数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿系统的研究

数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿系统的研究 王 海军 王莘 澳 齐齐哈尔二机床 集 团 有限责任公司设计研 究院 黑龙江 齐齐哈尔 1 6 1 0 0 5 摘要 研究了数控铣镗床滑枕进给精确定位 系统的关键技术 介绍了以基准杆和位移传感器方式对实现数 控铣镗床滑枕精确定位补偿系统的关键结构和 实现过程 关键词 数控铣镗床滑枕位移传感器定位补偿系统 Re s e a r c h o n Ra m F e e d Ac c u r a t e P o s i t i o n i n g Co mp e n s a t e Sy s t e m o f CNC Mi l l i n g a n d Bo r i n g Ma c h i n e WA N G H a i j u n WA N G S h e n a o D e s i g n I n s t i t u t e Q i q i h a r N o 2 Ma c h i n e T o o l G r o u p C o L t d Q i q i h a r 1 6 1 0 0 5 C H N Abs t r a c t Th i s a r t i c l e s t u d i e s ke y t e c hn o l o g y o n r a m f e e d a c c u r a t e p o s i t i o ni n g c o mp e n s a t e s y s t e m o f CNC mi l l i n g a n d b o r i n g ma c h i n e I t i n t r o d u c e s t h a t k e y s t r u c t u r e a n d r e a l i z i ng p r o c e s s o f r a m f e e d a c c ur a t e p o s i t i o n i n g c o mp e n s a t e s y s t e m o f CNC mi l l i ng a n d b o r i n g ma c h i n e a r e c a i e d o ut b y t h e wa y o f r e f e r e n c e r o d a n d d i s pl a c e me nt t r a n s d uc t i o n Ke y wo r ds CNC Mi l l i n g a nd Bo r i n g Ma c h i n e Ra m Di s p l a c e me n t T r a n s du c e r Ac c u r a t e Po s i t i o ni n g Co mpe n s a t e S y s t e m 对于数控机床 其加工精度是衡量数控机床制造 水平的一个重要 因素 其 中数控铣镗床滑枕在工作过 程 中 受温度因素影 响 长度会 变化 使滑枕的理论与 实际定位值产生偏差 从而严重影响 了数控铣镗床的 加工精度 为了消除温度变化对数控铣镗床滑枕定位 精度的影响 建立数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿 系统已成为必然 数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿 技术 的成功研制可大大提高数控铣镗床 的加工精度 降低数控铣镗床的调试周期 从而降低制造成本 极大 提高企业的竞争力 1 设计思想 数控铣镗床的滑枕 内部装有铣轴和镗轴 由于铣 镗轴的高速运转产生 的热量会传递给滑枕 使滑枕产 生热膨胀 从而影响加工工件的平面度 机床规格不同滑枕大小也不 同 而滑枕 自身形状 又不规则 其 受热伸长量 与温度 的关 系不 容易测得 而材料 固定 形状规则的杆件 其伸长量与温度变化关 系很容易通过试验 测得 这个杆 件称 为基准杆 将基 准杆的一端固定在滑枕的前部 另一端自由伸展 当滑 征 提取 曲面对称基准面特征并 以基准 面进行镜像 复 制 同时采取切去对 称面处 的棱线并用 P r o E的边界 混合命令插入一相切曲面的方法重建 曲面可保证重构 曲面的完全对称 该方法可 以在 WI N D O WS X P平台上 用 G e o ma g i c S t u d i o和 P r o E实现 在玩具 汽车 摩托 车等复杂外形覆盖件的逆向工程应用中具有较高的实 用价值 参考文献 1 S A F r i e d b e r g F i n d i n g a x e s o f s k e w e d s y mm e t r i e s J C o mp u t e r V i s i o n G r a p h i c s a n d h n a g e P r o c e s s i n g 1 9 8 6 3 4 2 1 3 8 1 5 5 2 刘晓宇 刘德平 等 任意位置回转面特征参数的提取 J 测量与设 备 2 0 0 8 3 l 9 2 2 z u u 年 4 卅 3 金涛等 陈建 良 等 三维模型对称平面重建 的特征匹配方法 J 计 算机辅助设计与图形学学报 2 0 0 3 5 6 1 6 6 2 0 4 黄诚驹 齐荣 基 于 G e o Ma g i c的异 形 曲面快 速 数字建 模技 术研 究 J 机械与 电子 2 0 0 4 9 1 9 2 1 5 黄圣杰 张益三等编著 P r o E高级开 发实例 M 北京 电子工业 出 版社 2 0 0 2 作者 李燕 女 1 9 6 2年 生 教授 工学硕士 研 究 方向 计 算机三维建模与逆向工程技术 编辑李静 收稿 E l 期 2 0 0 9 0 8 3 0 文 章编号 l o 4 2 2 如果您 懋发表对本文的看法 请将文章编号填入读者意见调查表中的 相魔位置 71 枕在某一温度下伸长时 将带动基准杆移动 通过与基 准杆尾部接触的位移传感器可精确地检测出位移量 将这个位移量减去基准杆 自身的伸长量就可确定滑枕 的伸长量 伺服 电动机补偿就是通过滚珠丝杠向相反 方向驱动滑枕实现的 2 结构及 工作原理 2 1 数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿系统的结构 设 计 如图 1 所示 滑枕 2安装于主轴箱 1内 并且相对 于主轴箱 1 运动 该装置的基准杆 3一端固定于滑枕 2的前部 另一端为 自由端 在长度方向上采用两个支 座 4支承 保证其水平伸展 位移传感器 5在常温下 安装 与基准杆 自由端端部接触 当温度升高时 基准 杆 3自由端位置发生变化 位移传感器 5检测到这一 变化量 并将变化量数据传送给数控系统 数控系统将 这一数值减去基准杆 自身的受热伸长量 其差值便 为 滑枕的受热伸长量 最后数控系统控制伺服 电动机 6 驱动滚珠丝杠 7带动滑枕 2反 向运动 从而对滑枕 2 伸长给予补偿 补偿流程如图2所示 一 一 7 6 1 一主轴箱 2 一滑枕 3 一基准杆 4 一支座 5 位移传感器 6 一伺服 电动机 7 一滚珠丝杠 图 l数控 铣镗床滑枕进 给精确 定位补偿系统结构示意图 囹2 数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿系统流程图 基准杆 3自身在不同温度下的伸长量可通过热膨 胀系数公式求得 L L a T 式中 为热膨胀产生 的长度变化 为基准杆原 长 度 a 为基准杆材料 的热膨胀系数 为基准杆温度 7 2 的变化 其 中热膨胀系数 a可以通过试验测得 通常 情况下 滑枕 2在工作 中温度 的变化范围为 2 0 6 0 在这个温度范围内测量若干个温度下基准杆 3的 伸长量 J 基准杆 3的伸长量 随温度的变化产生 线性变化 进而算出热膨胀 系数 a 这个 系数可作为 常量输入机床数控系统 位移传感器 5测得的值是基准杆 3自身伸长量与 滑枕 2伸长量之和 位移传感器 5将测得值反馈给数 控系统 数控系统通过数据处理得到滑枕 2的伸长量 进而控制伺服电动机 6进行对滑枕 2的精度补偿 2 2 数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿 系统的工作 原 理 滑枕通过滚珠丝杠与伺服电动机相连 滑枕上固 定有基准杆及位移传感器 基准杆为材料固定且形状 规则的杆件 基准杆 的一端固定在滑枕上 另一端 自 由伸展且其端面与位移传感器相接触 通过对滑枕进 给的精确定位研究 建立了一套系统的补偿理论 适 用于不同规格数控落地铣镗床的滑枕的精度补偿 3 应用范 围 目前数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿系统已广 泛用于 F A一 1 3 0 F A一 1 6 0 T K H 6 9 1 3 T K H 6 9 1 6 T K H 6 9 2 0 T K H 6 9 2 5 T K H 6 9 2 6等 镗轴直径范 围为 t h l 3 0 2 6 0 m m 主轴转速范围为 6 5 0 3 0 0 0 r mi n 进给速度范围为 6 0 0 0 1 5 0 0 0 m m m i n 可实现 多轴控制及五轴联动的数控铣镗床的滑枕精度补偿 此系统的成功研制和应用 使数控铣 镗床 的加工平面 度 由原来的 0 1 m m减小到 0 0 1 5 I E i m甚至更小 使 我国的数控铣镗床的加工精度达到 了国际水平 缩短 了我国与世界先进数控铣镗床制造企业的差距 4结语 数控铣镗床滑枕进给精确定位补偿系统的成功研 制和应用使数控落地铣镗床的加工精度达到了国际先 进水平 从而使