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)

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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、切削熱和環境溫度變化等引起機床部件發生的熱變形，都會導致機床部件之間的相對位置發生改變，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，經數控系統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，經數控系統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，這時經數控系統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。

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、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，其長度方向會發生熱伸長，這時，標準測量桿3的右端相對于滑枕會出現位移變化，而位移傳感器5檢測到這一變化量，并傳送數據給數控系統，數控系統將數據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，最后數控系統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上，而位移環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，其長度方向會發生熱伸長，這時，標準測量管的右端相對于主軸會出現位移變化，而位移傳感器通過位移環會檢測到這一變化量，并傳送數據給數控系統，數控系統將數據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，最后數控系統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控系統的垂度補償功能，改變主軸箱的垂直坐標來實現對主軸的撓度補償，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，主要從事數控機床的研發與設計工作。

(編輯 孫德茂)

2016-03-14)

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