数控落地镗铣床的液压平衡及补偿

对于机床生产厂家来说,如何平衡垂直运动部件的重量一直是个需认真考虑的问题。通常平衡的方法主要有三种:第一是当垂直运动部件的重量较轻时,可采用直接加粗传动丝杠,加大电机扭矩的方法。但这样将使得传动丝杠始终承担着运动部件的重量,导致单面磨损加重,影响机床精度的保持性；第二种是使用平衡重锤,但这将增加运动部件的质量,使惯量增大,影响系统的快速性；第三种是液压平衡法。它可以避免前面两种方法所出现的问题。

我公司与法国FOREST——LINE公司联合设计生产的GIMAX200型数控落地镗铣床,其各个轴的运动皆采用静压导轨,主轴箱通过滚珠丝杠带动作上下运动,滑枕在主轴箱内运动,镗杆在滑枕内运动。对机床的设计,我们用液压平衡法来平衡主轴箱的重量,同时还对由于滑枕移动以及装卸附件所造成的主轴箱重心变化进行补偿。其原理如图1所示。

在图1中,油缸6与一个动滑轮相联,两根钢丝绳9、10绕过动滑轮后,又分别经过一对定滑轮与主轴箱8联接。其中,前钢丝绳9直接固定于主轴箱上,后钢丝绳10通过油缸7与主轴箱联接。两个伺服阀1、2分别经液控单向阀4、5与油缸6、7联通。3为电磁换向阀,可以控制液控单向阀反向打开,使油缸回油。其中,油缸6的行程为主轴箱上下运动行程的一半,其活塞上的压力是主轴箱重量的两倍。在这套平衡系统中,主轴箱的重量是由前后两根钢丝绳9、10共同承担的。

我们可粗略地将主轴箱的重力及前后钢丝绳的拉力看作一个平衡力系(将静压导轨及滚珠丝杠摩擦力忽略不计)。当滑枕端部安装的刀具或附件改变时,或滑枕在主轴箱内移动时,主轴箱的重心将发生变化,原有的平衡力系将受到破坏。为了形成新的平衡力系,需要对两根钢丝绳的拉力重新分配。这个“任务”主要是由图1中的两个伺服阀来完成的。下面简单介绍一下这两个伺服阀。

1-2.伺服阀3.电磁换向阀4-5.液控单向阀6-7.油缸 8.主轴箱9.前钢丝绳10.后钢丝绳

图1

伺服阀1、2是两个双功能阀,内部装有位置传感器及压力传感器,可以迅速、精确地调整流量和压力。其工作过程见图2。当用开关接通1、2时,可实现流量控制。位置传感器检测阀芯位置,以电压信号uL1表示,经比较器与指令电压信号uQS进行比较,比较结果Δu存入位置控制器。位置控制器通过改变先导阀线圈电流来控制阀芯移动,得到所需要的流量。此时,反馈电压uL1等于指令电压uQS。在此控制过程中,阀芯的位置与指令电压大小成正比。当指令电压极性改变时,阀芯运动方向亦随之改变。

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