機床復(fu)合化足數控機床從單一(yi)功能向多功能方向發展(zhan)的(de)最新趨勢(shi)。車銑(xian)復(fu)合(he)、車磨(mo)復(fu)合(he)、銑(xian)磨(mo)復(fu)合(he)等復(fu)合(he)加(jia)(jia)丁機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)隨著零件加(jia)(jia)工(gong)(gong)要求(qiu)的(de)變化而相繼(ji)出現。這類機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)出現，改變了(le)傳統數控(kong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)布局和結構，能夠(gou)實現一(yi)機(ji)(ji)多用，工(gong)(gong)件一(yi)次裝夾(jia)就可以(yi)完成全部(bu)或大部(bu)分工(gong)(gong)序的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，從而減(jian)少了(le)工(gong)(gong)件裝夾(jia)次數，提(ti)高(gao)了(le)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)(jia)工(gong)(gong)效率，減(jian)少機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)使(shi)用臺數，節約能源。
車(che)銑復(fu)合加工(gong)機床是復(fu)合加工(gong)機床中發(fa)展最快、使用最廣泛的數控設備。對(dui)高速精密車(che)銑復(fu)合(he)數(shu)控機(ji)床來說，其(qi)主軸系統是電主軸結(jie)構，機床(chuang)的加工精度(du)(du)很大程度(du)(du)上取決(jue)于(yu)機床(chuang)的電主軸系統的精度(du)(du)，并(bing)受刀架位置精度(du)(du)和機床(chuang)整機動態性能的影(ying)響(xiang)。因此在車(che)銑復(fu)合機床(chuang)制造與(yu)裝配過程(cheng)中如何提(ti)高(gao)(gao)電主軸系統的(de)精度(du)、提(ti)高(gao)(gao)刀架的(de)位置(zhi)精度(du)、改善機(ji)床(chuang)的(de)整機(ji)動態性能是機(ji)床(chuang)設計的(de)關鍵。本(ben)文從(cong)以(yi)下幾方面來分析影響車銑復(fu)合機(ji)床(chuang)加工精度(du)的(de)因素，并提(ti)出相(xiang)應的(de)解決方法。
1電主軸系統的精度(du)
; 1.1電主軸系統(tong)的分度精度和準停(ting)精度
車銑(xian)復(fu)合(he)加(jia)工(gong)機(ji)(ji)床電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)分度(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)和(he)(he)準停精度(du)(du)(du)是考(kao)核機(ji)(ji)床主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精度(du)(du)(du)的(de)一(yi)個(ge)重要(yao)指標，是影(ying)響(xiang)機(ji)(ji)床加(jia)工(gong)精度(du)(du)(du)的(de)重要(yao)因素。為(wei)了實現電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統高的(de)分度(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)和(he)(he)準停精度(du)(du)(du)，國際上數控車銑(xian)復(fu)合(he)加(jia)工(gong)中心均(jun)采(cai)用內(nei)藏主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)式電(dian)機(ji)(ji)(簡(jian)稱(cheng)電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)與電(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)裝配(pei)成一(yi)體，減少(shao)中間傳(chuan)動(dong)(dong)環(huan)(huan)節對主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精度(du)(du)(du)的(de)影(ying)響(xiang)。工(gong)作(zuo)時(shi)，電(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)回(hui)轉(zhuan)即帶動(dong)(dong)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)的(de)速度(du)(du)(du)環(huan)(huan)和(he)(he)位置(zhi)環(huan)(huan)采(cai)用高精度(du)(du)(du)的(de)反(fan)饋(kui)元件(jian)，實現全閉(bi)環(huan)(huan)控制，反(fan)饋(kui)元件(jian)采(cai)集到的(de)位置(zhi)信(xin)號(hao)經數控系統分(fen)(fen)頻處(chu)理，使主(zhu)軸分(fen)(fen)度(du)(du)的(de)分(fen)(fen)辨率達到0.001°(主(zhu)軸最小(xiao)分(fen)(fen)度(du)(du)單位(wei)為3.6”)或更小(xiao)，從而(er)使機(ji)床(chuang)主(zhu)軸系統具有很(hen)高的(de)分(fen)(fen)度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準停精(jing)度(du)(du)。
為實(shi)現上述目的，采取如下(xia)解決方(fang)法：
a.電機轉子與(yu)機床(chuang)主軸采(cai)取特殊(shu)的裝(zhuang)配工藝，保證機床(chuang)主軸與(yu)電機轉子內(nei)孔(kong)的連接剛度，能傳遞(di)大的切削扭(niu)矩。
b.電主(zhu)(zhu)軸(zhou)組裝配時采用(yong)較高等(deng)級的(de)高速動平衡，降(jiang)低主(zhu)(zhu)軸(zhou)組的(de)剩余不平衡量(liang)，保證主(zhu)(zhu)軸(zhou)在高速回轉時的(de)平穩性。
c.電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統采用主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)制(zhi)(zhi)動和(he)阻(zu)尼裝置，在(zai)需(xu)要(yao)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)準停銑(xian)削或鉆削時(shi)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)處制(zhi)(zhi)動狀(zhuang)態，以保證銑(xian)削時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)不晃(huang)動。在(zai)連續分度(du)(du)銑(xian)削時(shi)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)處于阻(zu)尼狀(zhuang)態，以保證銑(xian)削時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回轉的平穩性。制(zhi)(zhi)動狀(zhuang)態和(he)阻(zu)尼狀(zhuang)態可以自動切換，由編程(cheng)設定(ding)。通過以上措(cuo)施(shi)，電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的分度(du)(du)定(ding)位(wei)精度(du)(du)≤24”，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)分度(du)(du)的重復定(ding)位(wei)精度(du)(du)≤12”。
1.2電(dian)主軸(zhou)系統的回轉精(jing)度
數控車(che)銑復合加工中(zhong)心為高精(jing)度(du)(du)加工機床(chuang)，主軸組(zu)是關鍵部件，主軸組(zu)的回(hui)轉精(jing)度(du)(du)直接影響加工工件的精(jing)度(du)(du)。
為保證主(zhu)(zhu)軸組具有高的(de)回(hui)轉(zhuan)精度，在電主(zhu)(zhu)軸系統(tong)中，主(zhu)(zhu)軸與電機轉(zhuan)子(zi)的(de)連接、定(ding)子(zi)外套與主(zhu)(zhu)軸箱體的(de)配(pei)合、主(zhu)(zhu)軸兩端與軸承組的(de)配(pei)合等采取了以下一系列(lie)的(de)工藝(yi)措施(shi)：
a.在(zai)電(dian)主軸(zhou)(zhou)裝配前(qian)(qian)先保(bao)證主軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)的精度(du)，孔(kong)的圓度(du)、尺寸公(gong)差(cha)、前(qian)(qian)后軸(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)的同(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)都在(zai)要(yao)求的范圍內(nei);主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的徑(jing)向(xiang)跳(tiao)動(dong)、前(qian)(qian)后軸(zhou)(zhou)頸的同(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)以及(ji)主軸(zhou)(zhou)端(duan)部(bu)的徑(jing)向(xiang)跳(tiao)動(dong)和(he)端(duan)面(mian)跳(tiao)動(dong)公(gong)差(cha)均控制在(zai)0.002mm之內(nei)。
b.裝(zhuang)配(pei)時根據軸(zhou)承外(wai)(wai)圈的(de)(de)尺寸，研磨主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體(ti)孔(kong)，并(bing)使其與軸(zhou)承外(wai)(wai)圓的(de)(de)配(pei)合公差嚴格控制在規定(ding)的(de)(de)范圍;電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)(de)電(dian)(dian)機轉子與主(zhu)(zhu)軸(zhou)采(cai)取特殊的(de)(de)裝(zhuang)配(pei)技術等。
采取以上措施后，電主(zhu)軸系統的(de)(de)回轉精度(du)得(de)到了(le)保證，主(zhu)軸的(de)(de)徑向跳(tiao)動和端面跳(tiao)動都(dou)在0.002mm之內(nei)，為保證工件的(de)(de)加工精度(du)奠定了(le)基礎(chu)。電主(zhu)軸系統的(de)(de)熱平衡
1.3電(dian)主(zhu)軸系統的熱平衡
電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統(tong)中電(dian)機是(shi)個發熱體，高速回轉的(de)前(qian)后軸(zhou)承也是(shi)發熱體，這會使電(dian)主(zhu)軸(zhou)的(de)溫(wen)度(du)上(shang)升(sheng)，影響(xiang)電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的(de)加工(gong)精度(du)。如何消除(chu)熱源(yuan)對(dui)機床(chuang)主(zhu)軸(zhou)精度(du)的(de)影響(xiang)，實(shi)現電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的(de)熱平衡是(shi)車銑(xian)復合加工(gong)機床(chuang)設計和制(zhi)造過程中要(yao)解決的(de)關(guan)鍵問題。為此(ci)采取以下幾(ji)項(xiang)措施：
a.主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體采(cai)取熱(re)(re)對(dui)稱設計，箱體外的散(san)熱(re)(re)筋(jin)兩邊(bian)對(dui)稱分布，讓主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)箱產(chan)生(sheng)的熱(re)(re)量盡快通過散(san)熱(re)(re)筋(jin)散(san)發掉(diao)，同時由于(yu)散(san)熱(re)(re)筋(jin)是對(dui)稱分布的，主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)發熱(re)(re)時主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)線不會產(chan)生(sheng)偏(pian)移。
b.對(dui)主軸(zhou)軸(zhou)承的(de)預加(jia)載荷和潤滑條件按(an)設計要求予(yu)以控制，既(ji)保(bao)證主軸(zhou)的(de)剛度(du)，又保(bao)證主軸(zhou)在高(gao)速回(hui)轉時軸(zhou)承發(fa)熱量最小。
c.對電機這(zhe)個主(zhu)要(yao)發熱源采用外(wai)(wai)循環冷(leng)卻(que)措(cuo)施。在電主(zhu)軸的定子外(wai)(wai)套(tao)(tao)外(wai)(wai)面(mian)裝有循環冷(leng)卻(que)水(shui)套(tao)(tao)，冷(leng)卻(que)水(shui)由獨(du)立的溫控(kong)裝置進(jin)行控(kong)制(zhi)(zhi)，溫度控(kong)制(zhi)(zhi)在22±1℃，電機產(chan)生的熱量通過定子外(wai)(wai)面(mian)的冷(leng)卻(que)水(shui)套(tao)(tao)的循環冷(leng)卻(que)水(shui)迅速帶走。
通(tong)過(guo)以上(shang)技術措施，保證了主軸(zhou)(zhou)在高(gao)速回(hui)轉時前軸(zhou)(zhou)承(cheng)溫升不(bu)超過(guo)25℃，后軸(zhou)(zhou)承(cheng)溫升不(bu)超過(guo)20℃，實現(xian)了電主軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)熱平衡。
2車銑(xian)復合加工機床動(dong)態性(xing)能
a.機床(chuang)(chuang)電(dian)主(zhu)軸系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態性(xing)能(neng)。機床(chuang)(chuang)加工精度(du)不(bu)僅(jin)受到前面各項(xiang)因(yin)素的(de)(de)(de)影(ying)響，還(huan)要受到電(dian)主(zhu)軸一(yi)軸承(cheng)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態特性(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響，而機床(chuang)(chuang)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)就(jiu)取決電(dian)主(zhu)軸一(yi)軸承(cheng)系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態特性(xing)。由于(yu)電(dian)主(zhu)軸一(yi)軸承(cheng)系(xi)(xi)統(tong)是一(yi)個復雜(za)的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)系(xi)(xi)統(tong)，其(qi)動(dong)(dong)態特性(xing)不(bu)僅(jin)與系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)阻尼和靜剛度(du)有(you)關，還(huan)與由系(xi)(xi)統(tong)結構
所決定的(de)(de)振(zhen)型有關。因此在進行(xing)機床(chuang)設計(ji)時，要進行(xing)動(dong)力學分析(xi)，計(ji)算(suan)出主(zhu)(zhu)軸箱(xiang)體的(de)(de)一階、二階固有頻率(lv)，使(shi)其一階固有頻率(lv)要避(bi)開主(zhu)(zhu)軸的(de)(de)最(zui)低(di)轉速，二階固有頻率(lv)要避(bi)開電主(zhu)(zhu)軸的(de)(de)最(zui)高轉速，以避(bi)免(mian)電主(zhu)(zhu)軸系統產生(sheng)共(gong)振(zhen)，消除由(you)于振(zhen)動(dong)造成的(de)(de)對(dui)機床(chuang)加工精度(du)的(de)(de)影響。
b.機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身整體剛度(du)(du)對(dui)車銑復合加工機床(chuang)(chuang)的(de)加工精(jing)度(du)(du)影(ying)(ying)響很大，在機床(chuang)(chuang)設(she)計時(shi)還要對(dui)機床(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)，身進行有(you)限元分析，優化機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身結構，提(ti)高機床(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)身剛度(du)(du)，改(gai)善機床(chuang)(chuang)的(de)整機動態性能(neng)，避免機床(chuang)(chuang)局(ju)部剛度(du)(du)不足引起機床(chuang)(chuang)結構的(de)變形，造成對(dui)機床(chuang)(chuang)加工精(jing)度(du)(du)的(de)影(ying)(ying)響。
3刀(dao)架分度定位(wei)精度及位(wei)置精度
車銑復合加工中心刀(dao)(dao)架(jia)的(de)每個工位既可(ke)安裝車削刀(dao)(dao)具，又可(ke)安裝徑向和(he)(he)軸向動力刀(dao)(dao)具，并根(gen)據被加工工件的(de)需要(yao)配置刀(dao)(dao)具的(de)種類和(he)(he)數量。電動刀架的位置精(jing)度(du)是影(ying)響車銑(xian)復合機床加工精(jing)度(du)的重(zhong)要(yao)因素(su)，在(zai)機床設計和制造(zao)過程中要(yao)加以重(zhong)視。為提高刀架(jia)的分度(du)定(ding)位精(jing)度(du)和位置精(jing)度(du)，可采取如下解決方(fang)法(fa)：
a.刀(dao)架分度定位(wei)一致(zhi)性的高低，對加工(gong)工(gong)件的尺寸(cun)一致(zhi)性影響很大。為此(ci)選擇高分度精度的電(dian)動刀(dao)架，并對刀(dao)架采(cai)用(yong)專(zhuan)門的裝配(pei)工(gong)藝，保證刀(dao)架分度定位(wei)精度≤0.005mm。
b.實現(xian)刀架X紀向伺服運動的X/Z軸的位(wei)置精度(du)(du)也是(shi)_項重要的精度(du)(du)指標，該項精度(du)(du)與加(jia)工工件的尺寸分散(san)度(du)(du)及(ji)一(yi)致性(xing)直接有關。這(zhe)是(shi)一(yi)項綜(zong)合精度(du)(du)，涉及(ji)到滾(gun)珠(zhu)絲杠(gang)和軸承(cheng)的精度、刀架拖(tuo)板的伺(si)服靈敏度、拖(tuo)板的伺(si)服慣量與(yu)負載慣量的匹配等多(duo)方面(mian)。 機械加工
