大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法及装置 技术领域：

本发明涉及大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的补偿，尤其是大 型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法及装置。 背景技术：

随着社会的发展，技术的进步，加工设备的重型化，就会出现许 多的技术问题需要解决。其中大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜就是 亟待解决的关键技术，它关系机床主要精度。

滑枕移动倾斜是指：滑枕前端在伸出主轴箱后，由于各种原因引 起的前端向下倾斜。它直接影响滑枕的直线度。

滑枕移动直线度误差：滑枕前端运动轨迹偏离理想参考直线的误 差。它决定着滑枕进给轨迹的直线精度，是数控卧式铣镗床的一项重 要精度指标。

滑枕移动直线度的意义：滑枕移动直线度保证滑枕进给轨迹的直 线性，直接影响加工工件的精度。首先，滑枕移动直线度保证刀具移 动的直线移动，进而保证加工工件的直线度及平面度。其次，滑枕移 动直线度影响滑枕端面与基准竖直面的平行度，进而影响镗轴、铣轴， 引起刀具安装的龟度误差，这种误差最后影响工件的几何精度。

引起滑枕移动倾斜的原因：首先，滑枕在主轴箱内移动，导致主 轴箱和滑枕整体的重心偏移，在垂直面内微小下移，在水平面前移， 使得主轴箱向滑枕伸出方向倾斜，滑枕也跟随倾斜；其次，由于滑枕 的伸出，形成了悬臂梁，自重导致滑枕伸出部分向下挠曲，如果滑枕 前端安装附件，这种作用就更加的严重；第三，滑枕重心前移导致油 膜厚度变化，导致滑枕倾斜。

现有的补偿方法：

1) 、主轴箱重心位移补偿通过调整油缸改变钢丝绳的长度， 使重心位置在垂直面内升高；

2) 、滑枕变形补偿通过滑枕上面两对称油缸拉紧，通过作用 力增加滑枕刚度，使滑枕有被拉直的趋势，减小滑枕挠曲变形量；

3) 、安装附件补偿在滑枕底部设置油腔，增大其压力，抬高滑枕，起到补偿的作用。

现有数控卧式铣镗床，以上三种补偿方式同时应用在滑枕补偿上。

现有补偿方法的效果在实际的应用中，滑枕伸出在500毫米时， 滑枕移动的直线度为0. 02毫米，在全伸出时0. 08毫米。现有补偿方 法的不足之处是滑枕伸出后，滑枕由于重心位移产生的倾斜，全部靠 主轴箱位移补偿，这样主轴箱产生过变形，而滑枕的倾斜没有补偿， 由于主轴箱有过变形，影响大型数控卧式铣镗床的运动精度，从而影 响加工工件的质量。 发明内容：

为了解决现有大型数控卧式铣镗床滑枕伸出补偿范围不够和精 度差的问题，本发明提供一种大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导 轨补偿方法及装置，该大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿 方法及装置具有补偿范围较大,补偿效果和精度好的特点。

本发明的技术方案是：大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨 补偿装置，包括主轴箱导轨腔内与滑枕接触的前后上下导轨板，前后 上导轨板与滑枕接触面外端分别设置有前上变压液压腔及后上变压 液压腔，前后下导轨板与滑枕接触面外端分别设置有前下变压液压 腔及后下变压液压腔，前上变压液压腔与后下变压液压腔组成A组变

压液压腔，前下变压液压腔与后上变压液压腔组成B组变压液压腔，A 组变压液压腔通过管路与A组液压阻尼体相并连，A组液压阻尼体通 过管路与A组比例减压阀连通；B组变压液压腔通过管路与B组液压 阻尼体相并连，B组液压阻尼体通过管路与B组比例减压阀连通；A 组比例减压阀及B组比例减压阀的油路分别通过管路与机床液压系 统相连通，A组比例减压阀及B组比例减压阀的电路分别通过导线与 控制系统相连通。

大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法，包括以下步

骤：

1) 、补偿间距和补偿点的确定：通过实验确定滑枕移动的数个 直线度补偿点；

2) 、电气补偿值的确定：采集数个直线度补偿点的直线度变量和其对应A组比例减压阀及B组比例减压阀的电气补偿值；

3)、电气控制：将采集的数个关键直线度补偿点直线度变量和 其对应A组比例减压阀及B组比例减压阀电气补偿值通过控制面板输

入到该机床数控系统的PLC中，在滑枕工作状态下，滑枕在相邻补偿 点之间的距离内，通过A组比例减压阀及B组比例减压阀控制导轨腔

内上下面斜对的变压液压腔对导轨直线度补偿。

本发明具有如下有益效果：该大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜

的导轨补偿装置，根据向上挠曲力原理和按上下面斜对的方式，将二

组变压液压腔为、成两组，利用A组比例减压阀及B组比例减压阀控制

二组液压腔的液压油压强，引起作用在滑枕上压力的变化，形成一个 翻转力矩，扭转滑枕的仰角，达到使滑枕抬头的目的，进而达到补偿 滑枕移动直线度精度的目的。

大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法由于采用实 验确定该机床滑枕直线移动系统的数个关键直线度补偿点，将直线度

补偿点直线度变量和其对应A组比例减压阀及B组比例减压阀的电气 补偿通过控制面板输入到该机床的数控系统PLC中的方法，由该机床 数控系统控制A组比例减压阀及B组比例减压阔，进而控制二组变压 液压腔内液压油的压强对滑枕直线度误差实时进行补偿，使得补偿滑 枕移动直线度的精度和范围得到提高。

由于采用了上述装置和方法，因而扩大滑枕伸出或者縮回直线度 补偿范围，也就是滑枕伸出或者縮回产生的向下倾斜度，提高了补偿 精度，最终大大提高机床加工质量和效率，为企业取得良好的经济效 益发挥了重要作用。 附图说明：

附图l是本发明结构示意图；

附图2是主轴箱与滑枕连接结构示意图；

附图3是图2左视图；

附图4是图2A-A向液压腔分布示意图；

附图5是图2 B-B向液压腔分布示意图；

附图6是本发明液压原理示意图。

图中1-滑枕，2-主轴箱，3-前上变压液压腔，4-前下变压液压腔，5-后上变压液压腔，6-后下变压液压腔，7-A组液压阻尼体，8-A 组比例减压阀，9-B组液压阻尼体，IO-B组比例减压阀，11-等高量 块，12-平尺，13-指示器。

具体实施方式：

下面结合附图，以大型数控卧式铣镗床对本发明作进一步说明： 该机床由床身、滑座、立柱导轨、主轴箱2及滑枕1组成，滑枕1

最大行程为1800毫米，采用西门子840D数控系统。

大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿装置，包括主轴箱 2导轨腔内与滑枕1接触的前后上下导轨板，前后上导轨板与滑枕1 接触面外端分别并排设置有2个前上变压液压腔3及2个后上变压液 压腔5，前后下导轨板与滑枕1接触面外端分别并排设置有2个前下 变压液压腔4及2个后下变压液压腔6，前上变压液压腔3、前下变压 液压腔4、后上变压液压腔5、后下变压液压腔6由带状凹槽组成矩 形，凹槽上有通向主体外的通孔，通孔通过接头连接有管路，2个前 上变压液压腔3与2个后下变压液压腔6组成A组4个变压液压腔，2 个前下变压液压腔4与2个后上变压液压腔5组成B组4个变压液压 腔，A组变压液压腔和B组变压液压腔是随着滑枕1伸出或縮回不同 位置而实时改变油压的变压液压腔，A组变压液压腔通过管路与A组 液压阻尼体7相并连，A组液压阻尼体7通过管路与A组比例减压阀 8连通；B组变压液压腔通过管路与B组液压阻尼体9相并连，B组 液压阻尼体9通过管路与B组比例减压阀10连通；A组比例减压阀8 及B组比例减压阀10的油路分别通过管路与机床液压系统相连通，A 组比例减压阀8及B组比例减压阀10的电路分别通过导线与控制系 统相连通。A组比例减压阀8或B组比例减压阀10输出压力与输入 电信号成比例的减压阀，A组比例减压阔8及B组比例减压阀10作 用是调压，控制变压液压腔不同的压强值，由于一个A组比例减压阀 8或B组比例减压阀10控制4个变压液压腔。A组液压阻尼体7或B 组液压阻尼体9设置在液压回路上，用来增加液压阻尼，以便实现微 量调节各个并联支路压力为目的元件，微量调节各个变压液压腔的压 强，由于4个变压液压腔要求的压力由于各种原因而不同，通过A组 液压阻尼体7或B组液压阻尼体9调节，我们采用的阻尼形式是毛细 管为阻尼介质。A组液压阻尼体7及B组液压阻尼体9的液压阻尼体是现有元件，A组和B组是用来区别与那组连接的代号；A组比例减

压阀8及B组比例减压阀10的比例减压阀也是现有元件，A组和B 组也是用来区别与那组连接的代号。

工作原理，A组变压液压腔内液压油通过A组比例减压阀8控制； B组变压液压腔内液压油通过B组比例减压阀10控制。这两组变压 液压腔的液压油在A组比例减压阀8及B组比例减压阀10的控制下， 随着滑枕l的伸出和縮回的位置不同，压强按比例变化。

当滑枕伸出时，B组变压液压腔内液压油压强按比例升高，A组 变压液压腔内液压油压强按比例降低，引起作用在滑枕1上的液压力 变化，由于作用点的不同，产生两个翻转力矩，现有的结构力矩是平 衡的，A组产生的力越来越大，B组产生的力越来越小，导致翻转力 矩不平衡，使得滑枕1产生向上翻转的趋势，加之材料的变形和油膜 刚度的变化，这样的趋势造成了滑枕l向上倾斜成为了可能。这样， 通过控制倾斜量，就实现了补偿滑枕1移动直线度的目的，与此同时， 原来的补偿仍然起作用。

当滑枕縮回时，B组变压液压腔内液压油压强在原来基础上按比 例降低，A组变压液压腔内液压油压强在原来基础上按比例升高。与 伸出时同样道理，也形成一个翻转力矩，补偿滑枕1移动直线度。A 组比例减压阀8及B组比例减压阀10的作用在于实现两组变压液压 腔内液压油压强的可控制、可变化。两组变压液压腔的作用在于使滑 枕1在不同位置上产生大小不同的作用力，形成翻转力矩。

该大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿装置在不改变 现有机床的主要结构情况下，特征在同与滑枕1接触的前后上下导轨 板上增设变压液压腔，并根据向上挠曲力原理和按上下面斜对的方式 分成两组，两组变压液压腔在分别与A组比例减压阀8及B组比例减 压阀10相连，通过A组比例减压阀8及B组比例减压阀10实时控制 二组变压液压腔，变压液压腔内液压油压强的变化，引起作用在滑枕 l上的压力变化，形成一个翻转力矩，扭转滑枕l的仰角，达到使滑 枕1抬头的目的，进而达到补偿滑枕1移动直线度精度的目的。

大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法，包括以下步

骤：1) 、补偿间距和补偿点的确定：通过实验确定滑枕1移动的数 个直线度补偿点；补偿点从滑枕1伸出300毫米开始到行程终点，行

程300毫米以前不需补偿，倾斜的影响不超标，补偿点间距25毫米 即可满足实际需要，如果在某个点以后，直线度变量比较大的话，可 以减小间隔，长度间隔越小，精度越高，补偿点间距原则上间距越小 越好；确定关键直线度补偿点对后续步骤有重要意义。此步骤可通过 等高量块11、平尺12及指示器13对没有加装附件和加装附件实行 测量，对滑枕1进行导轨补偿和其他补偿时的直线度进行测量，并记 录，例如：测量数据最大低头量为0. 36毫米，只加滑枕l移动导轨 补偿，补偿数据以最大低头量的三分之一为准，即O. 12毫米，也就 是说只加滑枕1移动导轨补偿后，测量滑枕最大低头为0. 24毫米， 这一低头量由主轴箱2位移补偿和滑枕1挠度补偿来完成。

2) 、电气补偿值的确定：采集数个直线度补偿点的直线度变量 和其对应A组比例减压阀8及B组比例减压阀10的电气补偿值。电 气补偿值是机床操作系统程序编码，电气补偿值为0〜32767，电气补 偿值(T32767对应控制A组比例减压阀8及B组比例减压阀10直流 电压值为0〜10V。以补偿间距为长度间隔，确定补偿点位置，即滑枕 伸出到该位置，此时其他三项补偿已经在起作用，测量该点的滑枕直 线度偏差，尝试输入不同的电气补偿值，控制对应A组比例减压阀8 或B组比例减压阀IO不同的压强值，引起变压液压腔不同的压力， 形成不同的翻转力矩，补偿滑枕的倾斜，比较补偿的效果，以滑枕直 线度最好时对应的电气补偿值为此处的补偿值，并记录在电气系统 中。以此类推，测量每个补偿点的电气补偿值，并记录在电气系统中。 反向縮回道理相同。调试中输入的是电气补偿值，A组比例减压阀8 及B组比例减压阀IO的压力值不检测，它的改变只是在滑枕的补fe作 用中显示出来。

当滑枕在原点未伸出时，A组比例减压阀8处于高压状态，B组 比例减压阀10的压强处于低压状态，各组静压腔的压力基本相同。 通过测量数个关键直线度补偿点的直线度变量值，相应的得到数个电 气补偿值，电气补偿值对应的有数个控制A组比例减压阀8及B组比 例减压阔10的电压值，此步骤尽可能在符合实际加工过程中实施；当滑枕1伸出300毫米后，滑枕1低头现象产生，增大B组比例减压 阀10的电气补偿值，同时同样数值降低A组比例减压阀8的电气补 偿值，在全行程内补偿低头值是滑枕1无补偿状态的三分之一左右即 可，在数控系统中记录的滑枕1位置及其对应的A组比例减压阀8 及B组比例减压阀10的电气补偿值，作为滑枕1伸出位置的控制电 压。每当滑枕1到此位置时，系统会自动按照记录调整A组比例减压 阀8及B组比例减压阀10的电压，来补偿滑枕1的低头现象。当滑 枕l返回的时候，间隔点的压力值不相同，即伸出补偿与返回补偿是 两条不同的曲线，原因是液压有摩擦力，且方向相反。当滑枕l端面 加装了附件的时候，相当于在滑枕l端面加一个重量，这时原来的调 整值不适应了，应该按照不带附件时的方法重新调试，并记录在电气 系统。不同质量的附件，应该相应做一次，并存储相应数值。

滑枕直线度变量补偿前、补偿后数值以及电气补偿值如下表:

3)、电气控制：将采集的数个关键直线度补偿点直线度变量和

其对应A组比例减压阀8及B组比例减压阀10电气补偿值通过控制 面板输入到该机床数控系统的PLC中，在滑枕工作状态下，滑枕在相 邻补偿点之间的距离内，导轨补偿起作用。在滑枕工作状态下，要求 滑枕在相邻补偿点之间的距离内，通过A组比例减压阀8及B组比例 减压阀10控制前后上下导轨板上下斜对的变压液压腔对导轨直线度 补偿。对所采集的直线度变量和其对应A组比例减压阀8及B组比例 减压阀10的电气补偿值为0〜32767进行处理，得到数个关键直线度 补偿点直线度变量和其对应A组比例减压阔8及B组比例减压阔10 的电气补偿值的数学模型，并将采集关键直线度补偿点直线度变量值并通过模/数转换模块输入该机床的数控系统。在该机床数控系统中

建立电气补偿值（T32767对应A组比例减压阀8及B组比例减压阀 10电压值(T10V。滑枕工作时，电气系统程序控制在不同的位置以不 同的电气补偿值输出直流电流值，经放大器放大后，控制A组比例减 压阀8及B组比例减压阀10阀芯的位置，进而控制A组比例减压阀 8及B组比例减压阀10输出压力，最终控制二组变压液压腔内液压 油压强，对滑枕直线度误差实时进行补偿。

该大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法在不改变 现有机床的主要结构情况下，特征在于利用机床现有的操作系统，在 系统内输入了数个直线度变量值和其对应A组比例减压阀8及B组比 例减压阀10电气补偿值，电气补偿值对应着数个控制A组比例减压 阀8及B组比例减压阀10的直流电压值，通过电压值改变A组比例 减压阀8及B组比例减压阀10的阀芯位置，进而控制前后上下导轨 板上下面斜对的二组变压液压腔内液压油压强对滑枕1直线度误差 实时进行补偿。

综上所述，该大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法 及装置在不改变现有机床的主要结构情况下，因为将变压液压腔根据 向上挠曲力原理分成两组，在两组液压腔增加了比例变压导轨补偿系 统，使得在原来补偿的基础上，补偿范围更大，机床精度更高；此形 式的补偿由于压力作用面积大，作用力相应也大，进而形成的翻转力 矩大，所以补偿效果明显。

该大型数控卧式铣镗床滑枕移动倾斜的导轨补偿方法及装置，在 大型数控卧式铣镗床上实验，滑枕1补偿范围由原有的伸出500毫米 时，滑枕1移动的直线度为0.02毫米，在全伸出时0.08毫米；应用 了该大型数控铣镗床滑枕导轨补偿方法及其装置之后，滑枕移动的直 线度在500处为0. 02毫米，在滑枕1伸出1800毫米时，移动的直线 度为0. 04毫米。