0 引言

　　對數控鏜床而言，當滑枕或鏜桿前后移動時，由于機械結構的原因，支撐座體的重心位置會前后移動，導致滑枕和鏜桿發生傾斜，以及彈性變形、配合間隙使滑枕和鏜桿的前端位置下沉形成低頭現象，進而產生與機床坐標系的偏差。如果滑枕或鏜桿與立柱不垂直，隨著滑枕或鏜桿的向外移動，主軸前端刀具中心點與理想軌跡偏差會發生相應的變化。為校正這些誤差，除加大滑枕和鏜桿本身的剛度外，必須通過機械和電氣等手段進行補償，以提高加工工件的表面結合度和孔直線度等方面的精度。西門子數控840D 系統具有強大的撓度補償功能，同時其PLC 和HMI 也有更大的柔性空間，使各種功能的實現更加完善。在滑枕補償方面，使用840D 系統可以系統地、靈活地實現補償目的，達到理想的效果。

1 對鏜床滑枕的補償方法

　　數控鏜床主要以機械和電氣相結合的方式來實現滑枕補償，但在鏜床上應具備相關的執行機構（滑枕補償裝置） ：① 通過機械和液壓部件調整滑枕補償值；②通過吊鏈或拉鏈重錘等機械部件調整滑枕補償值。在進行滑枕補償時要分兩步：其一，應力補償，即先解決工件的加工表面接合度不好的問題；其二，各軸交叉補償（撓度補償） ，解決鏜孔加工時的垂直度問題。

2 通過PLC 實現鏜床滑枕的應力補償

　　2.1 測量應力補償對應的數據值

　　為正確有效地實現滑枕補償，必須要測量相關數據。首先利用相關工具測量滑枕移動時主軸端面與理論坐標平面的偏差。

　　數控鏜床中，一般情況下設定滑枕移動為W 軸，鏜桿移動為Z 軸，立柱上下移動為Y 軸、立柱左右移動為X 軸。通過S7－300PLC 對補償裝置進行控制，逐步調整主軸端面與X Z 平面的垂直度，當達到誤差允許值時，S7－300PLC 數據塊中的數值就是滑枕補償值。值得注意的是，在對有機械附件的鏜床作補償時，應分別就不同附件測量相應數據。

　?。?） 在無附件時，鏜桿與滑枕同步的條件下，測量主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度，如圖1所示。

圖1 無附件時主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度測量

　?。?） 在平旋盤、延伸銑頭、反刮銑頭等附件頭安裝后，測量主軸旋轉面與XZ 平面的垂直度，如圖2所示。

圖2 　安裝平旋盤、延伸銑頭、反刮銑頭等附件頭后主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度測量

　?。?） 萬向銑頭、臥式銑頭、5軸銑頭（主軸錐孔向下）等附件頭安裝后，測量主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度，如圖3所示。

圖3 　安裝萬向銑頭、立臥銑頭、5軸銑頭附件頭后主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度測量

　?。?） 安裝防護板（只有鏜桿移動）等附件頭后，測量主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度，如圖4所示。

圖4 　安裝防護板等附件頭后主軸旋轉面與X Z 平面的垂直度測量

　?。?） 在進行完各工況下的垂直度測量后，測量滑枕及其安裝各種附件頭時的撓度值，如圖5所示。

圖5 滑枕及其安裝各種附件頭時的撓度值測量

　?。?） 在進行完各工況下的垂直度測量后，測量鏜桿以及安裝護板時的撓度值，如圖6 所示。

圖6　測量鏜桿及其安裝護板時的撓度值

　　滑枕和鏜桿移動，伸出長度（行程）不同，滑枕和鏜桿的軸向與理論坐標軸向也不盡相同。稱垂直方向的偏差為誤差值，即誤差值與滑枕和鏜桿的行程相關；而通過補償裝置彌補不同行程的誤差值，采用的調整數值稱為補償值，亦與滑枕和鏜桿的行程相關。可以將補償值與行程以曲線（或線段）建立補償數據曲線圖表，一般以滑枕（鏜桿）伸出最小位置為曲線原點，以其伸出最遠端和原點之間建立補償行程。

　　2.2 自動實現應力補償

　　在核對補償裝置（比例閥或牽引機構等裝置）對于有效行程的調整數值后，可編制西門子PLC 的S7－300程序對全行程進行自動補償。程序主要內容有：① 根據實際需要設定滑枕和鏜桿的行程步距STEP ；② 建立滑枕和鏜桿的數據塊DB ，數據類型依據補償執行裝置原理而定；③ 建立各種附件需要的數據塊DB ；④ 再結合Y 軸行程整合所有數據，根據不同的補償方法采用不同的語言格式主要實現全行程補償、自動識別補償對象、數值轉換；⑤ 編制安全保護，防止數據溢出、補償過激等事故；⑥ 適當編制“微量手動”功能，以便于維修調整時測量數值。

　　如果由于機械等原因導致滑枕向前和向后移動到同一測量點時，補償裝置對應的補償數據不同，則應使用雙向線性補償方式，建立兩套數據塊。

3 通過NC 實現鏜床的交叉補償

　　3.1 使用Sag compensation 撓度補償功能的步驟

　　要實現撓度補償，則須通過西門子NC 系統實現，即進行各軸之間的交叉補償。下面以西門子840DNC 代碼為例簡述其具體步驟：

　?。?） 確定需要補償的具體點數、行程、方向等相關信息。

　?。?） 結合以上信息，設定相關參數。MD18342設定內容為：（補償終點－ 補償起點）／（步距＋ 1） 。確認MD18342參數后，以先備份再回裝方式重啟系統，生成補償初始化文件。

　　（3） 在初始化文件中，先設定以下變量

　　以上過程可以在服務界面直接修改復制后的INI文件或以工件程序的形式進行。

　?。?） 設定相關參數。MD32710 設定為1 ；MD41300［］設定為1。

　?。?） 執行NCK RESET 。

　　（6） 執行回零過程（絕對值系統直接生效） 。

　?。?） 在診斷界面可觀察SAG ＋ TemperatureCompensation Value 垂度＋ 溫度補償實際值這一欄，通過正反運動，其數值應依據補償表作相應的線性變化。

　　3.2 對無附件安裝的補償數據

　　對無附件安裝的鏜床而言，通過以上7個步驟之后，在初始化文件中存儲一套補償數據即可。

　　3.3 對安裝有不同附件的補償數據

　　如有不同附件安裝到滑枕上，會產生不同的撓度變化，這就要求各附件必須有各自對應的補償數據。同樣，通過以上7個步驟之后，應用PLC 和NC 程序接合可以實現附件頭更換后系統自動更新相應的滑枕補償數據。

　　本文以安裝5號反刮銑頭為例，介紹相關NC 程序結構。在此附件自動安裝后，PLC 程序會判斷其是否為5號附件，如果是，則會自動執行子程序SPF９９５（5 號附件補償數據生效程序） 。

　?。?） 附件識別程序為：

　?。?） 5號附件補償數據生效程序SPF995為

　　同理，可編制對于鏜桿和其他附件的NC 補償程序，這樣才能解決對多種附件應用時的滑枕補償問題。

4 通過HMI 界面進一步完善滑枕補償控制

　　為了維修和操作方便，在西門子數控系統PCU50上須編制HMI OEM 界面。OEM 界面中提示信息包括補償對象、補償數值（分滑枕、鏜桿、各種附件頭） 、滑枕和鏜桿位置、滑枕補償反饋裝置狀態信息（如拉力測量值） 、滑枕補償裝置狀態（是否超限位，電機負載等） 、補償是否生效等信息。OEM 界面中提供的可操作內容包括自動補償功能啟動／停止、手動測量功能啟動／停止、補償裝置手動功能啟動／停止等。

5 結束語

　　通過對鏜床滑枕撓度變化的補償實際測量和對西門子840D 進行撓度的補償、S7－300PLC 全行程自動補償、HMI 畫面等手段，使機械、電氣相結合的補償方式得到有效應用，可以解決使用鏜床滑枕加工時的精度問題，很好地抑制撓度變化，從而提高鏜孔加工精度和工件表面接合度。