具有反饋的落地銑鏜床主軸箱補(bǔ)償系統(tǒng)

劉建林

(沈陽(yáng)中威重型機(jī)床有限公司，遼寧沈陽(yáng)110043)

落地銑鏜床是一種集機(jī)、電、液為一體的技術(shù)密集型產(chǎn)品，可加工復(fù)雜的大型工件，在機(jī)加工行業(yè)中屬于高性能、高效率、高精度的大型裝備，因而在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用。目前數(shù)控落地銑鏜床主軸箱的動(dòng)態(tài)平衡控制方法主要是通過檢測(cè)方滑枕的位置來(lái)控制電液比例閥，再通過電液比例閥控制平衡油缸的壓力來(lái)調(diào)節(jié)主軸箱的中心如圖1。這種方式的缺點(diǎn)是不能實(shí)時(shí)地對(duì)主軸箱的重心的偏移做出補(bǔ)償，即當(dāng)方滑枕沒有位移時(shí)在前端加裝附件時(shí)無(wú)法補(bǔ)償。下面介紹一種具有反饋功能的主軸箱補(bǔ)償系統(tǒng)，它可以解決不能實(shí)時(shí)補(bǔ)償?shù)膯栴}。

1 控制過程

1.1 機(jī)床零部件的連接

傳統(tǒng)的落地鏜的主軸箱通過絲杠帶動(dòng)，在主軸箱上有前后2組鋼絲繩與平衡重錘連接沿立柱導(dǎo)軌上下運(yùn)動(dòng)，方滑枕在主軸箱內(nèi)通過絲杠帶動(dòng)，在主軸箱內(nèi)做伸出和縮回。但方滑枕伸出，加上各種附件的重量，使得主軸箱的重心向前偏移產(chǎn)生一個(gè)力矩M，主軸箱前端向下傾斜，這直接影響工件的加工精度。

具有反饋功能的主軸箱重心補(bǔ)償系統(tǒng)是在主軸箱前鋼絲繩與主軸箱之間加一個(gè)具有壓力反饋的平衡油缸，油缸中的活塞與主軸箱前鋼絲繩連接，平衡油缸的缸體與主軸箱連接，平衡油缸的進(jìn)油口與液壓的出油口和壓力電液比例閥的進(jìn)油口連接，平衡油缸下面的壓力傳感器與CNC數(shù)控系統(tǒng)連接，數(shù)控系統(tǒng)與壓力電液比例閥連接，如圖2。

1.2 壓力反饋平衡油缸的結(jié)構(gòu)

壓力反饋平衡油缸的結(jié)構(gòu)如圖3所示，主要有油缸、活塞、蝶形彈簧、壓力傳感器組成。在油缸中主要有活塞，在活塞的下面是蝶形彈簧，在蝶形彈簧的下面是壓力傳感器，用于檢測(cè)主軸箱重心的偏移。蝶形彈簧在安裝時(shí)施加一定的預(yù)緊力，在活塞的上面是來(lái)自液壓泵站的壓力油主要用于調(diào)整主軸箱重心的偏移。

1.3 控制原理

當(dāng)主軸箱中的方滑枕通過絲杠伸出時(shí)或方滑枕前端安裝有附件時(shí)，主軸箱的重心向前發(fā)生偏移產(chǎn)生一個(gè)力矩M，主軸箱前端向下傾斜即低頭，與主軸箱連接的平衡油缸缸體跟隨主軸箱前端一起向下傾斜位移，而平衡油缸中的活塞由于受主軸箱前鋼絲繩的牽引保持不動(dòng)，因此液壓平衡油缸和活塞之間將產(chǎn)生相對(duì)位移，在液壓平衡油缸下面裝有蝶形彈簧和壓力傳感器的空間增大，平衡油缸中液壓油受到平衡油缸缸體下移的壓迫壓力增大，主軸箱前鋼絲繩拉力F增大。平衡油缸中的液壓油壓力增大到高于壓力電液比例閥設(shè)定的壓力，而經(jīng)電液比例閥流回液壓泵站，使液壓平衡缸液壓油的壓力保持一定。活塞下面的蝶形彈簧由于空間變大，預(yù)緊力減小，在蝶形彈簧下面的壓力傳感器檢測(cè)的蝶形彈簧的預(yù)緊力減小，其輸出的電壓降低經(jīng)CNC數(shù)控系統(tǒng)處理后輸出到壓力電液比例閥，電液比例閥調(diào)高壓力，液壓平衡缸中的壓力油壓力增大，活塞與平衡油缸之間的體積增大，平衡油缸帶動(dòng)主軸箱向上，平衡油缸向上移動(dòng)壓縮活塞下面的蝶形彈簧，蝶形彈簧的壓力增大，在蝶形彈簧下面的壓力傳感器檢測(cè)到蝶形彈簧壓力增大，輸出電壓增大經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)處理后，電液比例閥輸出的壓力減小，液壓平衡缸中液壓油的壓力減小，直至蝶形彈簧的壓力達(dá)到和預(yù)緊力一致時(shí)，主軸箱恢復(fù)到水平位置。

當(dāng)方滑枕縮回或附件卸下時(shí)，主軸箱的重心向后產(chǎn)生偏移，由于液壓平衡油缸中液壓油的壓力仍然保持在方滑枕伸出或附件未卸下時(shí)的壓力，而活塞由于受前鋼絲繩牽引保持位置不變，從而造成液壓平衡缸體向上移動(dòng)，液壓平衡缸體向上移動(dòng)帶動(dòng)主軸箱向上移動(dòng)，即主軸箱形成抬頭。活塞下面的蝶形彈簧被壓縮壓力增大，在蝶形彈簧下面的壓力傳感器檢測(cè)到蝶形彈簧壓力增大，將信號(hào)傳給CNC數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)CNC數(shù)控系統(tǒng)處理后，控制壓力電液比例閥調(diào)低液壓平衡缸中液壓油的壓力。液壓平衡缸中液壓油壓力減小后，主軸箱在自身重量的作用下向下偏移，液壓平衡缸中的蝶形彈簧的壓力減小，壓力傳感器檢測(cè)到蝶形彈簧壓力減小，將信號(hào)傳到數(shù)控系統(tǒng)后，經(jīng)數(shù)控系統(tǒng)處理后控制壓力電液比例閥調(diào)低壓力，直到蝶形彈簧的壓力和預(yù)緊力一致時(shí)，主軸箱恢復(fù)到水平位置。

1.4 補(bǔ)償與沒有補(bǔ)償?shù)谋容^

有補(bǔ)償與沒有補(bǔ)償?shù)男Ч鐖D4所示，具有補(bǔ)償功能的主軸箱的重心調(diào)整可以將主軸箱的重心始終保持在同一位置，使機(jī)床的加工精度有了明顯的提高。

2 結(jié)語(yǔ)

主軸箱補(bǔ)償系統(tǒng)在實(shí)際的生產(chǎn)過程中，提高了機(jī)床的加工精度。在這個(gè)主軸箱補(bǔ)償系統(tǒng)中應(yīng)用了傳感器、壓力電液比例閥實(shí)時(shí)地對(duì)主軸箱的重心進(jìn)行補(bǔ)償，具有很好的應(yīng)用前景。