數控落地銑鏜床溫度影響滑枕定位精度的補償系統

包秀杰

（齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司設計研究院，黑龍江齊齊哈爾 161005）

對于數控機床，其加工精度是衡量數控機床制造水平的一個重要因素，其中數控銑鏜床滑枕在工作過程中，受溫度因素影響，長度會變化，使滑枕的理論值與實際定位值產生偏差，從而嚴重影響了數控銑鏜床的加工精度。為了消除溫度變化對數控銑鏜床滑枕定位精度的影響，采用數控銑鏜床滑枕進給精確定位補償技術。該項技術的成功應用，已提高了數控銑鏜床的加工精度，降低數控銑鏜床的調試周期，從而降低了制造成本，極大提高企業的競爭力。

1 設計思想

數控銑鏜床的滑枕內部裝有銑軸和鏜軸，由于銑鏜軸的高速運轉產生的熱量會傳遞給滑枕，使滑枕產生熱膨脹，這樣會影響被加工工件的平面度。

機床規格不同，滑枕大小也不同，而滑枕自身形狀又不規則，其受熱伸長量與溫度的關系不容易測得。而材料固定、形狀規則的桿件，其伸長量與溫度變化關系很容易通過試驗測得，這個桿件稱為基準桿。將基準桿的一端固定在滑枕的前部，另一端自由伸展，當滑枕在某一溫度下伸長時，將帶動基準桿移動，通過與基準桿尾部接觸的位移傳感器可精確地檢測出位移量，將這個位移量減去基準桿自身的伸長量就可確定滑枕的伸長量。伺服電動機補償就是通過滾珠絲杠向相反方向驅動滑枕實現的。

2 補償系統結構及工作原理

2．1 結構設計

如圖1所示，滑枕2安裝于主軸箱1內，并且相對于主軸箱1運動。該裝置的基準桿3一端固定于滑枕2的前部，另一端為自由端，在長度方向上采用兩個支座4支承，保證其水平伸展。位移傳感器5在常溫下安裝，與基準桿自由端端部接觸。當溫度升高時，基準桿3自由端位置發生變化，位移傳感器5檢測到這一變化量，并將變化量數據傳送給數控系統。數控系統將這一數值減去基準桿自身的受熱伸長量，其差值便為滑枕的受熱伸長量;最后數控系統控制伺服電動機6驅動滾珠絲杠7帶動滑枕2反向運動，從而對滑枕2伸長給予補償。

基準桿自身在不同溫度下的伸長量可通過熱膨脹系數公式測得

式中:ΔL為熱膨脹產生的長度變化量;L為基準桿原長度;α為基準桿材料的熱膨脹系數;ΔT為基準桿溫度的變化量。

其中熱膨脹系數可以通過試驗測得。通常滑枕在工作中溫度的變化范圍為20～60℃，在這個范圍內測量若干個溫度下基準桿的伸長量ΔL，基準桿的伸長量ΔL隨溫度的變化產生線性變化，進而算出熱膨脹系數。這個系數可作為常量輸入機床數控系統。

位移傳感器測得的值是基準桿自身伸長量與滑枕伸長量之和，傳感器將測得值反饋給數控系統，數控系統通過數據處理得到滑枕的伸長量，進而控制伺服電動機運行對滑枕的精度進行補償。

2．2 補償系統工作原理

滑枕通過絲杠與伺服電動機相連，滑枕上固定有基準桿及位移傳感器，基準桿為材料固定且形狀規則的桿件，基準桿的一端固定在滑枕上，另一端自由伸展且其端面與位移傳感器相接觸。通過對滑枕進給的精確定位進行測試，建立了一套系統的補償數據。適用于不同規格數控落地銑鏜床的滑枕的精度補償。

3 應用

目前數控銑鏜床滑枕進給精確定位補償系統已廣泛用于 FA －130、FA －160、TK（H）6913、TK（H）6916、TK（H）6920、TK（H）6925、TK（H）6926 等機床，鏜軸直徑范圍為φ130～260 mm，主軸轉速范圍為650～3 000 r/min，進給速度范圍為6 000～15 000 mm/min?？蓪崿F多軸控制及五軸聯動數控銑鏜床的滑枕精度補償。此系統的成功研制和應用，使數控銑鏜床的加工平面度由原來的0.1 mm減小到0.015 mm甚至更小。

4 結語

數控銑鏜床滑枕進給精確定位補償系統的成功研制和應用使數控落地銑鏜床的加工精度達到了國際先進水平，從而使采用該裝置的數控落地銑鏜床在國際市場上有了更高的競爭優勢。目前采用該裝置的數控落地銑鏜床已實現產業化，廣泛用于國防軍工、航空航天、機械、能源、船舶、核電等行業，對民族裝備工業的振興及國民經濟的發展具有重要意義。