機床復(fu)合化足數控機床從單一功能(neng)向多功能(neng)方向發展的(de)最(zui)新趨勢。車銑復合(he)、車磨(mo)復合(he)、銑磨(mo)復合(he)等復合(he)加(jia)丁機(ji)(ji)床隨著零(ling)件加(jia)工(gong)要求的(de)變(bian)化而相繼(ji)出(chu)現。這類機(ji)(ji)床的(de)出(chu)現，改變(bian)了傳(chuan)統數控機(ji)(ji)床的(de)布局和結(jie)構，能(neng)夠實現一機(ji)(ji)多用，工(gong)件一次(ci)裝夾就可以完成全部(bu)或大部(bu)分工(gong)序(xu)的(de)加(jia)工(gong)，從而減少了工(gong)件裝夾次(ci)數，提(ti)高了機(ji)(ji)床加(jia)工(gong)效率，減少機(ji)(ji)床使用臺數，節(jie)約(yue)能(neng)源。
車銑復合加(jia)工機(ji)床是復合加(jia)工機(ji)床中發展(zhan)最(zui)快(kuai)、使用最(zui)廣泛(fan)的數控設備。對(dui)高速精密車銑(xian)復合數(shu)控(kong)機床來(lai)說，其主軸系統是(shi)電主(zhu)軸結構(gou)，機(ji)床的加工精度很大程度上取決于機(ji)床的電主軸系統的精度，并受刀架(jia)位置精度和機(ji)床整機(ji)動態性能的影響。因此(ci)在車銑復合機床(chuang)制造與裝配過(guo)程中如何提高電(dian)主軸系統(tong)的(de)(de)(de)精度、提高刀架的(de)(de)(de)位置精度、改善機床(chuang)的(de)(de)(de)整(zheng)機動態性(xing)能是(shi)機床(chuang)設計的(de)(de)(de)關鍵(jian)。本(ben)文(wen)從(cong)以下幾方(fang)面來分(fen)析影響(xiang)車(che)銑(xian)復合(he)機床(chuang)加工(gong)精度的(de)(de)(de)因(yin)素，并提出(chu)相(xiang)應的(de)(de)(de)解決方(fang)法。
1電主軸(zhou)系(xi)統的(de)精度
1.1電主(zhu)軸系統的分度精度和準停精度
車銑(xian)復(fu)合加工(gong)機床(chuang)電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)(de)分(fen)度(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)和準(zhun)停精度(du)(du)(du)是(shi)考核機床(chuang)主軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)(du)的(de)(de)一(yi)個(ge)重要指標，是(shi)影(ying)響機床(chuang)加工(gong)精度(du)(du)(du)的(de)(de)重要因素。為了實(shi)現電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)統高的(de)(de)分(fen)度(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)和準(zhun)停精度(du)(du)(du)，國際上數控(kong)車銑(xian)復(fu)合加工(gong)中心均(jun)采用內藏主軸(zhou)(zhou)式電(dian)機(簡稱(cheng)電(dian)主軸(zhou)(zhou))，主軸(zhou)(zhou)與電(dian)機轉(zhuan)子(zi)裝配成一(yi)體(ti)，減少(shao)中間傳動環(huan)節對主軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)(du)的(de)(de)影(ying)響。工(gong)作(zuo)時(shi)，電(dian)機轉(zhuan)子(zi)回(hui)轉(zhuan)即帶動主軸(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)。主軸(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)的(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)環(huan)和位置環(huan)采用高精度(du)(du)(du)的(de)(de)反(fan)(fan)饋(kui)元件(jian)，實(shi)現全閉環(huan)控(kong)制，反(fan)(fan)饋(kui)元件(jian)采集(ji)到的(de)(de)位置信號經數(shu)控(kong)系統分(fen)(fen)頻(pin)處理，使(shi)主(zhu)軸(zhou)分(fen)(fen)度的分(fen)(fen)辨率達到0.001°(主(zhu)軸(zhou)最(zui)小分(fen)(fen)度單位為(wei)3.6”)或(huo)更小，從而使(shi)機床(chuang)主(zhu)軸(zhou)系統具(ju)有很高的分(fen)(fen)度精(jing)度和準停精(jing)度。
為實現上述目的，采(cai)取如下解決方(fang)法：
a.電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)與(yu)機(ji)(ji)床主(zhu)軸采取(qu)特殊的(de)裝配工藝，保證(zheng)機(ji)(ji)床主(zhu)軸與(yu)電機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)(zi)內孔的(de)連接剛(gang)度，能傳遞大的(de)切削扭矩。
b.電主軸(zhou)組裝(zhuang)配時(shi)采用較高等級的(de)高速動平(ping)衡，降低(di)主軸(zhou)組的(de)剩余(yu)不平(ping)衡量，保證主軸(zhou)在高速回(hui)轉時(shi)的(de)平(ping)穩性。
c.電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統采(cai)用主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)制動(dong)(dong)(dong)和阻尼(ni)(ni)(ni)裝(zhuang)置，在需要主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)準(zhun)停銑(xian)削(xue)(xue)(xue)或鉆削(xue)(xue)(xue)時，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)處制動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以(yi)(yi)保證銑(xian)削(xue)(xue)(xue)時主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)不晃動(dong)(dong)(dong)。在連續分(fen)度(du)銑(xian)削(xue)(xue)(xue)時，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)處于阻尼(ni)(ni)(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以(yi)(yi)保證銑(xian)削(xue)(xue)(xue)時主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)平穩性(xing)。制動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和阻尼(ni)(ni)(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)可以(yi)(yi)自動(dong)(dong)(dong)切(qie)換，由編程設定。通過以(yi)(yi)上措施，電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)分(fen)度(du)定位精(jing)(jing)度(du)≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)分(fen)度(du)的(de)重復定位精(jing)(jing)度(du)≤12”。
1.2電(dian)主(zhu)軸系統的(de)回轉精(jing)度
數(shu)控車銑(xian)復合加工中心為高(gao)精度加工機床，主軸組(zu)是(shi)關鍵部件，主軸組(zu)的(de)回轉精度直接影(ying)響加工工件的(de)精度。
為保證主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)組具有高的(de)回轉(zhuan)精(jing)度(du)，在電主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統中，主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)與電機(ji)轉(zhuan)子(zi)的(de)連(lian)接、定子(zi)外(wai)套(tao)與主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)箱體(ti)的(de)配合、主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)兩端(duan)與軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)組的(de)配合等采取了(le)以(yi)下一系(xi)列的(de)工藝措(cuo)施(shi)：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝配前(qian)先(xian)保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)(kong)的(de)(de)精度(du)，孔(kong)(kong)的(de)(de)圓度(du)、尺寸公差(cha)(cha)、前(qian)后軸(zhou)(zhou)承孔(kong)(kong)的(de)(de)同(tong)(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)都(dou)在要求的(de)(de)范圍內(nei);主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)(de)徑(jing)向跳(tiao)(tiao)動(dong)、前(qian)后軸(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)(de)同(tong)(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)端(duan)部的(de)(de)徑(jing)向跳(tiao)(tiao)動(dong)和端(duan)面跳(tiao)(tiao)動(dong)公差(cha)(cha)均(jun)控制在0.002mm之(zhi)內(nei)。
b.裝(zhuang)配時根(gen)據軸(zhou)承外(wai)圈的(de)尺(chi)寸，研磨主(zhu)軸(zhou)箱體孔，并使其與(yu)軸(zhou)承外(wai)圓的(de)配合公差嚴格控制(zhi)在規(gui)定的(de)范圍;電主(zhu)軸(zhou)的(de)電機轉子與(yu)主(zhu)軸(zhou)采取特(te)殊的(de)裝(zhuang)配技術等。
采取以上(shang)措施后，電(dian)主軸系統的(de)回轉精(jing)度得到了保證，主軸的(de)徑(jing)向跳動和端面跳動都在0.002mm之內，為保證工(gong)件的(de)加(jia)工(gong)精(jing)度奠定了基礎。電(dian)主軸系統的(de)熱平衡
1.3電主軸系統的熱平衡
電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統中電(dian)機是個發(fa)熱(re)體，高速回轉的(de)(de)前后(hou)軸(zhou)承(cheng)也是發(fa)熱(re)體，這會使電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)(de)溫度上升，影響電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統的(de)(de)加(jia)工精度。如(ru)何消除熱(re)源對機床主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)精度的(de)(de)影響，實現電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統的(de)(de)熱(re)平衡是車銑(xian)復合加(jia)工機床設(she)計和制造過程中要解(jie)決的(de)(de)關鍵(jian)問題(ti)。為此采取(qu)以下幾項措施：
a.主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體采(cai)取(qu)熱對稱(cheng)設(she)計，箱(xiang)體外的散熱筋兩邊對稱(cheng)分(fen)布(bu)，讓(rang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)產(chan)生的熱量(liang)盡快通過散熱筋散發(fa)掉，同時(shi)由于散熱筋是(shi)對稱(cheng)分(fen)布(bu)的，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)發(fa)熱時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線(xian)不會產(chan)生偏(pian)移。
b.對主(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承的(de)預加載荷和潤滑條件按設(she)計要求(qiu)予以控(kong)制，既保(bao)證主(zhu)軸(zhou)的(de)剛(gang)度，又(you)保(bao)證主(zhu)軸(zhou)在(zai)高速(su)回轉(zhuan)時軸(zhou)承發(fa)熱量(liang)最小(xiao)。
c.對電(dian)機(ji)這個主要發(fa)熱(re)源采用外(wai)循(xun)環冷卻(que)措施。在(zai)電(dian)主軸的(de)(de)定子外(wai)套外(wai)面(mian)(mian)裝(zhuang)有循(xun)環冷卻(que)水套，冷卻(que)水由獨(du)立的(de)(de)溫(wen)控(kong)(kong)裝(zhuang)置進(jin)行(xing)控(kong)(kong)制，溫(wen)度控(kong)(kong)制在(zai)22±1℃，電(dian)機(ji)產生(sheng)的(de)(de)熱(re)量通過定子外(wai)面(mian)(mian)的(de)(de)冷卻(que)水套的(de)(de)循(xun)環冷卻(que)水迅速帶走。
通過以上(shang)技術措施，保證了主(zhu)軸在高速(su)回轉時(shi)前(qian)軸承溫升不超(chao)過25℃，后軸承溫升不超(chao)過20℃，實(shi)現了電(dian)主(zhu)軸系統(tong)的熱(re)平衡。
2車銑(xian)復合加工機床動態性能
a.機(ji)床電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)(xi)統的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)性能。機(ji)床加工精度不僅(jin)受到(dao)前面(mian)各項因素的(de)(de)影響，還要受到(dao)電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)特(te)性的(de)(de)影響，而機(ji)床的(de)(de)振動(dong)(dong)就取決電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)特(te)性。由于電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統是一個復雜的(de)(de)振動(dong)(dong)系(xi)(xi)統，其動(dong)(dong)態(tai)(tai)特(te)性不僅(jin)與(yu)系(xi)(xi)統的(de)(de)阻尼和(he)靜剛度有關，還與(yu)由系(xi)(xi)統結構
所決定的(de)振型有(you)(you)關。因此(ci)在進(jin)行(xing)機(ji)床(chuang)設(she)計時，要進(jin)行(xing)動力(li)學分析，計算(suan)出主(zhu)軸(zhou)箱體的(de)一階(jie)、二階(jie)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)，使其一階(jie)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)要避(bi)開主(zhu)軸(zhou)的(de)最(zui)低轉速(su)，二階(jie)固有(you)(you)頻(pin)率(lv)要避(bi)開電(dian)主(zhu)軸(zhou)的(de)最(zui)高轉速(su)，以避(bi)免(mian)電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統產生共振，消除由于(yu)振動造(zao)成(cheng)的(de)對機(ji)床(chuang)加(jia)工精度的(de)影響(xiang)。
b.機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身整體剛(gang)(gang)度(du)對(dui)車銑復(fu)合加(jia)工機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的加(jia)工精度(du)影(ying)響很大，在(zai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)設計時還要對(dui)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)，身進行(xing)有限元分析(xi)，優化機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身結(jie)構(gou)，提(ti)高(gao)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)身剛(gang)(gang)度(du)，改善(shan)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的整機(ji)(ji)(ji)(ji)動態性能，避(bi)免機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)局(ju)部剛(gang)(gang)度(du)不足引起機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)結(jie)構(gou)的變形，造成(cheng)對(dui)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工精度(du)的影(ying)響。
3刀架(jia)分度(du)定位(wei)精(jing)度(du)及位(wei)置精(jing)度(du)
車(che)銑復合加(jia)工(gong)中心刀(dao)(dao)(dao)架的(de)(de)每個工(gong)位既可(ke)安(an)裝車(che)削刀(dao)(dao)(dao)具，又可(ke)安(an)裝徑向和軸向動(dong)力刀(dao)(dao)(dao)具，并根據被加(jia)工(gong)工(gong)件的(de)(de)需要配置刀(dao)(dao)(dao)具的(de)(de)種類和數(shu)量。電動刀架的(de)位置(zhi)精度是影響(xiang)車銑復合機床(chuang)加(jia)(jia)工精度的(de)重要因素，在機床(chuang)設(she)計和制(zhi)造過程中(zhong)要加(jia)(jia)以重視。為提高刀架的(de)分(fen)度定位精度和位置(zhi)精度，可采取(qu)如(ru)下解決方法：
a.刀(dao)(dao)架分(fen)度定位一致(zhi)性的(de)高低(di)，對(dui)加(jia)工工件的(de)尺寸一致(zhi)性影響很大。為此選擇高分(fen)度精度的(de)電動刀(dao)(dao)架，并對(dui)刀(dao)(dao)架采用專門的(de)裝配工藝，保證刀(dao)(dao)架分(fen)度定位精度≤0.005mm。
b.實(shi)現刀架X紀向(xiang)伺服運(yun)動(dong)的(de)X/Z軸的(de)位置(zhi)精度(du)也(ye)是(shi)_項重要的(de)精度(du)指標，該(gai)項精度(du)與加(jia)工工件的(de)尺寸分散度(du)及一致性(xing)直接有關。這是(shi)一項綜合精度(du)，涉及到滾珠絲(si)杠和軸承的(de)(de)精度、刀架拖(tuo)板的(de)(de)伺服(fu)靈敏(min)度、拖(tuo)板的(de)(de)伺服(fu)慣量與負載(zai)慣量的(de)(de)匹(pi)配等(deng)多方面。 機械加工
