機床(chuang)復(fu)合化足數控機床從(cong)(cong)單一(yi)功能(neng)(neng)向(xiang)多(duo)功能(neng)(neng)方向(xiang)發(fa)展的最新(xin)趨勢。車(che)銑(xian)復(fu)合(he)、車(che)磨(mo)復(fu)合(he)、銑(xian)磨(mo)復(fu)合(he)等復(fu)合(he)加(jia)丁機(ji)床(chuang)隨著零件加(jia)工(gong)(gong)要(yao)求的變化而相繼(ji)出現。這類機(ji)床(chuang)的出現，改(gai)變了傳統數控機(ji)床(chuang)的布局和結(jie)構，能(neng)(neng)夠(gou)實現一(yi)機(ji)多(duo)用，工(gong)(gong)件一(yi)次(ci)裝夾就可以(yi)完成全部(bu)或(huo)大部(bu)分工(gong)(gong)序的加(jia)工(gong)(gong)，從(cong)(cong)而減少了工(gong)(gong)件裝夾次(ci)數，提高了機(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)(gong)效率，減少機(ji)床(chuang)使用臺數，節約(yue)能(neng)(neng)源。
車銑(xian)復合加工機床(chuang)是(shi)復合加工機床(chuang)中(zhong)發展最快、使用最廣泛的數控設備。對高速精密(mi)車銑復合(he)數(shu)控機床來說，其(qi)主軸系統是(shi)電主軸結構，機床(chuang)的(de)(de)(de)加(jia)工精(jing)度(du)很大(da)程度(du)上取決于(yu)機床(chuang)的(de)(de)(de)電主軸系統的(de)(de)(de)精(jing)度(du)，并受刀(dao)架位置精(jing)度(du)和機床(chuang)整機動態(tai)性能的(de)(de)(de)影響(xiang)。因此在車銑(xian)復合機(ji)床制造與裝配過程中如何提(ti)高(gao)電主軸系統的精(jing)度、提(ti)高(gao)刀架的位置(zhi)精(jing)度、改善機(ji)床的整(zheng)機(ji)動態性能是機(ji)床設計(ji)的關鍵。本文從以下幾方面來(lai)分析影(ying)響(xiang)車銑復(fu)合機(ji)床加工精(jing)度的因素，并(bing)提(ti)出(chu)相應(ying)的解決方法。
1電主軸系(xi)統的精度
1.1電主軸系統的分度精度和準停精度
車(che)銑(xian)復(fu)(fu)合加(jia)工機床(chuang)電(dian)(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸系統的(de)(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)是考(kao)核(he)機床(chuang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)一(yi)個重要指標，是影響機床(chuang)加(jia)工精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)重要因素。為了實現電(dian)(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸系統高的(de)(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)，國際(ji)上數控(kong)車(che)銑(xian)復(fu)(fu)合加(jia)工中(zhong)心均采用內藏(zang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸式電(dian)(dian)(dian)機(簡稱(cheng)電(dian)(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸與(yu)電(dian)(dian)(dian)機轉(zhuan)子(zi)裝(zhuang)配成一(yi)體，減(jian)少中(zhong)間傳動(dong)(dong)環節對主(zhu)(zhu)(zhu)軸精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)影響。工作(zuo)時，電(dian)(dian)(dian)機轉(zhuan)子(zi)回轉(zhuan)即帶(dai)動(dong)(dong)主(zhu)(zhu)(zhu)軸回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)軸回轉(zhuan)的(de)(de)(de)速度(du)(du)環和(he)位(wei)(wei)置環采用高精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)反饋元件，實現全(quan)閉(bi)環控(kong)制，反饋元件采集到的(de)(de)(de)位(wei)(wei)置信號經數控(kong)系(xi)統分頻處理，使(shi)主軸分度(du)的分辨率達到0.001°(主軸最小分度(du)單位為3.6”)或更小，從而使(shi)機(ji)床主軸系統(tong)具有很高的分度(du)精度(du)和準停精度(du)。
; 為(wei)實現上(shang)述目的，采取如下解決方法：
a.電機(ji)(ji)轉子(zi)與(yu)機(ji)(ji)床主軸采取特殊的裝配工藝，保證(zheng)機(ji)(ji)床主軸與(yu)電機(ji)(ji)轉子(zi)內孔的連接剛度，能傳遞(di)大的切削扭矩(ju)。
b.電(dian)主軸(zhou)組裝配時采用較高等級的(de)高速(su)動平衡，降低主軸(zhou)組的(de)剩(sheng)余不平衡量，保證主軸(zhou)在高速(su)回轉時的(de)平穩性。
c.電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統采用(yong)主(zhu)軸(zhou)制(zhi)動(dong)和阻(zu)尼裝置，在需(xu)要主(zhu)軸(zhou)準(zhun)停(ting)銑(xian)(xian)削或(huo)鉆(zhan)削時(shi)，主(zhu)軸(zhou)處(chu)制(zhi)動(dong)狀態(tai)，以(yi)(yi)保證銑(xian)(xian)削時(shi)主(zhu)軸(zhou)不(bu)晃(huang)動(dong)。在連續分(fen)度銑(xian)(xian)削時(shi)，主(zhu)軸(zhou)處(chu)于(yu)阻(zu)尼狀態(tai)，以(yi)(yi)保證銑(xian)(xian)削時(shi)主(zhu)軸(zhou)回轉(zhuan)的(de)平穩性。制(zhi)動(dong)狀態(tai)和阻(zu)尼狀態(tai)可以(yi)(yi)自動(dong)切(qie)換，由編程設(she)定(ding)。通過(guo)以(yi)(yi)上措施(shi)，電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統主(zhu)軸(zhou)的(de)分(fen)度定(ding)位(wei)精度≤24”，主(zhu)軸(zhou)分(fen)度的(de)重(zhong)復定(ding)位(wei)精度≤12”。
1.2電(dian)主軸系統的(de)回轉精(jing)度
數控車銑復(fu)合加工(gong)(gong)中心(xin)為高(gao)精(jing)度(du)加工(gong)(gong)機床，主(zhu)軸組(zu)是關鍵部件，主(zhu)軸組(zu)的(de)回(hui)轉精(jing)度(du)直接(jie)影響加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的(de)精(jing)度(du)。
為保證主軸(zhou)(zhou)組(zu)具有(you)高的(de)回轉精度，在電(dian)主軸(zhou)(zhou)系統中，主軸(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機(ji)轉子的(de)連接(jie)、定(ding)子外套與(yu)主軸(zhou)(zhou)箱體的(de)配合、主軸(zhou)(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)(zhou)承(cheng)組(zu)的(de)配合等采取(qu)了以下一系列的(de)工藝措施：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝配(pei)前(qian)先保(bao)證(zheng)主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)(kong)的(de)精度，孔(kong)(kong)的(de)圓度、尺(chi)寸(cun)公差(cha)、前(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)承孔(kong)(kong)的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)度都在要求的(de)范圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)徑向跳動、前(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)度以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)端(duan)部的(de)徑向跳動和(he)端(duan)面跳動公差(cha)均控制(zhi)在0.002mm之內。
b.裝(zhuang)配(pei)時根據(ju)軸(zhou)承外圈(quan)的(de)尺寸，研磨主軸(zhou)箱體(ti)孔，并使其與軸(zhou)承外圓的(de)配(pei)合(he)公差嚴(yan)格(ge)控制在(zai)規定的(de)范圍;電(dian)主軸(zhou)的(de)電(dian)機轉子與主軸(zhou)采取特殊的(de)裝(zhuang)配(pei)技術等。
采取以上措施(shi)后，電(dian)主(zhu)軸系統(tong)的(de)回轉精(jing)度得到了(le)保證，主(zhu)軸的(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)加工精(jing)度奠定了(le)基(ji)礎。電(dian)主(zhu)軸系統(tong)的(de)熱平衡
1.3電主軸系(xi)統的熱(re)平衡
電(dian)主(zhu)(zhu)軸系統(tong)中(zhong)電(dian)機(ji)是(shi)個發(fa)熱體，高速回轉(zhuan)的(de)(de)(de)前(qian)后(hou)軸承也是(shi)發(fa)熱體，這會使電(dian)主(zhu)(zhu)軸的(de)(de)(de)溫度上升，影(ying)響(xiang)電(dian)主(zhu)(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)(de)加工(gong)精(jing)度。如何消除熱源對機(ji)床主(zhu)(zhu)軸精(jing)度的(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，實現電(dian)主(zhu)(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)(de)熱平(ping)衡(heng)是(shi)車(che)銑復合加工(gong)機(ji)床設計和制(zhi)造過程中(zhong)要解決的(de)(de)(de)關鍵問題。為此采取(qu)以(yi)下(xia)幾項措施：
a.主軸箱(xiang)體采取(qu)熱對(dui)稱設計，箱(xiang)體外的(de)(de)散熱筋兩邊(bian)對(dui)稱分布，讓主軸箱(xiang)產生的(de)(de)熱量盡快通(tong)過散熱筋散發(fa)掉，同時(shi)由于散熱筋是對(dui)稱分布的(de)(de)，主軸發(fa)熱時(shi)主軸軸線不會產生偏移(yi)。
b.對主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)的(de)預加載荷和(he)潤滑條件按設計(ji)要求予以(yi)控制，既保證主軸(zhou)(zhou)的(de)剛度，又保證主軸(zhou)(zhou)在(zai)高(gao)速(su)回(hui)轉時軸(zhou)(zhou)承(cheng)發(fa)熱量最小(xiao)。
c.對(dui)電機這個(ge)主要發熱源采(cai)用外(wai)循環冷卻(que)(que)措施。在電主軸的(de)(de)定(ding)子外(wai)套(tao)外(wai)面(mian)裝有循環冷卻(que)(que)水(shui)套(tao)，冷卻(que)(que)水(shui)由獨立的(de)(de)溫控(kong)裝置進行(xing)控(kong)制，溫度(du)控(kong)制在22±1℃，電機產(chan)生的(de)(de)熱量通過定(ding)子外(wai)面(mian)的(de)(de)冷卻(que)(que)水(shui)套(tao)的(de)(de)循環冷卻(que)(que)水(shui)迅速(su)帶走。
通過(guo)以上技術措(cuo)施，保證(zheng)了主(zhu)軸在高速回轉時(shi)前(qian)軸承溫升(sheng)(sheng)不(bu)超過(guo)25℃，后(hou)軸承溫升(sheng)(sheng)不(bu)超過(guo)20℃，實現(xian)了電主(zhu)軸系統的(de)熱平衡。
2車銑復合(he)加工機床動態性能
a.機(ji)床電主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)動(dong)態性(xing)(xing)能。機(ji)床加工精度(du)不僅(jin)受到(dao)前面各項因素的(de)影(ying)響，還(huan)要受到(dao)電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)動(dong)態特(te)(te)性(xing)(xing)的(de)影(ying)響，而機(ji)床的(de)振動(dong)就取(qu)決電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)動(dong)態特(te)(te)性(xing)(xing)。由(you)于電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)統(tong)(tong)是一個復(fu)雜的(de)振動(dong)系(xi)(xi)統(tong)(tong)，其動(dong)態特(te)(te)性(xing)(xing)不僅(jin)與(yu)(yu)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)阻尼和靜剛(gang)度(du)有(you)關，還(huan)與(yu)(yu)由(you)系(xi)(xi)統(tong)(tong)結構(gou)
所決(jue)定的振型(xing)有(you)關。因此在進行機床(chuang)設(she)計時，要(yao)(yao)進行動(dong)力學(xue)分析，計算出主(zhu)軸箱(xiang)體的一階(jie)、二階(jie)固(gu)有(you)頻率，使(shi)其一階(jie)固(gu)有(you)頻率要(yao)(yao)避開(kai)主(zhu)軸的最低(di)轉(zhuan)速，二階(jie)固(gu)有(you)頻率要(yao)(yao)避開(kai)電主(zhu)軸的最高(gao)轉(zhuan)速，以避免(mian)電主(zhu)軸系統產(chan)生共振，消除由于振動(dong)造成(cheng)的對機床(chuang)加工精度的影(ying)響。
b.機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身整(zheng)體剛(gang)度對(dui)車銑復合加(jia)工(gong)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的加(jia)工(gong)精度影響(xiang)(xiang)很大(da)，在機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)設計時(shi)還要對(dui)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)，身進行有限元分析(xi)，優化機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身結構(gou)(gou)，提(ti)高機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)身剛(gang)度，改善機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的整(zheng)機(ji)(ji)(ji)動態性能，避免(mian)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)局(ju)部剛(gang)度不(bu)足(zu)引起機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)結構(gou)(gou)的變形，造成對(dui)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)精度的影響(xiang)(xiang)。
3刀(dao)架分度(du)定位精度(du)及位置精度(du)
車銑復合加(jia)工中心刀(dao)架的每(mei)個工位既可(ke)安裝(zhuang)車削刀(dao)具(ju)，又(you)可(ke)安裝(zhuang)徑向和軸(zhou)向動(dong)力(li)刀(dao)具(ju)，并根據被加(jia)工工件的需要(yao)配(pei)置刀(dao)具(ju)的種類和數(shu)量。電動(dong)刀架(jia)的位置精(jing)度(du)是影響車銑復合(he)機床加工精(jing)度(du)的重(zhong)(zhong)要(yao)因(yin)素，在機床設計和制(zhi)造過程中(zhong)要(yao)加以重(zhong)(zhong)視。為(wei)提高刀(dao)架的分度(du)定位精(jing)度(du)和位置精(jing)度(du)，可采取(qu)如下解決(jue)方(fang)法：
a.刀架(jia)分(fen)(fen)度(du)(du)定位一致性的(de)(de)高低(di)，對加(jia)工工件的(de)(de)尺寸一致性影響很大。為此選擇高分(fen)(fen)度(du)(du)精度(du)(du)的(de)(de)電動刀架(jia)，并對刀架(jia)采用(yong)專門(men)的(de)(de)裝配工藝，保證刀架(jia)分(fen)(fen)度(du)(du)定位精度(du)(du)≤0.005mm。
b.實現(xian)刀架X紀向伺服運動(dong)的(de)(de)X/Z軸的(de)(de)位(wei)置精(jing)度(du)也是(shi)_項重要的(de)(de)精(jing)度(du)指標，該項精(jing)度(du)與(yu)加工(gong)工(gong)件的(de)(de)尺寸分(fen)散度(du)及一(yi)致性直接(jie)有關。這是(shi)一(yi)項綜合精(jing)度(du)，涉及到滾(gun)珠(zhu)絲杠和軸承的精(jing)度、刀架拖板的伺服靈敏度、拖板的伺服慣量與(yu)負載慣量的匹配等多方面(mian)。 機械加工
