浅析立式车铣复合机床的控制技术与应用

　　【摘要】文章首先对立式铣车床的外观与结构进行了分析，并阐述了立式车铣复合机床电气控制中存在的问题，然后对静压导轨技术的应用现状进行进行了探究，最后论述了直驱转台技术在立式车铣复合机床的应用，希望对相关人员提供帮助。
　　【关键词】立式车铣复合机床；控制技术；应用
　　随着科学技术的不断发展，机床制造业逐渐向复合化、高速化以及精密化的方向发展。而数控机床的电气控制系统作为整个机床的控制核心，其涵盖了机械制造技术、传感器检测技术、电子技术、通信技术、自动控制技术、计算机技术等多种学科，下文对立式车铣复合机床的控制技术进行了分析，从而为数控机床的安全运行提供有力保障。
　　一、立式车铣复合机床的概述
　　立式车铣复合机床涵盖的范围比较广泛，其按照立柱的形式可分为单柱不可移动、单柱可移动以及双柱等，而数控双柱立式铣车床是车铣复合机床中比较常见的一种机床。同时，立式车铣复合机床主要由刀架、顶梁、滑座、横梁、进给箱、立柱、工作台底座、主变速箱、走台、液压站、电气控制柜、地面操作台等几大部件所组成，如图1和图2所示。其中，横梁是安装于两个立柱之上，在运行中交流异步电机经过减速箱驱动立柱顶端左右两个升降箱，同时带动两根丝杆传递动力使横梁作上升或下降运动，通过升降横梁具有不同的加工高度，横梁不参与进给。另外，立式车铣复合机床具备两种工作方式，即车削与铣削。在车削时，工作台处于主轴运行的状态，由直流电动机经过主变速箱来拖动工作台进行转动，而当机床变换到铣削时，工作台是通过进给伺服电机经过另一套传动机构来拖动工作台的转动，主要是用于钻削时工作台的精确分度定位和铣削进给。
　　二、立式车铣复合机床控制技术中存在的问题
　　数控机床的电气控制系统是整个机床的控制核心，而机床的电气控制技术是由机械设计与制造、液压技术、计算机技术、数控技术、传感器检测技术等多学科柔合交叉的应用技术，在立式车铣复合机床控制技术中存在的问题主要包括以下几个方面：第一，在数控加工中，立式车铣复合机床除了在钻孔时需要工作台进行精确定位，还需要在机床上进行端面铣削加工，而采用哪种加工方法是加工过程中的一个难题；第二，在数控技术的应用过程中，对西门子模拟主轴ADl4驱动器配置编码器原理不清，导致方案选型错误；对海德汉的距离码光栅尺和圆光栅的回零原理不清，导致将距离码光栅尺和圆光栅设成普通光栅尺，数控机床回零时间太长，效率低下；第三，工作台静压导轨油膜厚度没能找到合适的控制方法，从而无法达到最优的性能。
　　三、立式车铣复合机床控制技术的应用
　　（一）静压导轨技术的应用
　　液体静压导轨的优点有很多，主要包括两个方面：一是，油膜厚度和刚度受导轨相对速度变化的影响较小，并且对导轨的材料要求不高；二是，采用摩擦系数较小的机械油供入到导轨油腔内形成承载油膜，从而使导轨处于纯液体润滑以及摩擦状态，并且导轨之间基本没有磨损，延长了的导轨的使用寿命，促进了传动效率的提高；第三，吸收振动能量性能比较好，在低速区不会爬行，运动状况平稳。另外，静压导轨包括有限压以及恒流两种供油方式，并且静压导轨技术中油膜刚度由油膜厚度所保证，改变液压回路里供油泵的电机转速即可以改变供油流量，从而改变油膜厚度。随着静压导轨支撑技术的日趋成熟，其被广泛应用于各种机床中，尤其是数控机床，其中重型立车工作台导轨通常是采用环形多腔液体静压导轨。同时，日本东芝公司、法国弗雷斯特里内公司、德国瓦德里希公司所生产数控龙门镗铣床都采用了液体静压导轨支承技术。
　　（二）直驱转台技术的应用
　　由于立式车铣复合机床对转台的性能要求比较高，其不但要满足车削对高转速和大扭矩的需要，还要考虑到在进行铣削时对转台所提出的高定位精度动态特性等方面的要求，对于以上的设计条件，传统的机械传动式回转工作台已经无法满足要求。而直驱式回转工作台（见图3）凭借其优异的特性，不仅能够满足设计要求，而且为高档立式车铣复合机床的研发铺平了道路。
　　1。温度控制系统设计
　　直驱力矩电动机本身是高发热元件，并且处于机床的腹部位置，如果散热性能不好，就很容易形成热量累积，从而导致自身和关联部件的温度上升，最终引起机床的热变形。因此，在设计冷却系统时，要将热量进行及时的导出，否则会对机床的加工精度、电动机的推力产生一定的影响，甚至会烧毁电动机。另外，直驱转台里的热源主要产生于轴承和电动机转子的高速旋转。因此相关人员要根据发热源和部件的热敏感性，在定子和转台本体之间集成水冷系统，并在轴承附近安装温度传感器，从而保证转台额定转速和扭矩的提高，使转台的安全可靠运行得到有效保障。
　　2。精度控制设计
　　直驅系统能够实现大扭矩加速以及精密伺服的控制等，但对运动控制和测量反馈系统也提出了更高的要求。因此，为了保证测量系统所提供位置的稳定性，实现其更为平稳的速度控制，要在设计安装编码器时，尽量减小转台与编码器的配合截面面积，从而有利于编码器放置在理想的安装位置，并适用于尽可能大的安装直径。
　　四、结束语
　　总而言之，科学技术的快速发展，使得机床制造业向着复合化、高速化的方向发展，而数控机床的电气系统是整个机床的控制核心。因此，必须对其存在的问题要进行仔细的分析，并采取有效的措施，从而促进数控机床的正常运行。同时，要加强对立式车铣复合机床的控制技术的研究力度，使其所具有的作用得到充分发挥。
　　【参考文献】
　　〔1〕刘峰。五轴车铣复合加工功能关键技术的研究〔D〕。中国科学院研究生院（沈阳计算技术研究所），2014。
　　〔2〕王帅。HTM40100h车铣复合加工中心关键技术研究〔D〕。大连理工大学，2014。