激光补偿在数控机床龙门控制中的应用探究

庞增涛　张学明

摘 要：目前在制造业中应用较为广泛的桥式机床，采用西门子系统特有的龙门控制方式，在机床高速运行时，由于期间磨损将引起龙门扭曲状态，导致龙门单轴垂直度异常，继而导致该区域的定位精度出现偏差，可采用激光补偿原理，使用激光干涉仪对龙门单轴进行检测，获取补偿数据，使机床恢复正常运转。

关键词：激光补偿；数控机床；龙门控制；应用

随着工业技术的不断发展，应用于制造业的机械设备不断更新，其中桥式机床就是制造企业应产品加工要求而添置的[ 1 ]。桥式机床相比于普通立式机床相比，在复杂型面工件的加工上更具有优势，这类先进的机床采用西门子系统，采用系统特有的龙门轴控制方式，在高速运行后，会由于机械间的磨损而使得龙门双轴的同步状态逐渐下降，出现机床扭曲状态。在机床出现轻微磨损时，可采用激光补偿的技术手段，保证机床的正常运行。

1 桥式激光补偿原理

桥式机床的龙门轴由两个相对独立的单轴组成，一般情况下的企业只拥有一个激光测量系统，因此在使用激光干涉仪测定机床的龙门轴补偿值时，无法同时测量出两个独立单轴的补偿值，而如果将激光干涉仪放在龙门轴横梁中部进行测量，所得补偿数据无法满足螺距补偿的要求，采用多种测量方式都无法保证定位精度。因此，在对桥式机床进行激光补偿时，可以同时采用两套激光检测设备对两个独立的龙门单轴进行检测，若是条件不允许，需要在两端单轴进行多次补偿测量，排除误差。在测量时，保证机床检测起始位置的垂直度，在补偿测量后检查机床电流和功率是否正常。

2 定位精度与龙门扭曲

桥式机床高速运行时，器械零件之间会因为摩擦而损耗，使得龙门双轴在同步运行时，机床的横梁与左右两侧的线性轴的出制度不符合理论要求，即为龙门扭曲状态。理论上来说，龙门轴同步运行后机床的状态与自然状态相同，垂直度处于正常范围，但是若两侧龙门单轴运行时电流或功率产生较大的差异，为了保持单轴的同步运行，机床会自动调节龙门轴的状态，导致同步取消后自然状态下的机床垂直度异常。在桥式机床中，龙门轴的垂直度会影响到激光补偿时个龙门单轴的定位精度。使用两套激光检测设备测量补偿值时，可以通过单轴测量的定位精度来确定龙门轴相关垂直度，使得新机床在补偿后的定位精度能够与龙门轴的同步状态相吻合。

3 检测机床的龙门轴磨损状态

桥式机床的轻微磨损就会影响到机械的正常运转，但是这种磨损状态肉眼无法识别，只能讲机械零件从机床上拆卸下来，送至专业的检验机构进行检查，这种方式效率低下，而且在检查过程中极易因为保管不妥而出现二次磨损的情况。为了提高桥式机床零件磨损的状态，我国已经在这一模块进行了多年的专业研究与测试，获得了一定的成效，可以通过使用专业的外部监测器或者在机床内部加装传感器的方式，才能对其进行精准的检测分析。

此外，还有一种较为简单效率较高的检测方式，就是通过桥式机床数控系统中的检测体系对机床进行检测。

4 扭曲补偿原理

针对桥式机床常出现的龙门轴磨损状态，，不一定要应用桥式激光补偿原理进行补偿，还可以根据机床运行是两侧龙门单轴的电流或电功率状态，来判断出出现磨损的区域，对异常机床区域中各单轴的定位精度进行调整。这种方式之所以可行，是因为机床补偿后垂直度的理論要求范围有一定的区间，因此只要保证垂直度在此区间范围内，适当地减小单轴点定位精度，就可以让将机床运行内应力控制在较小范围内，正常进行产品加工。这一补偿方式是经科学的运算公式验证的，在实际使用时，可以直接修改定位精度，进行有效补偿。

5 扭曲补偿方法

在桥式机床运行时，需定期进行检修，首先检测机床是否存在磨损状态，若存在则应该对机床进行激光补偿，确定机床是否存在异常区域，分析出磨损的零部件，采用激光测量设备检测出补偿值，测定定位精度，对从动轴数据进行处理，指导机床的定位精度与运行状态符合相关运行要求，方可再次交付使用。如若发现机床的磨损状态是可调整的，需取消激光补偿，按照常规的龙门机床定位精度方式，重新获取补偿数据，进行相应的补偿，随后采用西门子系统自带工具检查龙门轴在机床启停时的功率状态，确定故障区域，再进行该区域的定位精度检查，获取准确的补偿数据。

6 结语

产品加工要求的提升，是制造企业机械设备不断更新的源动力，与此同时对机械的维修养护工作也提出了更高的要求。桥式机床工件加工中尤其独特的优势，但是在长期高速运行时，极易产生轻微的磨损，激光补偿便是在这种情况下而采用的一种能够确保机床正常运行的技术措施[ 2 ]。通过调整机床数控系统的相关数据，比如说定位精度，就能有效规避机械运行故障风险，使得机床的使用年限很大程度地延长。

参考文献：

[1] 熊平.大型数控龙门铣床几何误差补偿方法研究[J].机电工程，2014，02：139-144.

[2] 杨昌祥，王立坚，何川，范开国，杨建国.基于移动最小二乘的数控龙门导轨磨床定位误差建模及补偿技术[J].中国机械工程，2015，09：1147-1151.