0 引言

　　對(duì)數(shù)控鏜床而言，當(dāng)滑枕或鏜桿前后移動(dòng)時(shí)，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的原因，支撐座體的重心位置會(huì)前后移動(dòng)，導(dǎo)致滑枕和鏜桿發(fā)生傾斜，以及彈性變形、配合間隙使滑枕和鏜桿的前端位置下沉形成低頭現(xiàn)象，進(jìn)而產(chǎn)生與機(jī)床坐標(biāo)系的偏差。如果滑枕或鏜桿與立柱不垂直，隨著滑枕或鏜桿的向外移動(dòng)，主軸前端刀具中心點(diǎn)與理想軌跡偏差會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。為校正這些誤差，除加大滑枕和鏜桿本身的剛度外，必須通過機(jī)械和電氣等手段進(jìn)行補(bǔ)償，以提高加工工件的表面結(jié)合度和孔直線度等方面的精度。西門子數(shù)控840D 系統(tǒng)具有強(qiáng)大的撓度補(bǔ)償功能，同時(shí)其PLC 和HMI 也有更大的柔性空間，使各種功能的實(shí)現(xiàn)更加完善。在滑枕補(bǔ)償方面，使用840D 系統(tǒng)可以系統(tǒng)地、靈活地實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償目的，達(dá)到理想的效果。

1 對(duì)鏜床滑枕的補(bǔ)償方法

　　數(shù)控鏜床主要以機(jī)械和電氣相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)滑枕補(bǔ)償，但在鏜床上應(yīng)具備相關(guān)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)（滑枕補(bǔ)償裝置） ：① 通過機(jī)械和液壓部件調(diào)整滑枕補(bǔ)償值；②通過吊鏈或拉鏈重錘等機(jī)械部件調(diào)整滑枕補(bǔ)償值。在進(jìn)行滑枕補(bǔ)償時(shí)要分兩步：其一，應(yīng)力補(bǔ)償，即先解決工件的加工表面接合度不好的問題；其二，各軸交叉補(bǔ)償（撓度補(bǔ)償） ，解決鏜孔加工時(shí)的垂直度問題。

2 通過PLC 實(shí)現(xiàn)鏜床滑枕的應(yīng)力補(bǔ)償

　　2.1 測(cè)量應(yīng)力補(bǔ)償對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)值

　　為正確有效地實(shí)現(xiàn)滑枕補(bǔ)償，必須要測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)。首先利用相關(guān)工具測(cè)量滑枕移動(dòng)時(shí)主軸端面與理論坐標(biāo)平面的偏差。

　　數(shù)控鏜床中，一般情況下設(shè)定滑枕移動(dòng)為W 軸，鏜桿移動(dòng)為Z 軸，立柱上下移動(dòng)為Y 軸、立柱左右移動(dòng)為X 軸。通過S7－300PLC 對(duì)補(bǔ)償裝置進(jìn)行控制，逐步調(diào)整主軸端面與X Z 平面的垂直度，當(dāng)達(dá)到誤差允許值時(shí)，S7－300PLC 數(shù)據(jù)塊中的數(shù)值就是滑枕補(bǔ)償值。值得注意的是，在對(duì)有機(jī)械附件的鏜床作補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)分別就不同附件測(cè)量相應(yīng)數(shù)據(jù)。

　?。?） 在無附件時(shí)，鏜桿與滑枕同步的條件下，測(cè)量主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度，如圖1所示。

圖1 無附件時(shí)主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度測(cè)量

　?。?） 在平旋盤、延伸銑頭、反刮銑頭等附件頭安裝后，測(cè)量主軸旋轉(zhuǎn)面與XZ 平面的垂直度，如圖2所示。

圖2 　安裝平旋盤、延伸銑頭、反刮銑頭等附件頭后主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度測(cè)量

　　（3） 萬向銑頭、臥式銑頭、5軸銑頭（主軸錐孔向下）等附件頭安裝后，測(cè)量主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度，如圖3所示。

圖3 　安裝萬向銑頭、立臥銑頭、5軸銑頭附件頭后主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度測(cè)量

　　（4） 安裝防護(hù)板（只有鏜桿移動(dòng)）等附件頭后，測(cè)量主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度，如圖4所示。

圖4 　安裝防護(hù)板等附件頭后主軸旋轉(zhuǎn)面與X Z 平面的垂直度測(cè)量

　?。?） 在進(jìn)行完各工況下的垂直度測(cè)量后，測(cè)量滑枕及其安裝各種附件頭時(shí)的撓度值，如圖5所示。

圖5 滑枕及其安裝各種附件頭時(shí)的撓度值測(cè)量

　?。?） 在進(jìn)行完各工況下的垂直度測(cè)量后，測(cè)量鏜桿以及安裝護(hù)板時(shí)的撓度值，如圖6 所示。

圖6　測(cè)量鏜桿及其安裝護(hù)板時(shí)的撓度值

　　滑枕和鏜桿移動(dòng)，伸出長(zhǎng)度（行程）不同，滑枕和鏜桿的軸向與理論坐標(biāo)軸向也不盡相同。稱垂直方向的偏差為誤差值，即誤差值與滑枕和鏜桿的行程相關(guān)；而通過補(bǔ)償裝置彌補(bǔ)不同行程的誤差值，采用的調(diào)整數(shù)值稱為補(bǔ)償值，亦與滑枕和鏜桿的行程相關(guān)?？梢詫⒀a(bǔ)償值與行程以曲線（或線段）建立補(bǔ)償數(shù)據(jù)曲線圖表，一般以滑枕（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。

　　2.2 自動(dòng)實(shí)現(xiàn)應(yīng)力補(bǔ)償

　　在核對(duì)補(bǔ)償裝置（比例閥或牽引機(jī)構(gòu)等裝置）對(duì)于有效行程的調(diào)整數(shù)值后，可編制西門子PLC 的S7－300程序?qū)θ谐踢M(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償。程序主要內(nèi)容有：① 根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定滑枕和鏜桿的行程步距STEP ；② 建立滑枕和鏜桿的數(shù)據(jù)塊DB ，數(shù)據(jù)類型依據(jù)補(bǔ)償執(zhí)行裝置原理而定；③ 建立各種附件需要的數(shù)據(jù)塊DB ；④ 再結(jié)合Y 軸行程整合所有數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的補(bǔ)償方法采用不同的語言格式主要實(shí)現(xiàn)全行程補(bǔ)償、自動(dòng)識(shí)別補(bǔ)償對(duì)象、數(shù)值轉(zhuǎn)換；⑤ 編制安全保護(hù)，防止數(shù)據(jù)溢出、補(bǔ)償過激等事故；⑥ 適當(dāng)編制“微量手動(dòng)”功能，以便于維修調(diào)整時(shí)測(cè)量數(shù)值。

　　如果由于機(jī)械等原因?qū)е禄硐蚯昂拖蚝笠苿?dòng)到同一測(cè)量點(diǎn)時(shí)，補(bǔ)償裝置對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)不同，則應(yīng)使用雙向線性補(bǔ)償方式，建立兩套數(shù)據(jù)塊。

3 通過NC 實(shí)現(xiàn)鏜床的交叉補(bǔ)償

　　3.1 使用Sag compensation 撓度補(bǔ)償功能的步驟

　　要實(shí)現(xiàn)撓度補(bǔ)償，則須通過西門子NC 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，即進(jìn)行各軸之間的交叉補(bǔ)償。下面以西門子840DNC 代碼為例簡(jiǎn)述其具體步驟：

　?。?） 確定需要補(bǔ)償?shù)木唧w點(diǎn)數(shù)、行程、方向等相關(guān)信息。

　?。?） 結(jié)合以上信息，設(shè)定相關(guān)參數(shù)。MD18342設(shè)定內(nèi)容為：（補(bǔ)償終點(diǎn)－ 補(bǔ)償起點(diǎn)）／（步距＋ 1） 。確認(rèn)MD18342參數(shù)后，以先備份再回裝方式重啟系統(tǒng)，生成補(bǔ)償初始化文件。

　?。?） 在初始化文件中，先設(shè)定以下變量

　　以上過程可以在服務(wù)界面直接修改復(fù)制后的INI文件或以工件程序的形式進(jìn)行。

　?。?） 設(shè)定相關(guān)參數(shù)。MD32710 設(shè)定為1 ；MD41300［］設(shè)定為1。

　　（5） 執(zhí)行NCK RESET 。

　　（6） 執(zhí)行回零過程（絕對(duì)值系統(tǒng)直接生效） 。

　?。?） 在診斷界面可觀察SAG ＋ TemperatureCompensation Value 垂度＋ 溫度補(bǔ)償實(shí)際值這一欄，通過正反運(yùn)動(dòng)，其數(shù)值應(yīng)依據(jù)補(bǔ)償表作相應(yīng)的線性變化。

　　3.2 對(duì)無附件安裝的補(bǔ)償數(shù)據(jù)

　　對(duì)無附件安裝的鏜床而言，通過以上7個(gè)步驟之后，在初始化文件中存儲(chǔ)一套補(bǔ)償數(shù)據(jù)即可。

　　3.3 對(duì)安裝有不同附件的補(bǔ)償數(shù)據(jù)

　　如有不同附件安裝到滑枕上，會(huì)產(chǎn)生不同的撓度變化，這就要求各附件必須有各自對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償數(shù)據(jù)。同樣，通過以上7個(gè)步驟之后，應(yīng)用PLC 和NC 程序接合可以實(shí)現(xiàn)附件頭更換后系統(tǒng)自動(dòng)更新相應(yīng)的滑枕補(bǔ)償數(shù)據(jù)。

　　本文以安裝5號(hào)反刮銑頭為例，介紹相關(guān)NC 程序結(jié)構(gòu)。在此附件自動(dòng)安裝后，PLC 程序會(huì)判斷其是否為5號(hào)附件，如果是，則會(huì)自動(dòng)執(zhí)行子程序SPF９９５（5 號(hào)附件補(bǔ)償數(shù)據(jù)生效程序） 。

　?。?） 附件識(shí)別程序?yàn)椋?/span>

　?。?） 5號(hào)附件補(bǔ)償數(shù)據(jù)生效程序SPF995為

　　同理，可編制對(duì)于鏜桿和其他附件的NC 補(bǔ)償程序，這樣才能解決對(duì)多種附件應(yīng)用時(shí)的滑枕補(bǔ)償問題。

4 通過HMI 界面進(jìn)一步完善滑枕補(bǔ)償控制

　　為了維修和操作方便，在西門子數(shù)控系統(tǒng)PCU50上須編制HMI OEM 界面。OEM 界面中提示信息包括補(bǔ)償對(duì)象、補(bǔ)償數(shù)值（分滑枕、鏜桿、各種附件頭） 、滑枕和鏜桿位置、滑枕補(bǔ)償反饋裝置狀態(tài)信息（如拉力測(cè)量值） 、滑枕補(bǔ)償裝置狀態(tài)（是否超限位，電機(jī)負(fù)載等） 、補(bǔ)償是否生效等信息。OEM 界面中提供的可操作內(nèi)容包括自動(dòng)補(bǔ)償功能啟動(dòng)／停止、手動(dòng)測(cè)量功能啟動(dòng)／停止、補(bǔ)償裝置手動(dòng)功能啟動(dòng)／停止等。

5 結(jié)束語

　　通過對(duì)鏜床滑枕撓度變化的補(bǔ)償實(shí)際測(cè)量和對(duì)西門子840D 進(jìn)行撓度的補(bǔ)償、S7－300PLC 全行程自動(dòng)補(bǔ)償、HMI 畫面等手段，使機(jī)械、電氣相結(jié)合的補(bǔ)償方式得到有效應(yīng)用，可以解決使用鏜床滑枕加工時(shí)的精度問題，很好地抑制撓度變化，從而提高鏜孔加工精度和工件表面接合度。