孫躍華
【摘 要】介紹數(shù)控銑鏜床兩種可行的撓度補(bǔ)償電氣技術(shù)方案,修正滑枕(鏜桿)伸出時(shí)機(jī)械位置偏差,提高機(jī)床加工精度。
【關(guān)鍵詞】數(shù)控系統(tǒng);撓度變形;機(jī)械拉桿;PLC邏輯控制;垂度補(bǔ)償
0 引言
精度是數(shù)控機(jī)床的重要考核指標(biāo)之一。大型數(shù)控方滑枕銑鏜床,是集機(jī)、電、液一體化的高技術(shù)含量機(jī)械加工設(shè)備。數(shù)控銑鏜床的滑枕在主軸箱內(nèi)作前、后移動(dòng),同時(shí)支撐鏜軸在滑枕內(nèi)作水平移動(dòng)。兩個(gè)移動(dòng)行程疊加,可解決大型零件遠(yuǎn)距離平面銑削和鏜削加工。加工過(guò)程中,由于滑枕、鏜銑頭、附件的自身重量及機(jī)械結(jié)構(gòu)等原因,在伸出距離較大時(shí),滑枕和鏜軸會(huì)因?yàn)閯傂圆蛔愣a(chǎn)生彎曲,引起撓度變形,相關(guān)的機(jī)床坐標(biāo)軸將產(chǎn)生位置偏差,降低了機(jī)床的加工精度。因此下垂撓度的補(bǔ)償一直是影響產(chǎn)品質(zhì)量和性能的關(guān)鍵技術(shù)難題。
1 總體方案
通過(guò)將機(jī)械拉伸機(jī)構(gòu)與液壓技術(shù)、傳感技術(shù)智能化融合在一起,使控制系統(tǒng)可以系統(tǒng)地、靈活地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的,以達(dá)到預(yù)期的效果。西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)提供了多種補(bǔ)償功能,其中包括反向間隙補(bǔ)償、插補(bǔ)補(bǔ)償、前饋補(bǔ)償、溫度補(bǔ)償?shù)取?/p>
1.1 機(jī)械補(bǔ)償機(jī)構(gòu)
為了增加方滑枕的剛性,減小由于方滑枕伸出時(shí)的變形對(duì)機(jī)床幾何精度的影響,在方滑枕上部安裝了兩套拉桿油缸機(jī)構(gòu),隨著方滑枕伸出位置的變化,電液比例閥控制油缸的壓力也隨之改變,保證了方滑枕的直線度。
主軸箱采用雙吊點(diǎn)平衡結(jié)構(gòu),主吊點(diǎn)與立柱內(nèi)平衡錘相連,用以平衡主軸箱的重量。補(bǔ)償?shù)觞c(diǎn)的一端固定在主軸箱前端的油缸活塞桿上,通過(guò)一組輪系與主軸箱后端固定連接,當(dāng)滑枕伸出位置改變時(shí),電液比例閥油缸壓力隨之變化,從而使補(bǔ)償?shù)觞c(diǎn)的拉力產(chǎn)生相應(yīng)的變化,使主軸箱部件重心位移得到補(bǔ)償,從而使主軸箱保持原平衡狀態(tài),保證了滑枕移動(dòng)精度,從而保證了機(jī)床的加工精度。
方滑枕前端面可安裝附件頭和感應(yīng)開(kāi)關(guān),機(jī)床在方滑枕前端面安裝加工用附件后,滑枕的重心也會(huì)發(fā)生變化,為了補(bǔ)償重心的變化,在主軸箱前方滑枕支撐中間位置安裝了一個(gè)附件支承油腔,當(dāng)安裝不同重量附件時(shí),經(jīng)感應(yīng)開(kāi)關(guān)識(shí)別,由電液比例閥控制油腔增加不同的壓力,并且壓力隨方滑枕的位置變化而變化。平衡了附件的重力及附加的扭矩。
1.2 電氣控制實(shí)現(xiàn)撓度補(bǔ)償技術(shù)
機(jī)床一般采用西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)。設(shè)定滑枕前后移動(dòng)為Z 軸,鏜桿水平移動(dòng)為W 軸,主軸箱上下移動(dòng)為Y 軸、立柱左右移動(dòng)為X 軸。對(duì)于滑枕伸出的下垂偏差量,通常采用兩種補(bǔ)償方式:一是通過(guò)編制數(shù)控系統(tǒng)PLC(可編程序控制器)程序,控制高精度電液比例閥的放大器,驅(qū)動(dòng)機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)的動(dòng)作,二是利用數(shù)控系統(tǒng)的垂度補(bǔ)償選項(xiàng)功能進(jìn)行補(bǔ)償。
1.2.1 PLC程序 控制液壓裝置補(bǔ)償
在滑枕前后移動(dòng)時(shí),數(shù)控系統(tǒng)PLC循環(huán)讀取滑枕移動(dòng)位置,檢測(cè)出垂直坐標(biāo)的位置偏差數(shù)值,通過(guò)編制的西門(mén)子S7 PLC程序進(jìn)行自動(dòng)邏輯運(yùn)算處理,不斷調(diào)節(jié)電液比例閥控制放大器的0~10V模擬電壓,使上述機(jī)械機(jī)構(gòu)中的拉桿油腔壓力達(dá)到適當(dāng)比值,提供不同的拉力。
最初的補(bǔ)償思路是在滑枕的有效行程內(nèi),以滑枕(鏜桿)伸出最小位置為曲線原點(diǎn),以其伸出最遠(yuǎn)端和原點(diǎn)之間建立補(bǔ)償行程,采集若干垂直坐標(biāo)(Y軸)位置點(diǎn)的偏差值,給出電液比例閥放大器的對(duì)應(yīng)模擬電壓值。但實(shí)際補(bǔ)償時(shí)發(fā)現(xiàn)由于液壓流動(dòng)性的影響,滑枕移動(dòng)時(shí),Y軸位置抬高補(bǔ)償延遲滯后,跳動(dòng)較大,存在瞬間突變,線性較差,且PLC控制程序輸入繁瑣,調(diào)試復(fù)雜。
改進(jìn)后將補(bǔ)償值與行程以曲線(或線段)制作補(bǔ)償數(shù)據(jù)曲線圖表,并分割成多段直線,在一定的距離間隔中,通過(guò)設(shè)定或修改用戶數(shù)據(jù),改變線段的斜率,使電液比例閥放大器電壓基本連續(xù)變化,補(bǔ)償拉力同步線性增加或減少,系統(tǒng)PLC程序簡(jiǎn)潔明了,也便于批量調(diào)試,用戶可在參數(shù)表中隨時(shí)設(shè)定數(shù)據(jù)并加以調(diào)整。
以西門(mén)子828D 數(shù)控系統(tǒng)行程700mm為例,選擇滑枕Z軸0~-400,-400~-700兩段負(fù)向行程,確定補(bǔ)償直線的斜率比值,下述程序,簡(jiǎn)要說(shuō)明電氣邏輯程序補(bǔ)償過(guò)程。
設(shè)定滑枕水平移動(dòng)為Z軸(第3軸)
LD SM0.0
= DB2600.DBX1.1 // 請(qǐng)求讀取滑枕Z軸的實(shí)際位置
LD SM0.0
A DB 3902.DBX0.4 // 讀取滑枕Z軸的實(shí)際位置
AD<= DB5702.DB0,+0
= M336.0 // 比較實(shí)際坐標(biāo)位置是否小于等于0
A M336.0
MOVR DB5702.DB0,MD300 // 將實(shí)際坐標(biāo)位置除以-700
/R -700.0,MD300 // 結(jié)果送到MD300
A M336.0
MOVR MD 300, MD304 // 將MD300數(shù)值乘以實(shí)數(shù)26214
*R 26214.0,M304 // 結(jié)果送到MD304
LDR< DB5702.DBD0,0.0
AR>= DB5702.DBD0,-400.0 // 實(shí)際位置小于0大于等于-400時(shí)
MOVR MD304,MD324 // 將MD304數(shù)值與機(jī)床用戶數(shù)據(jù)MD14514(1)
AENO //(在操作面板設(shè)定數(shù)值)相乘賦給MD324
*R DB4500.DBD2000,MD324
MOVR MD324, MD328 // MD324除以用戶數(shù)據(jù)MD14514 (2 )
/R DB4500.DBD2004, MD328 // 賦給MD328
LDR< DB5702.DBD0,-400.0
AR>= DB5702.DBD0,-700.0 // 實(shí)際位置小于-400大于等于-700時(shí)endprint
MOVR MD304,MD424 // 將MD304數(shù)值與用戶數(shù)據(jù)MD14514(3)
AENO //(在操作面板設(shè)定數(shù)值)相乘賦給MD424
*R DB4500.DBD2008,MD 424
AENO
MOVR MD424, MD428 // MD424除以用戶數(shù)據(jù)MD14514(4)
/R DB4500.DBD2012, MD428 // 賦給MD428
TRUNC MD328,MD308 // 將MD328數(shù)據(jù)取整賦給MD308
TRUNC MD428,MD308 // 將MD428數(shù)據(jù)取整賦給MD308
A M336.0
MOVW MW308,QW60 // 將模擬量補(bǔ)償值賦給QW60放大器
其中QW60為輸出到放大器的模擬電壓,調(diào)整MD 14514用戶參數(shù)匹配比例閥體輸出壓力。
1.2.2 數(shù)控系統(tǒng)垂度補(bǔ)償功能
對(duì)于該選項(xiàng)功能,應(yīng)使用相應(yīng)的系統(tǒng)參數(shù)激活該功能:
1)定義滑枕Z軸為基準(zhǔn)軸,受基準(zhǔn)軸影響的主軸箱上下移動(dòng)Y軸定義為補(bǔ)償軸?;鶞?zhǔn)軸作為輸入,補(bǔ)償軸作為輸出。
2)利用參數(shù)“MD18342:$MN_MM_CEC_MAX_POINT〔t〕” 根據(jù)滑枕基準(zhǔn)軸的行程設(shè)定垂度補(bǔ)償?shù)淖畲笱a(bǔ)償點(diǎn)數(shù);最大補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)由基準(zhǔn)軸的行程確定補(bǔ)償區(qū)間和補(bǔ)償步距,計(jì)算出合適的補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。
3)備份機(jī)床數(shù)據(jù),再回裝備份數(shù)據(jù),數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成垂度補(bǔ)償表的初始化文件。設(shè)置“SD41300:$SN_CEC_TABLE_ENABLE〔t〕=1”,激活垂度補(bǔ)償表。
4)打開(kāi)補(bǔ)償文件,將誤差值填入補(bǔ)償文件中。
5)輸入或運(yùn)行補(bǔ)償文件,設(shè)定軸參數(shù)MD32710=1,重啟系統(tǒng),返回機(jī)床參考點(diǎn)后補(bǔ)償值生效。
6)在“診斷”畫(huà)面的絕對(duì)補(bǔ)償測(cè)量系統(tǒng)中移動(dòng)Z軸可查看到Y(jié)軸生效的補(bǔ)償值。
$AN_CEC[0,0]=-0.22
$AN_CEC[0,1]=-0.19
………. (以上定義補(bǔ)償插補(bǔ)點(diǎn)的補(bǔ)償值)
$AN_CEC_INPUT_NCU[0]=1
$AN_CEC_INPUT_AXIS[0]=(AX3) (基準(zhǔn)軸Z)
$AN_CEC_OUTPUT_NCU[0]=1
$AN_CEC_OUTPUT_AXIS[0]=(AX2) (補(bǔ)償軸)
$AN_CEC_STEP[0]=20 (定義補(bǔ)償間隔距離)
$AN_CEC_MIN[0]=-700 (基準(zhǔn)軸起始位置)
$AN_CEC_MAX[0]=0 (基準(zhǔn)軸終點(diǎn)位置)
$AN_CEC_DIRECTION[0]=0 (0:基準(zhǔn)軸雙向移動(dòng)時(shí)補(bǔ)償值生效)
$AN_CEC_MULT_BY_TABLE[0]=0(定義補(bǔ)償相乘表)
$AN_CEC_IS_MODULO[0]=0 (補(bǔ)償表為非模態(tài))
滑枕上安裝有不同重量附件,會(huì)產(chǎn)生不同的撓度變化,因此要求各附件對(duì)應(yīng)有各自補(bǔ)償數(shù)據(jù)。系統(tǒng)可以生成多個(gè)補(bǔ)償表文件(最大61個(gè)),將補(bǔ)償文件格式改為加工程序,輸入補(bǔ)償值,選擇運(yùn)行補(bǔ)償零件程序,以適應(yīng)各種附件克服撓度對(duì)機(jī)床位置精度的影響。
2 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)西門(mén)子數(shù)控系統(tǒng)垂度補(bǔ)償功能以及編制的PLC補(bǔ)償程序,有效地解決了機(jī)床滑枕伸出加工時(shí)的精度誤差問(wèn)題,較好地抑制撓度變形,從而提高了機(jī)床的加工精度。
【參考文獻(xiàn)】
[1]SINUMERIK 810D/840D,簡(jiǎn)明調(diào)試指南.
[2]SINUMERIK828D/828D BASIC,簡(jiǎn)明調(diào)試指南.endprint