jù)換算后減去標準測量管自身的受熱伸長量，其差值即為主軸的受熱伸長量，最后數(shù)控系統(tǒng)控制主軸進給伺服電動機，驅動滾珠絲杠帶動主軸反向移動該差值，即實現(xiàn)了對主軸熱伸長的補償。

7 主軸撓度補償

銑鏜床主軸水平伸出后會因自身重量會產生撓度變形，使主軸前端刀具的垂向位置向下變化，影響切削的位置精度。本項補償是通過調用數(shù)控系統(tǒng)的垂度補償功能，改變主軸箱的垂直坐標來實現(xiàn)對主軸的撓度補償，確保刀具的位置精度準確可靠。

總之，對于銑鏜床，因其體積大、重量大，各種力和熱變形誤差的影響尤為顯著，而銑鏜床主軸箱、滑枕的運動力系變化、受熱變化具有很多的不確定性，很難通過兩三種補償方式給予解決，需要針對各機床部件的受力、受熱進行多方位的綜合補償。在當前銑鏜床需求精度日益提高的前提下，如何更好、更全面地解決機床各項精度補償是提高銑鏜床精度的方向。

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Several compensation modes used in boring-milling machine tool

GUO Xinglong

(Qiqihar No.2 Machine Tool (Group) Co., Ltd., Qiqihar 161005, CHN)

Several compensation modes that can be used in boring-milling machine tool to improve accuracy and performance are mainly introduced in this paper.

compensation; thermal extension; unload by weight; indium steel

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10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.11.011

郭興龍，主要從事數(shù)控機床的研發(fā)與設計工作。

(編輯 孫德茂)

2016-03-14)

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