数字式电液比例阀在大型机床主轴变形补偿中的应用与研究

　　随着半导体器件、集成器件和超大规模集成器件的出现,数字技术在机械加工中的应用迅速而又普遍地发展起来,近几年,由于微型计算机的发展和提高,特别是单板机、单片机低廉的价格,为机械加工及设计的数字化提供了必要的条件,使数字技术已应用于机械加工的诸多方面,并且还不断地在开拓着新的应用领域。数字技术应用主要在直接数字控制(DDC)、计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助测试(CAT)等方面。大型机床加工使用过程中,它的主轴或滑枕从主轴箱中伸出的距离比较大,使主轴工艺系统在加工过程中可能由于刚性不足而产生变形引起加工误差,从而降低了机床的加工精度,使加工出来的产品精度达不到设计要求,为解决这一问题,通常有三种方法:①当主轴箱等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;②使用平衡重锤,但这将增加运动部件的质量,使惯量增大,增大电机功率及影响系统的快速性;③液压平衡法。它可以避免前两种方法所出现的问题。但如何设计液压系统及液压控制元件的使用是本方法的关键,只有信息反馈准确才能使变形补偿结构行之有效,以提高被加工工件的加工精度。

　　1　数字式电液比例阀

　　数字式电液比例阀是20世纪80年代初发展起来的可用计算机实现电液系统控制的新型元件,主要有数字式流量阀、数字式压力阀、数字式方向流量阀等,比如:增量式数字流量阀的组成是由步进电动机、滚珠丝杠、阀心、阀套、阀杆、传感器等。它的工作原理:计算机发出信号后,步进电机转动,通过滚丝杠转化为轴向位移,带动节流阀阀心移动,首先打开非全周节流,流量较小,而后打开全周节流口,流量较大。它的主要特点:阀心、阀套、阀杆的相对热膨胀取得温度补偿,维持流量恒定。该阀无反馈功能,但装有零位移传感器,每个控制终了,阀心都可在它控制下回到零位,重复精度较高。

　　2　变形补偿方法及其结构

　　机床主轴是加工工艺系统中的重要组成部分,主轴回转时,在理想状态下,主轴的回转轴线在空间的位置应该是稳定不变的,但是在机床主轴的制造、安装和使用过程中要产生误差,在加工过程中,主轴受静力,动力的作用会产生变形,使主轴的轴线在任一瞬时都在变化,这些都将直接影响着被加工零件的加工精度。在实际加工制造及生产过程中为解决上述问题,常采用一些辅助装置来提高主轴的刚度及其回转精度,设计中可以采取几方面的措施,如为主轴滑枕安装导向加强杆,对机床主轴轴承进行预紧,安装支承套,采用多油楔动压轴承,或提高主轴滑枕本身的接触刚度,如采用静压轴承,均化主轴轴颈与轴瓦的制造误差,改善主轴与滑枕的配合质量,预加载荷消除轴承间隙,使滚动轴承产生微量弹性变形来提高主轴的刚度、回转精度和使用寿命等。本文结合国内外先进经验对该结构进行了优化设计,采用一种简单、实用,并能大幅度提高主轴零件自身刚度的预加载荷的一种结构,并在实际中加以应用,该结构不仅可以消除配合间隙,也可以使主轴接触表面之间产生预变形,大大提高了主轴滑枕的刚度,从而对提高零件加工精度起到了很好的效果。