[发明专利]数控机床滑枕悬伸变形实时补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于数控机床误差检测与补偿设备领域，它是一种通过实时检测数控机床滑枕悬伸下垂变形量并进行实时误差补偿的方法。

背景技术

随着现代制造业的不断发展，精密和超精密加工技术的重要性日益凸显。数控机床作为制造业的重要装备，也面临了新时代的机遇和挑战。提高数控机床的精度是提高数控机床产品质量、增强市场竞争力的关键所在。数控机床滑枕沿滑轨在垂直于立柱方向做前后水平运动，当滑枕向前伸出时，形成悬臂梁结构，在自重及切削力等外力作用下，滑枕伸出部分会自根部产生下垂挠曲形变，引起机床主轴和刀具的角度误差和位移误差，从而影响机床的加工精度。因此，对滑枕下垂变形的实时检测与补偿就显得尤为必要。

目前，为解决这一技术难题，齐二机床厂在滑枕内部上侧安装一个液压缸和一个平行拉杆，通过液压油使液压缸拉杆对滑枕上部产生一个水平拉力，使滑枕向上弯曲，补偿其下垂量。江苏恒力机床厂采用在滑枕内部上侧加两个液压缸，其中一个产生拉力，另一个产生推力，以使滑枕产生向上的弯曲来补偿下垂量，并申请了国内专利，专利号为200710020440.3，发明名称：滑枕悬伸下垂分段变形补偿装置，发明人：孙德洲。以上两种方法均存在问题是：第一，都是预先在机床空载的理想情况下通过实验测得伸长量和液压缸油压的关系，获取拟合曲线，在补偿程序中提前设定伸长量和液压缸油压的关系。由于采用非实时开环补偿方式，补偿具有滞后性，实际补偿效果并不理想。第二，随着机床的应用，当滑枕轨道与滑块之间的磨损达到一定程度，或在较大外力变化作用下而突然产生下垂变形时，液压系统无法根据实际情况进行下垂补偿，甚至需要定期重新设定伸长量和液压缸油压的函数关系，费时费力，实用性差。

发明内容

本发明要解决的技术难题是克服上述补偿方法的不足，发明一种数控机床滑枕悬伸变形实时补偿方法，采用闭环控制补偿方式，利用液压缸和拉杆对滑枕上部施加拉力进行下垂变形补偿，利用激光发射器和位置传感器检测滑枕的最大下垂变形量，PLC控制器调节电液数字阀的流量，进而控制液压缸和拉杆对滑枕的拉力作用，使滑枕产生向上的弯曲变形，补偿其下垂变形量，补偿效率和精度高，实用性强。

本发明采用的技术方案：一种数控机床滑枕悬伸变形实时补偿方法，采用闭环控制补偿方式，利用激光发射器和位置传感器检测滑枕的悬伸变形量，通过PLC控制器调节电液数字阀的流量，控制油泵进入液压缸的液压，通过液压缸和拉杆的拉力作用使滑枕产生向上的弯曲变形，补偿滑枕的下垂变形量，其步骤为：

1)先在滑枕1的内部上侧分别安装两组结构相同的液压缸11和拉杆6，每组液压缸11的活塞杆19和拉杆6之间分别通过螺纹连接；

2)然后将激光发射器8安装在激光头固定器9内，激光头固定器9通过激光固定座7安装在十字滑座10上，利用调整螺套16和调整螺杆17对激光发射器8进行竖直和水平方向的微调；

3)将位置传感器4安装在支架2上，支架2通过螺钉固定在滑枕1的最前端；

4)位置传感器4分别输出两路电流信号，输出的上、下电流信号(I₁、I₂)分别输入到PLC控制器5的两个端口，PLC控制器5对两路电流进行处理后，输出脉冲指令到电液数字阀15的信号输入端，控制电液数字阀15内部的步进电机正转、反转或停止，电液数字阀15的进口连接油泵13，出口连接液压缸11的活塞杆19上的进油口12，电液数字阀15根据PLC控制器5的指令调节油泵13进入液压缸11的油压，控制液压缸11和拉杆6的拉力大小；

5)滑枕1向前伸出前，即没有竖直方向的下垂变形时，打开激光发射器8，调整激光发射器8的入射激光点打在位置传感器4上，通过调整螺套16和调整螺杆17对激光发射器8进行竖直方向和水平方向的微调，使激光点打在位置传感器4的光敏面的零点位置K，此时位置传感器4的两级输出的电流大小相等，PLC控制器5发出停止指令，电液数字阀15内的步进电机不转动，液压缸11和拉杆6不对滑枕1产生拉力作用；