專利名稱：大型機床橫梁用導軌卸荷裝置及撓度補償方法
技術領域：
本發明涉及大型機床技術領域，具體地說是一種大型機床橫梁用導軌卸荷裝置及撓度補償方法。
背景技術：
隨著核電、礦山、重型機械行業產品規格不斷加大升級，對大型、重型加工設備的需求極為迫切，加工設備的大型、重型化，就會出現許多的技術問題需要解決。其中大型單柱立車橫梁的撓度補償及導軌卸荷就是一個亟待解決的關鍵技術，它直接影響著大型單柱立車的主要精度。為滿足百萬千瓦級壓水堆核電大型關鍵零件壓力殼等關鍵部件的加工，超大規格專用單柱移動立式車銑復合加工機床應運而生，為適應大功率、大扭矩的加工要求及保證加工精度，超長懸臂型橫梁的剛性也需大大增強，橫向滑板及滑枕銑頭的自重也顯著增加， 由此產生了一系列問題一、超長懸臂(簡支)型橫梁由于自重產生撓曲變形，造成橫梁基準導軌變形；二、橫向滑板及滑枕銑頭的自重全部加載到橫梁的基準導軌上，增加橫梁導軌的負荷，造成橫梁基準導軌變形；三、機床運行時，隨著橫向滑板運行距離的加大，橫向滑板與橫梁基準導軌支撐面之間的壓力增大，摩擦力隨之加大，增加了機床的額外載荷，使鑲條磨損加劇，影響機床的運行精度。經檢索，CN 101462232A網上公布了一種橫向滑板用導軌卸荷裝置，其特征是在橫向溜板上平面開75°斜孔，通過螺紋連接固定螺母，橫梁加工15°斜導軌，鑲裝鋼帶，溜板斜孔內安裝軸承支架，起導向作用，下端通過銷軸安裝有調心滾子軸承，在橫梁鋼帶上滾動，上端與固定螺母之間安裝有蝶形彈簧片，
這種結構主要用于中小型橫梁的數控機床上，其有益效果是可以減小橫梁基準導軌的壓力，降低橫梁與橫向滑板之間的鑲條摩擦，使橫梁受力均勻分布，減小橫梁變形，降低橫向滑板拖動力。其不足是要求橫梁有足夠的剛性，不能有效地補償橫梁的撓度變形。CN 102126158A網上公布了一種在機床橫梁上安裝有卸荷梁的，卸荷梁上表面加工為凸形線，在刀架上安裝有卸荷輪及卸荷輪平衡裝置，卸荷輪安裝在偏心軸上，偏心軸兩側設有軸承，在偏心軸一端設置有小軸，該小軸與平衡機構軸相接觸；卸荷輪平衡機構軸按只在支座中，其支座與卸荷輪平衡機構軸之間設有彈簧，在支座的端部設置有彈簧和卸荷輪平衡機構軸的封堵和調節裝置。目前的數控機床上，以上兩種補償、卸荷方式方式均有采用，方式一主要應用于方式二是目前應用較為廣泛的一種補償、卸荷方式，可以較為有效地減小橫梁基準導
軌承載的負荷，提高刀架滑座在橫梁上移動的直線度；其不足之處是卸荷裝置結構復雜， 卸荷梁上表面凸形加工難度較大；卸荷力的大小是依靠彈簧預緊量和運行過程中彈簧的壓縮量來決定的，無法根據橫梁自身的剛度變化，彈簧預緊量調整操作難度大，在使用過程中，經常會出現因卸荷力過大導致調心滾子軸承損壞的問題。
發明內容
本發明的目的是解決上述現有技術的不足之處，提供一種結構新穎、控制原理簡單，操作簡單、補償范圍廣、機床精度高、工件加工質量高的大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷補償方法及卸荷裝置。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是
一種大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷補償方法，其特征在于具體步驟如下
1)、補償間距和補償點的確定根據懸臂(簡支)梁的撓度變形情況，通過理論計算，根據斜率逼近的原則將卸荷梁分成若干個補償間距，相鄰的補償點之間按直線處理，及卸荷梁上表面的橫切面由若干段直線組成，加工卸荷梁上表面；
2)、電氣補償值的確定通過實驗方法采集每個直線度補償點及補償間距的直線度變動量，通過控制電液比例壓力閥的壓力值糾正直線度變動量，將橫向滑板中心兩側的左卸荷油缸和右卸荷油缸的壓力設定值分別成比例的對應為輸入電信號；
3)、電氣控制執行將左卸荷油缸和右卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號分別輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板工作狀態下，橫向滑板在相應補償點的間距內，通過系統調取左卸荷油缸、右卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號來自動補償橫向滑板的直線度誤差，達到自動調節橫向滑板作用于卸荷導軌上的卸荷力，保證橫向滑板對橫梁基準導軌的作用力均勻分布，從而起到自動補償橫向滑板運動直線度精度的作用。一種大型機床橫梁用卸荷裝置，設有橫梁、卸荷梁、鋼帶和橫向滑板，橫向滑板經導軌與橫梁滑動連接，卸荷梁上端面設有鋼帶，其特征在于橫向滑板與橫梁之間的橫梁上固定有卸荷梁，卸荷梁上表面為凸形面，凸形面是由平面單元首尾相連而成，以利于根據斜率逼近的原則計算卸荷梁的撓度變形，進而實行補償撓度變形，對應卸荷梁上表面的橫向滑板中心兩側分別設有卸荷裝置，卸荷裝置包括卸荷油缸、電液比例壓力閥、連接盤、上安裝座、下安裝座、限位板、滾柱導軌塊、定位螺釘和碟簧，上安裝座下端面設有球形面，下安裝座上端面設有與上安裝座相吻合的球形凹面，卸荷油缸固定在橫向滑板上，卸荷油缸的活塞桿端部設有連接盤，上安裝座上端經連接盤與活塞桿固定連接，下端經球形面與下安裝座的凹面相配合，并經上安裝座中心的定位螺釘和碟簧與下安裝座相連接，活塞桿兩側設有限位板，限位板固定在橫向滑板上，以保證下安裝座繞卸荷油缸的活塞桿軸心在沿卸荷梁長度方向行進時做微量轉動，下安裝座下端設有滾柱導軌塊，滾柱導軌塊與鋼帶相抵觸，以利于滾柱導軌塊在卸荷梁的鋼帶上滾動，承受重載荷，減少摩擦，提高橫向滑板移動直線度的精度，電液比例壓力閥一端與卸荷油缸相連接，另一端與控制系統相連接，以使控制系統通過電液比例壓力閥控制卸荷油缸的上腔壓力，來糾正橫向滑板的直線度變動量， 起到橫梁撓度實時補償、導軌卸荷的作用。本發明可在橫向滑板上設有導向襯套，導向襯套套在卸荷油缸的活塞桿上，并經托板固定在限位板上，以保證卸荷油缸的活塞桿運行平穩可靠。本發明中的鋼帶為高硬度淬火鋼帶，達到承受重載荷、抗摩擦的作用。本發明中的控制系統米用西門子840D系統。本發明通過滾柱導軌塊在卸荷梁上滾動來傳遞重量，并通過卸荷梁上表面的工藝曲線以及電液比例壓力閥控制卸荷油缸動作，通過理論計算確定橫梁上的卸荷梁在橫向滑板移動的全行程劃分為數個補償間距；將實驗采集的直線度補償點及補償間距的直線度變
4動量轉化為左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值；將左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號值輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板工作狀態下，滑板在相應補償點的間距內， 通過控制系統調取左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號來自動補償橫向滑板的直線度誤差，使得補償后橫向滑板移動直線度的精度得到較大提高，減小了橫梁基準導軌支撐面的壓力，使橫梁基準導軌受力均勻分布，減小橫梁變形，提高了機床運行的整體精度。
圖I是本發明的結構示意圖。圖2是圖I中A-A的剖視圖。圖3是卸荷油缸結構示意圖。圖4是卸荷油缸液壓原理圖。圖5是卸荷梁上表面的結構示意圖。附圖標記1.橫梁，2.卸荷梁，3.鋼帶，4.橫向滑板，5.卸荷油缸，6.連接盤，7.上安裝座，8.下安裝座，9.定位螺釘，10.蝶簧，11.限位板，12.滾柱導軌塊，13.導向襯套， 14.托板，15.平面單兀，16.活塞桿。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明進一步說明
一種大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷補償方法，其特征在于具體步驟如下
1)、補償間距和補償點的確定根據懸臂(簡支)梁的撓度變形情況，通過理論計算，根據斜率逼近的原則將卸荷梁2分成若干個補償間距，相鄰的補償點之間按直線處理，及卸荷梁2上表面的橫切面由若干段直線組成，根據計算結果確定的數值，加工卸荷梁2上表面；
2)、電氣補償值的確定通過實驗方法采集每個直線度補償點及補償間距的直線度變動量，通過控制電液比例壓力閥的壓力值糾正直線度變動量，將橫向滑板4中心兩側的左卸荷油缸5和右卸荷油缸5的壓力設定值分別成比例的對應為輸入電信號；
3)、電氣控制執行將左卸荷油缸5和右卸荷油缸5的壓力設定值對應的電信號分別輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板4工作狀態下，橫向滑板4在相應補償點的間距內，通過系統調取左卸荷油缸5、右卸荷油缸5的壓力設定值對應的電信號來自動補償橫向滑板4 的直線度誤差，達到自動調節橫向滑板4作用于卸荷導軌上的卸荷力，保證橫向滑板4對橫梁I基準導軌的作用力均勻分布，從而起到自動補償橫向滑板4運動直線度精度的作用。如附圖所示，一種大型機床橫梁用導軌卸荷裝置，設有橫梁I、卸荷梁2、鋼帶3和橫向滑板4，橫向滑板4經導軌與橫梁I滑動連接，卸荷梁2上端面設有鋼帶3，其特征在于橫向滑板4與橫梁I之間的橫梁I上固定有卸荷梁2，卸荷梁2上表面為凸形面，凸形面是由平面單元15首尾相連而成，以利于根據斜率逼近的原則計算卸荷梁2的撓度變形，進而實行補償撓度變形，對應卸荷梁2上表面的橫向滑板4中心兩側分別設有卸荷裝置，卸荷裝置包括卸荷油缸5、電液比例壓力閥、連接盤6、上安裝座7、下安裝座8、限位板11、滾柱導軌塊12、定位螺釘9和碟簧10，上安裝座7下端面設有球形面，下安裝座8上端面設有與上安裝座相吻合的球形凹面，卸荷油缸5固定在橫向滑板4上，卸荷油缸5的活塞桿16端部設有連接盤6，上安裝座7上端經連接盤6與活塞桿16固定連接，下端經球形面與下安裝座8 的凹面相配合，并經上安裝座7中心的定位螺釘9和碟簧10與下安裝座8相連接，活塞桿 16兩側設有限位板11，限位板11固定在橫向滑板4上，以保證下安裝座8繞卸荷油缸5的活塞桿16軸心在沿卸荷梁2長度方向行進時做微量轉動，下安裝座8下端設有滾柱導軌塊 12，滾柱導軌塊12與鋼帶3相抵觸，以利于滾柱導軌塊12在卸荷梁2的鋼帶3上滾動，承受重載荷，減少摩擦，提高橫向滑板4移動直線度的精度，電液比例壓力閥一端與卸荷油缸 5相連接，另一端與控制系統相連接，以使控制系統通過電液比例壓力閥控制卸荷油缸5的上腔壓力，來糾正橫向滑板4的直線度變動量，起到橫梁I撓度實時補償、導軌卸荷的作用。本發明可在橫向滑板4上設有導向襯套13，導向襯套13套在卸荷油缸5的活塞桿 16上，并經托板14固定在限位板11上，以保證卸荷油缸5的活塞桿16運行平穩可靠。本發明中的鋼帶3為高硬度淬火鋼帶3，達到承受重載荷、抗摩擦的作用。本發明中的控制系統可優選采用西門子840D系統，西門子840D系統為現有技術， 此不贅述。本發明大型機床橫梁用導軌卸荷裝置的工作原理向對稱安裝在橫向滑板4中心線兩側的兩個卸荷油缸5上腔通入液壓油，卸荷油缸5的活塞桿16向下運動，帶動安裝在活塞桿16上的連接盤6、上安裝座7、下安裝座8、滾珠導軌塊12—起向下運動，直至滾柱導軌塊12與卸荷梁2上的鋼帶3接觸，并承受足夠的載荷，使橫梁I基準導軌受力均勻，卸荷梁2上表面的凸形面按照若干段相連的平面加工，可補償橫梁I的撓曲變形，上安裝座7機下安裝座8經球形面和凹面相配合，在上安裝座7和下安裝座8中心用定位螺釘9和碟黃 10連接，在橫向滑板4上安裝有限位板11，保證下安裝座8只可以繞卸荷油缸5在不同曲率補償間距的角度誤差，從而保證橫向滑板4可沿橫梁I基準導軌準確的運動，當橫向滑板4 沿橫梁I基準導軌運動時，由于橫梁I自身及橫向滑板4、滑枕組件的重力對橫梁I的影響， 橫梁I基準導軌會發生撓曲變形，變形量會隨著橫向滑板4行程的變大而變大，這時可通過電液比例壓力閥控制通入左、右卸荷油缸5上腔的液壓油的壓力值來達到調節卸荷力大小的目的，從而實現大型機床橫梁I卸荷力大小的實時變化來校正橫向滑板4直線度的誤差， 通過將實驗采集的直線度補償點及補償間距的直線度變動量轉化為左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值；將左、右兩側卸荷油缸5的壓力設定值對應的電信號值輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板4工作狀態下，橫向滑板4在相應補償點的間距內，通過系統調取左、右兩側卸荷缸5的壓力設定值對應的電信號來自動補償橫向滑板4的直線度誤差。使得補償后橫向滑板4移動直線度的精度得到較大提高。本發明大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷的補償方法包括以下步驟
I)、補償間距和補償點的確定根據橫(簡支)梁I的撓度變形情況，通過理論計算和斜率逼近的原則將卸荷梁分成若干個補償間距，相鄰的補償點之間按直線處理，及卸荷梁 2上表面由若干段直線組成；根據計算結果，加工卸荷梁上表面；由于橫梁I本身的剛性較高，在橫向滑板4行程的0-1250mm內，橫向滑板4移動的直線度精度不超差，故行程1250mm 以前不需要補償，補償間距的選擇理論上越小越好，間距越小，補償精度越高，一般取補償間距500即可滿足機床實際精度需要，補償間距內直線的斜率需根據橫(簡支)梁的撓度變形情況選定，確定關鍵直線度補償點對后續的電氣補償至關重要。2)、電氣補償值的確定通過實驗方法采集每個直線度補償點及補償間距的直線度變動量，通過控制電液比例壓力閥的壓力值糾正直線度變動量，將左、右兩側卸荷缸5的壓力設定值成比例的對應為輸入電信號；根據實驗數據確定的補償間距，確定補償點的位置，當橫向滑板4運動到該補償點時，讓系統調取左、右兩側卸荷缸5的壓力設定值的電信號進行補償，再次測量該的直線度誤差，如不滿足精度要求，嘗試改變壓力設定值的電信號進行調整，直至滿足為止，以確定該補償點的最佳補償數值，并記錄在數控系統中。按上述方法確定其余個補償點的最佳補償數值，并記錄在數控系統中。3)、電氣控制執行將轉化后的左、右兩側卸荷缸5的壓力設定值的電信號輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板4工作狀態下，橫向滑板4在相鄰補償點的間距內，通過系統調取左、右兩側卸荷缸5的壓力設定值的電信號來自動補償橫向滑板4的直線度誤差。該大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷補償方法及卸荷裝置，結構簡單，控制原理簡單易行，通過系統調取左、右兩側卸荷缸的壓力設定值的電信號來自動補償橫向滑板的直線度誤差，使得補償后橫向滑板移動直線度的精度和范圍得到較大提高，機床精度更高， 并且在Φ 22米單柱立車上應用，橫向滑板移動的直線度在1250mm處為O. Olmm,在橫向滑板最大行程時(9250mm)時為O. 05_，最終大大提高了機床的整體精度以及工件的加工質量。
權利要求
1.一種大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷補償方法，其特征在于具體步驟如下1)、補償間距和補償點的確定根據懸臂梁的撓度變形情況，通過理論計算，根據斜率逼近的原則將卸荷梁分成若干個補償間距，相鄰的補償點之間按直線處理，及卸荷梁上表面的橫切面由若干段直線組成，根據計算結果確定的數值，加工卸荷梁上表面；2)、電氣補償值的確定通過實驗方法采集每個直線度補償點及補償間距的直線度變動量，通過控制電液比例壓力閥的壓力值糾正直線度變動量，將橫向滑板中心兩側的左卸荷油缸和右卸荷油缸的壓力設定值分別成比例的對應為輸入電信號；3)、電氣控制執行將左卸荷油缸和右卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號分別輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板工作狀態下，橫向滑板在相應補償點的間距內，通過系統調取左卸荷油缸、右卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號來自動補償橫向滑板的直線度誤差。
2.一種大型機床橫梁用導軌卸荷裝置，設有橫梁、卸荷梁、鋼帶和橫向滑板，橫向滑板經導軌與橫梁滑動連接，卸荷梁上端面設有鋼帶，其特征在于橫向滑板與橫梁之間的橫梁上固定有卸荷梁，卸荷梁上表面為凸形面，凸形面是由平面單元首尾相連而成，對應卸荷梁上表面的橫向滑板中心兩側分別設有卸荷裝置，卸荷裝置包括卸荷油缸、電液比例壓力閥、 連接盤、上安裝座、下安裝座、限位板、滾柱導軌塊、定位螺釘和碟簧，上安裝座下端面設有球形面，下安裝座上端面設有與上安裝座相吻合的球形凹面，卸荷油缸固定在橫向滑板上， 卸荷油缸的活塞桿端部設有連接盤，上安裝座上端經連接盤與活塞桿固定連接，下端經球形面與下安裝座的凹面相配合，并經上安裝座中心的定位螺釘和碟簧與下安裝座相連接， 活塞桿兩側設有限位板，限位板固定在橫向滑板上，下安裝座下端設有滾柱導軌塊，滾柱導軌塊與鋼帶相抵觸，電液比例壓力閥一端與卸荷油缸相連接，另一端與控制系統相連接。
3.根據權利要求2所述的一種大型機床橫梁用導軌卸荷裝置，其特征在于橫向滑板上設有導向襯套，導向襯套套在卸荷油缸的活塞桿上，并經托板固定在限位板上。
4.根據權利要求2所述的一種大型機床橫梁用導軌卸荷裝置，其特征在于鋼帶為高硬度淬火鋼帶。
全文摘要
本發明涉及大型機床技術領域，具體地說是一種大型機床橫梁用撓度補償、導軌卸荷補償方法及導軌卸荷裝置，通過卸荷梁上表面的凸形面以及電液比例壓力閥控制卸荷油缸動作，通過理論計算確定橫梁上的卸荷梁在橫向滑板移動的全行程劃分為數個補償間距；將實驗采集的直線度補償點及補償間距的直線度變動量轉化為左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值；將左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號值輸入到機床的數控系統中，在橫向滑板工作狀態下，通過控制系統調取左、右兩側卸荷油缸的壓力設定值對應的電信號來自動補償橫向滑板的直線度誤差，減小了橫梁基準導軌支撐面的壓力，使橫梁基準導軌受力均勻分布，減小橫梁變形，提高了機床運行的整體精度。
文檔編號B23Q23/00GK102581687SQ20111039001
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者張建州, 湯鵬, 王斌, 車忠偉, 鄭洪森 申請人:威海華東數控股份有限公司