浅析三种数控落地式铣镗床滑枕平衡补偿装置
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摘 要：介绍三种数控落地式铣镗床滑枕平衡补偿装置，解决滑枕低头的问题。
关键词：数控落地式铣镗床；滑枕平衡补偿装置；机械平衡；电液平衡；电气平衡
数控落地式铣镗床适用于超大型、不规则零件的加工，滑枕机构可满足大直径深孔类零件的高精度加工，在机加领域有着广泛的应用。但是因为数控落地式铣镗床滑枕重量很大，以及滑枕前端安装附件的影响，在滑枕移动过程中，必然会导致滑枕重心的改变，使滑枕产生倾斜现象，这对机床本身寿命及加工精度都会产生严重的影响，所以必须对滑枕低头现象进行补偿。
公司现有典型的三台数控落地铣镗床：一为日本三菱MAF-RS210-NC型铣镗床；二为齐齐哈尔二机床TK6920/170型铣镗床；三为意大利因赛FAF260型铣镗床。现主要分析三种不同的滑枕平衡补偿装置及其各自的优缺点。
三菱MAF-RS210-NC型铣镗床滑枕平衡补偿装置如图1所示：当滑枕轴向移动时，同步装置的齿轮会在齿条上转动，带动安装在立柱壁上的同步轴转动，同步轴上部的小齿轮与旋转臂下部的扇形齿啮合，带动旋转臂绕着立柱上的旋转轴承转动。在旋转臂后部，有一个传动轴，传动轴上部和下部的齿轮分别同安装在立柱上部的扇形齿和安装在立柱底座上面的扇形齿啮合。当旋转臂转动时，旋转臂后部传动轴沿着立柱上的扇形齿及立柱底部的扇形齿作圆弧运动，带动滑枕配重以旋转轴承为支点，向滑枕移动相反方向移动，这样避免了滑枕低头。当在滑枕前端安装不同的附件时，可以通过滑枕平衡位置调整装置来移动滑枕悬吊位置，保证平衡链始终悬吊在滑枕的重心上。这样即使安装非常重的附件也可以避免滑枕的低头。
齐齐哈尔二机床TK6920/170型铣镗床的滑枕平衡补偿装置如图2所示：在主轴箱前部吊绳与主轴箱之间，设置一个电液比例伺服阀控制的油缸。CNC向比例伺服阀PID控制器发出给定信号以控制油压。油压变化由压力传感器连续监测。当滑枕移动时，随着滑枕的位置变化，主轴箱的重心移动，主轴箱前后两根平衡钢丝绳的拉力发生变化。前平衡绳拉力变化引起油压变小，压力传感器发出的信号也变小，压力传感器向控制器传送此变小的信号，给定信号与反馈信号产生一正信号差，这时PID控制器的输出增大，则阀的开口变大，油压随之调整变大，反之亦然。这样通过改变前平衡钢丝绳的拉力，来平衡滑枕移动引起的主轴箱及滑枕整体重心变化，避免了滑枕低头。
意大利因赛FAF260型铣镗床滑枕补偿装置由恒定长度的钢索和滑轮组系统以及平衡电气伺服绞盘组成，在滑枕上前部有固定点，另一个固定点在主轴箱的后部。钢索从顶部到基座横过立柱滑动。在立柱后面的固定点有平衡电气伺服绞盘装置，可调整钢索的长短。平衡电气伺服绞盘由交流电机控制，滑枕附件借助于悬挂在主轴箱重心的钢索自动地平衡，平衡力根据安装在滑枕上附件的重量自动改变。该装置对主轴箱重心偏移进行自动跟踪，并在主轴箱重心发生偏移时及时进行补偿，满足了数控落地镗铣床在滑枕移动过程以及滑枕前端安装附件时，对主轴箱重心偏差的补偿需求，防止了滑枕的低头情况。具体结构如图3所示。
三菱MAF-RS210-NC型铣镗床滑枕平衡补偿装置采用机械平衡，优点是滑枕补偿精度稳定，可靠性高，对机床的工作环境的要求较高；故障易判别，对维修人员的要求不高。缺点是结构复杂，重量大，机械惯性大，影响系统的快速性；利用平衡重锤配重使立柱的受力变形增大，并且在主轴箱运动过程中不能连续的改变平衡力用来减少驱动力。
齐齐哈尔二机床TK6920/170型铣镗床滑枕平衡补偿装置采用电液平衡，优点是结构简单、方法比较容易实现；补偿精度能满足高速、高精度、快速响应的要求；便于实现自动化，操纵控制简单，自动化程度高；质量轻，体积小，惯性小、动作灵敏。缺点是补偿过程存在补偿滞后且不能连续补偿；精度易受油压及周围环境温度影响，故对机床的工作环境要求很高；油液中易混入空气，易污染，油液污染后会影响系统工作的可靠性，使用维护比较严格；发生故障不易检查和排除；对维修人员的技术要求高。
意大利因赛FAF260型铣镗床滑枕补偿装置采用电气平衡，优点是结构简单、触发灵敏、精确实用；可靠性高、抗干扰能力强；调试速度快，工作效率高；能实现自动跟踪滑枕重心偏移并实时进行连续补偿，具有实时性强，补偿快速准确、动作稳定连续等优点。缺点是易受周围环境温度影响，对机床的工作环境要求非常高；电气控制稳定性较差；检修维护工作量大，对维修人员的能力要求非常高。
结束语
随着科技的不断进步，滑枕平衡补偿装置正向高速化、高精化、智能化等方向快速发展。目前机械补偿装置已被逐渐淘汰，现阶段最成熟的为电液平衡补偿装置，未来发展的趋势是电气补偿装置。
参考文献
[1]齐齐哈尔二机床有限公司 TK6920/L170型数控落地铣镗床使用说明书.
[2]MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES.LTD MILLING BORING COMBINED MACHINE TYPE MAF-RS210-NC INSTRUCTION MANUAL.
[3]INNSE BERARDI Machine Tools MILLING AND BORING MACHINE TYPE FAF260 USE AND MAINTENANCE MANUAL.