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筆者前不久對(duì)一臺(tái)從俄羅斯購(gòu)進(jìn)的二手鏜銑床進(jìn)行了電氣改造，該設(shè)備是意大利里奧別拉爾地（BERARDI）公司生產(chǎn)的MCM G200型鏜銑加工中心。該機(jī)床從俄羅斯引進(jìn)時(shí)，原機(jī)床只有一本液壓圖，所以改造過(guò)程中的電氣設(shè)計(jì)，調(diào)試主要建立在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪基礎(chǔ)之上。
以下就結(jié)合本機(jī)床，對(duì)滑枕軸的電氣補(bǔ)償進(jìn)行分析，及如何通過(guò)FANUC PMC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。傳動(dòng)示意圖如下：
在上圖中可以看到，當(dāng)方枕軸（以下簡(jiǎn)稱V軸）即V軸前后移動(dòng)時(shí)，由于V軸這一部分質(zhì)量較大，當(dāng)V軸前進(jìn)時(shí)，主軸端面會(huì)下沉，當(dāng)V后退時(shí)，主軸端面會(huì)翹起。另外該機(jī)床配有兩個(gè)附件頭，重量不一樣，所以當(dāng)主軸端面安裝了附件頭時(shí)也要另行考慮。如何解決由于V軸前進(jìn)/后退帶來(lái)的精度問(wèn)題是我們所討論的。
如何解決這個(gè)問(wèn)題，簡(jiǎn)單的說(shuō)是當(dāng)V軸前進(jìn)時(shí)，通過(guò)控制電機(jī)，將左邊的牽引鏈條上升拉緊，主軸端面升起，反之，將牽引鏈條放松，把自身重量變化引起的誤差抵消。
關(guān)鍵用什么方案控制電機(jī)，怎樣實(shí)現(xiàn)這個(gè)方案。
參考機(jī)床原來(lái)控制電機(jī)的功率，我們選用FANUC aiF 22/3000 伺服電機(jī)，選配絕對(duì)位置編碼器，確保機(jī)床斷電仍然能夠記住當(dāng)前機(jī)床位置，驅(qū)動(dòng)單元配套為bi SVM 80,I/O LINK方式控制。大型鏜銑床中有關(guān)這方面控制可供參考的資料比較少，通過(guò)了解，以前大多采用多點(diǎn)控制，即在V軸的整個(gè)行程中選取若干個(gè)點(diǎn)，記錄下在各點(diǎn)主軸端面的下沉值，把該值存入保持型寄存器D中，當(dāng)需要補(bǔ)償時(shí)，在兩個(gè)點(diǎn)間隔范圍內(nèi)，通過(guò)計(jì)算，讓控制電機(jī)M 移動(dòng)一個(gè)固定的距離，帶動(dòng)前端鏈條移動(dòng)，從而達(dá)到抵消誤差的目的。這樣做便于理解,對(duì)于設(shè)計(jì)人員易于操作;但是這樣做缺點(diǎn)比較明顯，補(bǔ)償?shù)狞c(diǎn)不是連續(xù)的，即使把這些點(diǎn)分的很密，在實(shí)際應(yīng)用中仍然很難到達(dá)要求。有鑒于此，筆者決定嘗試采用斜率控制方式，即在V軸前進(jìn)/后退時(shí)，主軸端面下降/上升理論上是連續(xù)的，根據(jù)連續(xù)變化的數(shù)值，對(duì)應(yīng)一個(gè)斜率，利用V軸移動(dòng)位置與該斜率關(guān)系，任意位置都可以計(jì)算出一個(gè)數(shù)值，然后將該數(shù)值通過(guò)PMC送入數(shù)控系統(tǒng)，最終通過(guò)I/O LINK單元控制電機(jī)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷補(bǔ)償。(注：在后來(lái)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，V軸移動(dòng)中，有一個(gè)跳變點(diǎn)，在該點(diǎn)附近突然上升或下降，使用時(shí)我們可以通過(guò)工作臺(tái)的前后移動(dòng)，避免在該范圍內(nèi)補(bǔ)償.)
首先介紹一下有關(guān)補(bǔ)償軸的操作方式,分為三種方式:
一,手動(dòng)方式 K1.1=1 ,可以利用上下移動(dòng)按鈕,使補(bǔ)償軸上下移動(dòng),調(diào)整的時(shí)候使用;
二,半自動(dòng)方式 K1.1=0,將需要的移動(dòng)量設(shè)置在保持型寄存器D840中,當(dāng)執(zhí)行M78時(shí),補(bǔ)償軸做相應(yīng)距離的移動(dòng),可在加工程序中編程使用;
三,自動(dòng)連續(xù)補(bǔ)償K1.1=0,在任意位置,執(zhí)行M77,即在任意位置可執(zhí)行精度補(bǔ)償。
然后介紹一下如何測(cè)量，如何補(bǔ)償，分三個(gè)步驟：
第一，我們要在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量出該機(jī)床移動(dòng)中，主軸端面垂直距離的變化與V軸移動(dòng)量變化對(duì)應(yīng)的關(guān)系，具體方法是在水平工作臺(tái)上放一1m*1m的大理石方箱，（V軸移動(dòng)距離+50.---—1050.）為了方便調(diào)節(jié)，將V 軸在零點(diǎn)位置調(diào)整V 軸至水平(利用水平儀,手動(dòng)移動(dòng)補(bǔ)償軸調(diào)整)。然后將將千分表固定在主軸端面，前后移動(dòng)滑枕，記錄下降數(shù)值的變化。經(jīng)過(guò)多次測(cè)量，將得到的數(shù)據(jù)繪制成圖形如下:
注:以上是沒(méi)有安裝附件頭時(shí)的斜率，當(dāng)安裝快速銑頭或直角銑頭時(shí)，各有一條曲線，此處僅以沒(méi)安裝附件頭示例。
第二：根據(jù)此圖形做了近似直線處理，一段:-1000＜L≤-800；二段:-800＜L≤-600；三段-600＜L≤-400;四段-400＜L≤-200；五段-200＜L≤0；基于以上的曲線及近似直線處理，設(shè)置如下調(diào)整參數(shù)：
D800 沒(méi)有附件頭最大下降距離 150（0.001mm）
D804 直角銑頭的最大下降距離 230（0.001mm）
D808 快速銑頭的最大下降距離 270（0.001mm）
D860 0---—200 斜率比例系數(shù)：100（0.001mm）
D864 —200----—400 斜率比例系數(shù)：100（0.001mm）
D868 —400---—600 斜率比例系數(shù)：130（0.001mm）
D872 —600----—800 斜率比例系數(shù)：100（0.001mm）
D876 —800----—1000 斜率比例系數(shù)：140（0.001mm）
D840 固定數(shù)值補(bǔ)償
注：斜率比例系數(shù)：后面的數(shù)值是在兩個(gè)間隔之間主軸端面的下降距離，單位（0.001mm）
第三，在FANUC PMC中的處理流程如下：
（1） 將V軸的機(jī)械坐標(biāo)值讀入PMC，放置在一個(gè)寄存器R840中；
（2） 對(duì)寄存器R840中的數(shù)值進(jìn)行判斷，確定當(dāng)前V軸處于哪個(gè)區(qū)間；
（3） 根據(jù)V軸所處區(qū)間，及當(dāng)前是否有快速銑頭，直角銑頭，還是沒(méi)有安裝附件頭，選擇對(duì)應(yīng)斜率，將該斜率與V軸機(jī)械坐標(biāo)值進(jìn)行處理，計(jì)算出此位置所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償量；
（4） 將（3）中的補(bǔ)償量與對(duì)應(yīng)零點(diǎn)的下沉量相加，計(jì)算出控制電機(jī)總的移動(dòng)量；
（5） 將控制電機(jī)移動(dòng)該值即可，同時(shí)完善控制細(xì)節(jié)及相關(guān)報(bào)警信息.
第四，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的多次試驗(yàn)，控制精度完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。
結(jié)論：在改造機(jī)床的過(guò)程中，我們要勇于實(shí)踐，精心準(zhǔn)備，做好每一個(gè)細(xì)節(jié)，最終做到發(fā)揮最可靠的機(jī)床性能，最安全的機(jī)床使用，最便捷的人機(jī)交流。
