CN102581687A - 大型机床横梁用导轨卸荷装置及挠度补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及大型机床技术领域，具体地说是一种大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷补偿方法及导轨卸荷装置，通过卸荷梁上表面的凸形面以及电液比例压力阀控制卸荷油缸动作，通过理论计算确定横梁上的卸荷梁在横向滑板移动的全行程划分为数个补偿间距；将实验采集的直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量转化为左、右两侧卸荷油缸的压力设定值；将左、右两侧卸荷油缸的压力设定值对应的电信号值输入到机床的数控系统中，在横向滑板工作状态下，通过控制系统调取左、右两侧卸荷油缸的压力设定值对应的电信号来自动补偿横向滑板的直线度误差，减小了横梁基准导轨支撑面的压力，使横梁基准导轨受力均匀分布，减小横梁变形，提高了机床运行的整体精度。

Description

大型机床横梁用导轨卸荷装置及挠度补偿方法

技术领域

 本发明涉及大型机床技术领域，具体地说是一种大型机床横梁用导轨卸荷装置及挠度补偿方法。

背景技术

随着核电、矿山、重型机械行业产品规格不断加大升级，对大型、重型加工设备的需求极为迫切，加工设备的大型、重型化，就会出现许多的技术问题需要解决。其中大型单柱立车横梁的挠度补偿及导轨卸荷就是一个亟待解决的关键技术，它直接影响着大型单柱立车的主要精度。

为满足百万千瓦级压水堆核电大型关键零件压力壳等关键部件的加工，超大规格专用单柱移动立式车铣复合加工机床应运而生，为适应大功率、大扭矩的加工要求及保证加工精度，超长悬臂型横梁的刚性也需大大增强，横向滑板及滑枕铣头的自重也显著增加，由此产生了一系列问题：一、超长悬臂（简支）型横梁由于自重产生挠曲变形，造成横梁基准导轨变形；二、横向滑板及滑枕铣头的自重全部加载到横梁的基准导轨上，增加横梁导轨的负荷，造成横梁基准导轨变形；三、机床运行时，随着横向滑板运行距离的加大，横向滑板与横梁基准导轨支撑面之间的压力增大，摩擦力随之加大，增加了机床的额外载荷，使镶条磨损加剧，影响机床的运行精度。

经检索，CN 101462232A网上公布了一种横向滑板用导轨卸荷装置，其特征是在横向溜板上平面开75°斜孔，通过螺纹连接固定螺母，横梁加工15°斜导轨，镶装钢带，溜板斜孔内安装轴承支架，起导向作用，下端通过销轴安装有调心滚子轴承，在横梁钢带上滚动，上端与固定螺母之间安装有蝶形弹簧片，

这种结构主要用于中小型横梁的数控机床上，其有益效果是可以减小横梁基准导轨的压力，降低横梁与横向滑板之间的镶条摩擦，使横梁受力均匀分布，减小横梁变形，降低横向滑板拖动力。其不足是：要求横梁有足够的刚性，不能有效地补偿横梁的挠度变形。

CN 102126158A 网上公布了一种在机床横梁上安装有卸荷梁的，卸荷梁上表面加工为凸形线，在刀架上安装有卸荷轮及卸荷轮平衡装置，卸荷轮安装在偏心轴上，偏心轴两侧设有轴承，在偏心轴一端设置有小轴，该小轴与平衡机构轴相接触；卸荷轮平衡机构轴按只在支座中，其支座与卸荷轮平衡机构轴之间设有弹簧，在支座的端部设置有弹簧和卸荷轮平衡机构轴的封堵和调节装置。

目前的数控机床上，以上两种补偿、卸荷方式方式均有采用，方式一主要应用于

方式二是目前应用较为广泛的一种补偿、卸荷方式，可以较为有效地减小横梁基准导轨承载的负荷，提高刀架滑座在横梁上移动的直线度；其不足之处是：卸荷装置结构复杂，卸荷梁上表面凸形加工难度较大；卸荷力的大小是依靠弹簧预紧量和运行过程中弹簧的压缩量来决定的，无法根据横梁自身的刚度变化，弹簧预紧量调整操作难度大，在使用过程中，经常会出现因卸荷力过大导致调心滚子轴承损坏的问题。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术的不足之处，提供一种结构新颖、控制原理简单，操作简单、补偿范围广、机床精度高、工件加工质量高的大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷补偿方法及卸荷装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷补偿方法，其特征在于具体步骤如下：

1）、补偿间距和补偿点的确定：根据悬臂（简支）梁的挠度变形情况，通过理论计算，根据斜率逼近的原则将卸荷梁分成若干个补偿间距，相邻的补偿点之间按直线处理，及卸荷梁上表面的横切面由若干段直线组成，加工卸荷梁上表面；

2）、电气补偿值的确定：通过实验方法采集每个直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量，通过控制电液比例压力阀的压力值纠正直线度变动量，将横向滑板中心两侧的左卸荷油缸和右卸荷油缸的压力设定值分别成比例的对应为输入电信号；

3）、电气控制执行：将左卸荷油缸和右卸荷油缸的压力设定值对应的电信号分别输入到机床的数控系统中，在横向滑板工作状态下，横向滑板在相应补偿点的间距内，通过系统调取左卸荷油缸、右卸荷油缸的压力设定值对应的电信号来自动补偿横向滑板的直线度误差，达到自动调节横向滑板作用于卸荷导轨上的卸荷力，保证横向滑板对横梁基准导轨的作用力均匀分布，从而起到自动补偿横向滑板运动直线度精度的作用。

一种大型机床横梁用卸荷装置，设有横梁、卸荷梁、钢带和横向滑板，横向滑板经导轨与横梁滑动连接，卸荷梁上端面设有钢带，其特征在于横向滑板与横梁之间的横梁上固定有卸荷梁，卸荷梁上表面为凸形面，凸形面是由平面单元首尾相连而成，以利于根据斜率逼近的原则计算卸荷梁的挠度变形，进而实行补偿挠度变形，对应卸荷梁上表面的横向滑板中心两侧分别设有卸荷装置，卸荷装置包括卸荷油缸、电液比例压力阀、连接盘、上安装座、下安装座、限位板、滚柱导轨块、定位螺钉和碟簧，上安装座下端面设有球形面，下安装座上端面设有与上安装座相吻合的球形凹面，卸荷油缸固定在横向滑板上，卸荷油缸的活塞杆端部设有连接盘，上安装座上端经连接盘与活塞杆固定连接，下端经球形面与下安装座的凹面相配合，并经上安装座中心的定位螺钉和碟簧与下安装座相连接，活塞杆两侧设有限位板，限位板固定在横向滑板上，以保证下安装座绕卸荷油缸的活塞杆轴心在沿卸荷梁长度方向行进时做微量转动，下安装座下端设有滚柱导轨块，滚柱导轨块与钢带相抵触，以利于滚柱导轨块在卸荷梁的钢带上滚动，承受重载荷，减少摩擦，提高横向滑板移动直线度的精度，电液比例压力阀一端与卸荷油缸相连接，另一端与控制系统相连接，以使控制系统通过电液比例压力阀控制卸荷油缸的上腔压力，来纠正横向滑板的直线度变动量，起到横梁挠度实时补偿、导轨卸荷的作用。

本发明可在横向滑板上设有导向衬套，导向衬套套在卸荷油缸的活塞杆上，并经托板固定在限位板上，以保证卸荷油缸的活塞杆运行平稳可靠。

本发明中的钢带为高硬度淬火钢带，达到承受重载荷、抗摩擦的作用。

本发明中的控制系统采用西门子840D系统。

本发明通过滚柱导轨块在卸荷梁上滚动来传递重量，并通过卸荷梁上表面的工艺曲线以及电液比例压力阀控制卸荷油缸动作，通过理论计算确定横梁上的卸荷梁在横向滑板移动的全行程划分为数个补偿间距；将实验采集的直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量转化为左、右两侧卸荷油缸的压力设定值；将左、右两侧卸荷油缸的压力设定值对应的电信号值输入到机床的数控系统中，在横向滑板工作状态下，滑板在相应补偿点的间距内，通过控制系统调取左、右两侧卸荷油缸的压力设定值对应的电信号来自动补偿横向滑板的直线度误差，使得补偿后横向滑板移动直线度的精度得到较大提高，减小了横梁基准导轨支撑面的压力，使横梁基准导轨受力均匀分布，减小横梁变形，提高了机床运行的整体精度。

附图说明  

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1中A-A的剖视图。

    图3是卸荷油缸结构示意图。

图4是卸荷油缸液压原理图。

图5是卸荷梁上表面的结构示意图。

附图标记：1.横梁，2.卸荷梁，3.钢带，4.横向滑板，5.卸荷油缸，6.连接盘，7.上安装座，8. 下安装座，9.定位螺钉，10.蝶簧，11.限位板，12.滚柱导轨块，13.导向衬套，14.托板，15.平面单元，16.活塞杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

一种大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷补偿方法，其特征在于具体步骤如下：

1）、补偿间距和补偿点的确定：根据悬臂（简支）梁的挠度变形情况，通过理论计算，根据斜率逼近的原则将卸荷梁2分成若干个补偿间距，相邻的补偿点之间按直线处理，及卸荷梁2上表面的横切面由若干段直线组成，根据计算结果确定的数值，加工卸荷梁2上表面；

2）、电气补偿值的确定：通过实验方法采集每个直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量，通过控制电液比例压力阀的压力值纠正直线度变动量，将横向滑板4中心两侧的左卸荷油缸5和右卸荷油缸5的压力设定值分别成比例的对应为输入电信号；

3）、电气控制执行：将左卸荷油缸5和右卸荷油缸5的压力设定值对应的电信号分别输入到机床的数控系统中，在横向滑板4工作状态下，横向滑板4在相应补偿点的间距内，通过系统调取左卸荷油缸5、右卸荷油缸5的压力设定值对应的电信号来自动补偿横向滑板4的直线度误差，达到自动调节横向滑板4作用于卸荷导轨上的卸荷力，保证横向滑板4对横梁1基准导轨的作用力均匀分布，从而起到自动补偿横向滑板4运动直线度精度的作用。

如附图所示，一种大型机床横梁用导轨卸荷装置，设有横梁1、卸荷梁2、钢带3和横向滑板4，横向滑板4经导轨与横梁1滑动连接，卸荷梁2上端面设有钢带3，其特征在于横向滑板4与横梁1之间的横梁1上固定有卸荷梁2，卸荷梁2上表面为凸形面，凸形面是由平面单元15首尾相连而成，以利于根据斜率逼近的原则计算卸荷梁2的挠度变形，进而实行补偿挠度变形，对应卸荷梁2上表面的横向滑板4中心两侧分别设有卸荷装置，卸荷装置包括卸荷油缸5、电液比例压力阀、连接盘6、上安装座7、下安装座8、限位板11、滚柱导轨块12、定位螺钉9和碟簧10，上安装座7下端面设有球形面，下安装座8上端面设有与上安装座相吻合的球形凹面，卸荷油缸5固定在横向滑板4上，卸荷油缸5的活塞杆16端部设有连接盘6，上安装座7上端经连接盘6与活塞杆16固定连接，下端经球形面与下安装座8的凹面相配合，并经上安装座7中心的定位螺钉9和碟簧10与下安装座8相连接，活塞杆16两侧设有限位板11，限位板11固定在横向滑板4上，以保证下安装座8绕卸荷油缸5的活塞杆16轴心在沿卸荷梁2长度方向行进时做微量转动，下安装座8下端设有滚柱导轨块12，滚柱导轨块12与钢带3相抵触，以利于滚柱导轨块12在卸荷梁2的钢带3上滚动，承受重载荷，减少摩擦，提高横向滑板4移动直线度的精度，电液比例压力阀一端与卸荷油缸5相连接，另一端与控制系统相连接，以使控制系统通过电液比例压力阀控制卸荷油缸5的上腔压力，来纠正横向滑板4的直线度变动量，起到横梁1挠度实时补偿、导轨卸荷的作用。

本发明可在横向滑板4上设有导向衬套13，导向衬套13套在卸荷油缸5的活塞杆16上，并经托板14固定在限位板11上，以保证卸荷油缸5的活塞杆16运行平稳可靠。

本发明中的钢带3为高硬度淬火钢带3，达到承受重载荷、抗摩擦的作用。

本发明中的控制系统可优选采用西门子840D系统，西门子840D系统为现有技术，此不赘述。

本发明大型机床横梁用导轨卸荷装置的工作原理：向对称安装在横向滑板4中心线两侧的两个卸荷油缸5上腔通入液压油，卸荷油缸5的活塞杆16向下运动，带动安装在活塞杆16上的连接盘6、上安装座7、下安装座8、滚珠导轨块12一起向下运动，直至滚柱导轨块12与卸荷梁2上的钢带3接触，并承受足够的载荷，使横梁1基准导轨受力均匀，卸荷梁2上表面的凸形面按照若干段相连的平面加工，可补偿横梁1的挠曲变形，上安装座7机下安装座8经球形面和凹面相配合，在上安装座7和下安装座8中心用定位螺钉9和碟黄10连接，在横向滑板4上安装有限位板11，保证下安装座8只可以绕卸荷油缸5在不同曲率补偿间距的角度误差，从而保证横向滑板4可沿横梁1基准导轨准确的运动，当横向滑板4沿横梁1基准导轨运动时，由于横梁1自身及横向滑板4、滑枕组件的重力对横梁1的影响，横梁1基准导轨会发生挠曲变形，变形量会随着横向滑板4行程的变大而变大，这时可通过电液比例压力阀控制通入左、右卸荷油缸5上腔的液压油的压力值来达到调节卸荷力大小的目的，从而实现大型机床横梁1卸荷力大小的实时变化来校正横向滑板4直线度的误差，通过将实验采集的直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量转化为左、右两侧卸荷油缸的压力设定值；将左、右两侧卸荷油缸5的压力设定值对应的电信号值输入到机床的数控系统中，在横向滑板4工作状态下，横向滑板4在相应补偿点的间距内，通过系统调取左、右两侧卸荷缸5的压力设定值对应的电信号来自动补偿横向滑板4的直线度误差。使得补偿后横向滑板4移动直线度的精度得到较大提高。

本发明大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷的补偿方法包括以下步骤：

1）、补偿间距和补偿点的确定：根据横（简支）梁1的挠度变形情况，通过理论计算和斜率逼近的原则将卸荷梁分成若干个补偿间距，相邻的补偿点之间按直线处理，及卸荷梁2上表面由若干段直线组成；根据计算结果，加工卸荷梁上表面；由于横梁1本身的刚性较高，在横向滑板4行程的0-1250mm内，横向滑板4移动的直线度精度不超差，故行程1250mm以前不需要补偿，补偿间距的选择理论上越小越好，间距越小，补偿精度越高，一般取补偿间距500即可满足机床实际精度需要，补偿间距内直线的斜率需根据横（简支）梁的挠度变形情况选定，确定关键直线度补偿点对后续的电气补偿至关重要。

2）、电气补偿值的确定：通过实验方法采集每个直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量，通过控制电液比例压力阀的压力值纠正直线度变动量，将左、右两侧卸荷缸5的压力设定值成比例的对应为输入电信号；根据实验数据确定的补偿间距，确定补偿点的位置，当横向滑板4运动到该补偿点时，让系统调取左、右两侧卸荷缸5的压力设定值的电信号进行补偿，再次测量该的直线度误差，如不满足精度要求，尝试改变压力设定值的电信号进行调整，直至满足为止，以确定该补偿点的最佳补偿数值，并记录在数控系统中。按上述方法确定其余个补偿点的最佳补偿数值，并记录在数控系统中。

3）、电气控制执行：将转化后的左、右两侧卸荷缸5的压力设定值的电信号输入到机床的数控系统中，在横向滑板4工作状态下，横向滑板4在相邻补偿点的间距内，通过系统调取左、右两侧卸荷缸5的压力设定值的电信号来自动补偿横向滑板4的直线度误差。

该大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷补偿方法及卸荷装置，结构简单，控制原理简单易行，通过系统调取左、右两侧卸荷缸的压力设定值的电信号来自动补偿横向滑板的直线度误差，使得补偿后横向滑板移动直线度的精度和范围得到较大提高，机床精度更高，并且在Φ22米单柱立车上应用，横向滑板移动的直线度在1250mm处为0.01mm，在横向滑板最大行程时（9250mm）时为0.05mm，最终大大提高了机床的整体精度以及工件的加工质量。

Claims (4)

1.一种大型机床横梁用挠度补偿、导轨卸荷补偿方法，其特征在于具体步骤如下：

1）、补偿间距和补偿点的确定：根据悬臂梁的挠度变形情况，通过理论计算，根据斜率逼近的原则将卸荷梁分成若干个补偿间距，相邻的补偿点之间按直线处理，及卸荷梁上表面的横切面由若干段直线组成，根据计算结果确定的数值，加工卸荷梁上表面；

2）、电气补偿值的确定：通过实验方法采集每个直线度补偿点及补偿间距的直线度变动量，通过控制电液比例压力阀的压力值纠正直线度变动量，将横向滑板中心两侧的左卸荷油缸和右卸荷油缸的压力设定值分别成比例的对应为输入电信号；

3）、电气控制执行：将左卸荷油缸和右卸荷油缸的压力设定值对应的电信号分别输入到机床的数控系统中，在横向滑板工作状态下，横向滑板在相应补偿点的间距内，通过系统调取左卸荷油缸、右卸荷油缸的压力设定值对应的电信号来自动补偿横向滑板的直线度误差。

2.一种大型机床横梁用导轨卸荷装置，设有横梁、卸荷梁、钢带和横向滑板，横向滑板经导轨与横梁滑动连接，卸荷梁上端面设有钢带，其特征在于横向滑板与横梁之间的横梁上固定有卸荷梁，卸荷梁上表面为凸形面，凸形面是由平面单元首尾相连而成，对应卸荷梁上表面的横向滑板中心两侧分别设有卸荷装置，卸荷装置包括卸荷油缸、电液比例压力阀、连接盘、上安装座、下安装座、限位板、滚柱导轨块、定位螺钉和碟簧，上安装座下端面设有球形面，下安装座上端面设有与上安装座相吻合的球形凹面，卸荷油缸固定在横向滑板上，卸荷油缸的活塞杆端部设有连接盘，上安装座上端经连接盘与活塞杆固定连接，下端经球形面与下安装座的凹面相配合，并经上安装座中心的定位螺钉和碟簧与下安装座相连接，活塞杆两侧设有限位板，限位板固定在横向滑板上，下安装座下端设有滚柱导轨块，滚柱导轨块与钢带相抵触，电液比例压力阀一端与卸荷油缸相连接，另一端与控制系统相连接。

3.根据权利要求2所述的一种大型机床横梁用导轨卸荷装置，其特征在于横向滑板上设有导向衬套，导向衬套套在卸荷油缸的活塞杆上，并经托板固定在限位板上。

4.根据权利要求2所述的一种大型机床横梁用导轨卸荷装置，其特征在于钢带为高硬度淬火钢带。

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