0 引言

　　对数控镗床而言，当滑枕或镗杆前后移动时，由于机械结构的原因，支撑座体的重心位置会前后移动，导致滑枕和镗杆发生倾斜，以及弹性变形、配合间隙使滑枕和镗杆的前端位置下沉形成低头现象，进而产生与机床坐标系的偏差。如果滑枕或镗杆与立柱不垂直，随着滑枕或镗杆的向外移动，主轴前端刀具中心点与理想轨迹偏差会发生相应的变化。为校正这些误差，除加大滑枕和镗杆本身的刚度外，必须通过机械和电气等手段进行补偿，以提高加工工件的表面结合度和孔直线度等方面的精度。西门子数控840D 系统具有强大的挠度补偿功能，同时其PLC 和HMI 也有更大的柔性空间，使各种功能的实现更加完善。在滑枕补偿方面，使用840D 系统可以系统地、灵活地实现补偿目的，达到理想的效果。

1 对镗床滑枕的补偿方法

　　数控镗床主要以机械和电气相结合的方式来实现滑枕补偿，但在镗床上应具备相关的执行机构（滑枕补偿装置） ：① 通过机械和液压部件调整滑枕补偿值；②通过吊链或拉链重锤等机械部件调整滑枕补偿值。在进行滑枕补偿时要分两步：其一，应力补偿，即先解决工件的加工表面接合度不好的问题；其二，各轴交叉补偿（挠度补偿） ，解决镗孔加工时的垂直度问题。

2 通过PLC 实现镗床滑枕的应力补偿

　　2.1 测量应力补偿对应的数据值

　　为正确有效地实现滑枕补偿，必须要测量相关数据。首先利用相关工具测量滑枕移动时主轴端面与理论坐标平面的偏差。

　　数控镗床中，一般情况下设定滑枕移动为W 轴，镗杆移动为Z 轴，立柱上下移动为Y 轴、立柱左右移动为X 轴。通过S7－300PLC 对补偿装置进行控制，逐步调整主轴端面与X Z 平面的垂直度，当达到误差允许值时，S7－300PLC 数据块中的数值就是滑枕补偿值。值得注意的是，在对有机械附件的镗床作补偿时，应分别就不同附件测量相应数据。

　　（1） 在无附件时，镗杆与滑枕同步的条件下，测量主轴旋转面与X Z 平面的垂直度，如图1所示。

图1 无附件时主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量

　　（2） 在平旋盘、延伸铣头、反刮铣头等附件头安装后，测量主轴旋转面与XZ 平面的垂直度，如图2所示。

图2 　安装平旋盘、延伸铣头、反刮铣头等附件头后主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量

　　（3） 万向铣头、卧式铣头、5轴铣头（主轴锥孔向下）等附件头安装后，测量主轴旋转面与X Z 平面的垂直度，如图3所示。

图3 　安装万向铣头、立卧铣头、5轴铣头附件头后主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量

　　（4） 安装防护板（只有镗杆移动）等附件头后，测量主轴旋转面与X Z 平面的垂直度，如图4所示。

图4 　安装防护板等附件头后主轴旋转面与X Z 平面的垂直度测量

　　（5） 在进行完各工况下的垂直度测量后，测量滑枕及其安装各种附件头时的挠度值，如图5所示。

图5 滑枕及其安装各种附件头时的挠度值测量

　　（6） 在进行完各工况下的垂直度测量后，测量镗杆以及安装护板时的挠度值，如图6 所示。

图6　测量镗杆及其安装护板时的挠度值

　　滑枕和镗杆移动，伸出长度（行程）不同，滑枕和镗杆的轴向与理论坐标轴向也不尽相同。称垂直方向的偏差为误差值，即误差值与滑枕和镗杆的行程相关；而通过补偿装置弥补不同行程的误差值，采用的调整数值称为补偿值，亦与滑枕和镗杆的行程相关。可以将补偿值与行程以曲线（或线段）建立补偿数据曲线图表，一般以滑枕（镗杆）伸出最小位置为曲线原点，以其伸出最远端和原点之间建立补偿行程。

　　2.2 自动实现应力补偿

　　在核对补偿装置（比例阀或牵引机构等装置）对于有效行程的调整数值后，可编制西门子PLC 的S7－300程序对全行程进行自动补偿。程序主要内容有：① 根据实际需要设定滑枕和镗杆的行程步距STEP ；② 建立滑枕和镗杆的数据块DB ，数据类型依据补偿执行装置原理而定；③ 建立各种附件需要的数据块DB ；④ 再结合Y 轴行程整合所有数据，根据不同的补偿方法采用不同的语言格式主要实现全行程补偿、自动识别补偿对象、数值转换；⑤ 编制安全保护，防止数据溢出、补偿过激等事故；⑥ 适当编制“微量手动”功能，以便于维修调整时测量数值。

　　如果由于机械等原因导致滑枕向前和向后移动到同一测量点时，补偿装置对应的补偿数据不同，则应使用双向线性补偿方式，建立两套数据块。

3 通过NC 实现镗床的交叉补偿

　　3.1 使用Sag compensation 挠度补偿功能的步骤

　　要实现挠度补偿，则须通过西门子NC 系统实现，即进行各轴之间的交叉补偿。下面以西门子840DNC 代码为例简述其具体步骤：

　　（1） 确定需要补偿的具体点数、行程、方向等相关信息。

　　（2） 结合以上信息，设定相关参数。MD18342设定内容为：（补偿终点－ 补偿起点）／（步距＋ 1） 。确认MD18342参数后，以先备份再回装方式重启系统，生成补偿初始化文件。

　　（3） 在初始化文件中，先设定以下变量

　　以上过程可以在服务界面直接修改复制后的INI文件或以工件程序的形式进行。

　　（4） 设定相关参数。MD32710 设定为1 ；MD41300［］设定为1。

　　（5） 执行NCK RESET 。

　　（6） 执行回零过程（绝对值系统直接生效） 。

　　（7） 在诊断界面可观察SAG ＋ TemperatureCompensation Value 垂度＋ 温度补偿实际值这一栏，通过正反运动，其数值应依据补偿表作相应的线性变化。

　　3.2 对无附件安装的补偿数据

　　对无附件安装的镗床而言，通过以上7个步骤之后，在初始化文件中存储一套补偿数据即可。

　　3.3 对安装有不同附件的补偿数据

　　如有不同附件安装到滑枕上，会产生不同的挠度变化，这就要求各附件必须有各自对应的补偿数据。同样，通过以上7个步骤之后，应用PLC 和NC 程序接合可以实现附件头更换后系统自动更新相应的滑枕补偿数据。

　　本文以安装5号反刮铣头为例，介绍相关NC 程序结构。在此附件自动安装后，PLC 程序会判断其是否为5号附件，如果是，则会自动执行子程序SPF９９５（5 号附件补偿数据生效程序） 。

　　（1） 附件识别程序为：

　　（2） 5号附件补偿数据生效程序SPF995为

　　同理，可编制对于镗杆和其他附件的NC 补偿程序，这样才能解决对多种附件应用时的滑枕补偿问题。

4 通过HMI 界面进一步完善滑枕补偿控制

　　为了维修和操作方便，在西门子数控系统PCU50上须编制HMI OEM 界面。OEM 界面中提示信息包括补偿对象、补偿数值（分滑枕、镗杆、各种附件头） 、滑枕和镗杆位置、滑枕补偿反馈装置状态信息（如拉力测量值） 、滑枕补偿装置状态（是否超限位，电机负载等） 、补偿是否生效等信息。OEM 界面中提供的可操作内容包括自动补偿功能启动／停止、手动测量功能启动／停止、补偿装置手动功能启动／停止等。

5 结束语

　　通过对镗床滑枕挠度变化的补偿实际测量和对西门子840D 进行挠度的补偿、S7－300PLC 全行程自动补偿、HMI 画面等手段，使机械、电气相结合的补偿方式得到有效应用，可以解决使用镗床滑枕加工时的精度问题，很好地抑制挠度变化，从而提高镗孔加工精度和工件表面接合度。