西门子840D数控系统在机床滑枕补偿中的应用

0 引言

　　对数控镗床而言，当滑枕或镗杆前后移动时，由于机械结构的原因，支撑座体的重心位置会前后移动，导致滑枕和镗杆发生倾斜，以及弹性变形、配合间隙使滑枕和镗杆的前端位置下沉形成低头现象，进而产生与机床坐标系的偏差。如果滑枕或镗杆与立柱不垂直，随着滑枕或镗杆的向外移动，主轴前端刀具中心点与理想轨迹偏差会发生相应的变化。为校正这些误差，除加大滑枕和镗杆本身的刚度外，必须通过机械和电气等手段进行补偿，以提高加工工件的表面结合度和孔直线度等方面的精度。西门子数控840D 系统具有强大的挠度补偿功能，同时其PLC 和HMI 也有更大的柔性空间，使各种功能的实现更加完善。在滑枕补偿方面，使用840D 系统可以系统地、灵活地实现补偿目的，达到理想的效果。

1 对镗床滑枕的补偿方法

　　数控镗床主要以机械和电气相结合的方式来实现滑枕补偿，但在镗床上应具备相关的执行机构（滑枕补偿装置） ：① 通过机械和液压部件调整滑枕补偿值；②通过吊链或拉链重锤等机械部件调整滑枕补偿值。在进行滑枕补偿时要分两步：其一，应力补偿，即先解决工件的加工表面接合度不好的问题；其二，各轴交叉补偿（挠度补偿） ，解决镗孔加工时的垂直度问题。

2 通过PLC 实现镗床滑枕的应力补偿

　　2.1 测量应力补偿对应的数据值

　　为正确有效地实现滑枕补偿，必须要测量相关数据。首先利用相关工具测量滑枕移动时主轴端面与理论坐标平面的偏差。

　　数控镗床中，一般情况下设定滑枕移动为W 轴，镗杆移动为Z 轴，立柱上下移动为Y 轴、立柱左右移动为X 轴。通过S7－300PLC 对补偿装置进行控制，逐步调整主轴端面与X Z 平面的垂直度，当达到误差允许值时，S7－300PLC 数据块中的数值就是滑枕补偿值。值得注意的是，在对有机械附件的镗床作补偿时，应分别就不同附件测量相应数据。

　　（1） 在无附件时，镗杆与滑枕同步的条件下，测量主轴旋转面与X Z 平面的垂直度，如图1所示。

图1 无附件时主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量 

　　（2） 在平旋盘、延伸铣头、反刮铣头等附件头安装后，测量主轴旋转面与XZ 平面的垂直度，如图2所示。

图2 　安装平旋盘、延伸铣头、反刮铣头等附件头后主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量 

　　（3） 万向铣头、卧式铣头、5轴铣头（主轴锥孔向下）等附件头安装后，测量主轴旋转面与X Z 平面的垂直度，如图3所示。

图3 　安装万向铣头、立卧铣头、5轴铣头附件头后主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量 

　　（4） 安装防护板（只有镗杆移动）等附件头后，测量主轴旋转面与X Z 平面的垂直度，如图4所示。

图4 　安装防护板等附件头后主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量 

　　（5） 在进行完各工况下的垂直度测量后，测量滑枕及其安装各种附件头时的挠度值，如图5所示。

图5 滑枕及其安装各种附件头时的挠度值测量

　　（6） 在进行完各工况下的垂直度测量后，测量镗杆以及安装护板时的挠度值，如图6 所示。

图6　测量镗杆及其安装护板时的挠度值 

　　滑枕和镗杆移动，伸出长度（行程）不同，滑枕和镗杆的轴向与理论坐标轴向也不尽相同。称垂直方向的偏差为误差值，即误差值与滑枕和镗杆的行程相关；而通过补偿装置弥补不同行程的误差值，采用的调整数值称为补偿值，亦与滑枕和镗杆的行程相关。可以将补偿值与行程以曲线（或线段）建立补偿数据曲线图表，一般以滑枕（镗杆）伸出最小位置为曲线原点，以其伸出最远端和原点之间建立补偿行程。