機床復(fu)合化(hua)足數控機床(chuang)從(cong)單一(yi)功(gong)能(neng)向多功(gong)能(neng)方向發展(zhan)的最新趨勢。車銑(xian)復(fu)合、車磨(mo)復(fu)合、銑(xian)磨(mo)復(fu)合等復(fu)合加(jia)(jia)丁(ding)機床(chuang)(chuang)隨著(zhu)零件加(jia)(jia)工(gong)要求(qiu)的變化而相繼出現。這類機床(chuang)(chuang)的出現，改(gai)變了(le)(le)傳統數(shu)控機床(chuang)(chuang)的布局和結構，能(neng)夠實現一(yi)機多用(yong)，工(gong)件一(yi)次裝夾就可以完成全部(bu)或大部(bu)分工(gong)序的加(jia)(jia)工(gong)，從(cong)而減(jian)少了(le)(le)工(gong)件裝夾次數(shu)，提高了(le)(le)機床(chuang)(chuang)加(jia)(jia)工(gong)效率(lv)，減(jian)少機床(chuang)(chuang)使用(yong)臺數(shu)，節約能(neng)源。
車銑復合加工(gong)(gong)機床(chuang)是復合加工(gong)(gong)機床(chuang)中發展(zhan)最(zui)快、使用最(zui)廣泛的數控設備。對高速精密車銑復合數控機床來說，其主軸系統是電主(zhu)軸結構，機(ji)床(chuang)的加工精度(du)(du)很大(da)程度(du)(du)上取(qu)決于機(ji)床(chuang)的電主軸系統的精度(du)(du)，并受刀架位置精度(du)(du)和機(ji)床(chuang)整機(ji)動態性能的影響。因(yin)此在(zai)車銑復合(he)機床制造與裝配(pei)過程中如(ru)何提高電主軸系統的(de)精度(du)、提高刀(dao)架的(de)位置(zhi)精度(du)、改善機床的(de)整機動態性能是機床設(she)計(ji)的(de)關鍵。本文從以下(xia)幾方面來分析(xi)影(ying)響車銑復合機床加工精度(du)的(de)因素，并(bing)提出相應的(de)解(jie)決方法。
1電主軸系統的精度(du)
1.1電主軸系統的分度(du)精度(du)和準停(ting)精度(du)
車銑復(fu)(fu)合加工(gong)(gong)機(ji)(ji)床電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)的(de)(de)分度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準停精(jing)度(du)(du)是(shi)考核機(ji)(ji)床主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)一(yi)個重要(yao)指標，是(shi)影響(xiang)機(ji)(ji)床加工(gong)(gong)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)重要(yao)因素。為了實(shi)現(xian)(xian)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)高(gao)的(de)(de)分度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準停精(jing)度(du)(du)，國際上數控(kong)車銑復(fu)(fu)合加工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)均采(cai)用內藏主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)式電機(ji)(ji)(簡稱(cheng)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)與電機(ji)(ji)轉(zhuan)子裝配成一(yi)體，減少中(zhong)間傳(chuan)動環(huan)(huan)節對主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)影響(xiang)。工(gong)(gong)作時，電機(ji)(ji)轉(zhuan)子回轉(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)(de)速度(du)(du)環(huan)(huan)和位(wei)置環(huan)(huan)采(cai)用高(gao)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)反饋元(yuan)件，實(shi)現(xian)(xian)全閉環(huan)(huan)控(kong)制，反饋元(yuan)件采(cai)集到的(de)(de)位(wei)置信(xin)號經數(shu)控系統分(fen)(fen)頻處理(li)，使主(zhu)軸分(fen)(fen)度的分(fen)(fen)辨(bian)率達到0.001°(主(zhu)軸最小分(fen)(fen)度單位(wei)為3.6”)或(huo)更小，從而使機床主(zhu)軸系統具有很高的分(fen)(fen)度精度和準(zhun)停精度。
為實現上述目的，采取如下(xia)解決方法(fa)：
a.電機(ji)轉子(zi)與(yu)機(ji)床(chuang)主(zhu)軸采取特(te)殊的裝配工藝，保證機(ji)床(chuang)主(zhu)軸與(yu)電機(ji)轉子(zi)內(nei)孔的連接剛度(du)，能(neng)傳遞大的切(qie)削扭(niu)矩。
b.電主(zhu)軸組裝配時采(cai)用較(jiao)高(gao)等級的高(gao)速(su)(su)動平衡，降低(di)主(zhu)軸組的剩余(yu)不平衡量，保證主(zhu)軸在高(gao)速(su)(su)回轉時的平穩性。
c.電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)采用主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)制動和(he)阻(zu)尼(ni)裝(zhuang)置，在(zai)需要主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)準停銑(xian)削(xue)或鉆削(xue)時(shi)(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)處制動狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)，以保證銑(xian)削(xue)時(shi)(shi)(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)不晃動。在(zai)連(lian)續分(fen)度銑(xian)削(xue)時(shi)(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)處于阻(zu)尼(ni)狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)，以保證銑(xian)削(xue)時(shi)(shi)(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉的(de)平穩(wen)性。制動狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)和(he)阻(zu)尼(ni)狀(zhuang)態(tai)(tai)(tai)可以自動切換，由(you)編程設定(ding)(ding)。通過以上措施，電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)分(fen)度定(ding)(ding)位精(jing)度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)分(fen)度的(de)重復定(ding)(ding)位精(jing)度≤12”。
1.2電主(zhu)軸系統的回轉精度
數控(kong)車銑復(fu)合加工(gong)中心為(wei)高精(jing)度加工(gong)機(ji)床，主(zhu)軸(zhou)組是關鍵部件，主(zhu)軸(zhou)組的(de)回轉(zhuan)精(jing)度直接(jie)影響加工(gong)工(gong)件的(de)精(jing)度。
為保證主軸組具有(you)高的回轉精度，在電主軸系(xi)統(tong)中，主軸與電機轉子(zi)(zi)的連(lian)接、定子(zi)(zi)外套與主軸箱體的配(pei)合、主軸兩端與軸承組的配(pei)合等采取(qu)了以下一系(xi)列的工藝(yi)措(cuo)施：
a.在電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝配前先保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)(kong)(kong)的(de)精(jing)度，孔(kong)(kong)(kong)的(de)圓度、尺寸公差、前后(hou)軸(zhou)(zhou)承孔(kong)(kong)(kong)的(de)同軸(zhou)(zhou)度都在要求的(de)范圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)徑向跳(tiao)動(dong)、前后(hou)軸(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)同軸(zhou)(zhou)度以及(ji)主(zhu)軸(zhou)(zhou)端部的(de)徑向跳(tiao)動(dong)和(he)端面跳(tiao)動(dong)公差均(jun)控(kong)制在0.002mm之(zhi)內。
b.裝配時根(gen)據軸承外(wai)圈(quan)的尺寸，研磨(mo)主軸箱體孔，并使其(qi)與軸承外(wai)圓的配合公(gong)差嚴格控制在(zai)規定(ding)的范圍(wei);電(dian)主軸的電(dian)機轉子與主軸采取特殊的裝配技術(shu)等。
采取以上措施后(hou)，電(dian)(dian)主軸(zhou)系統的(de)回轉精度得到了(le)保證，主軸(zhou)的(de)徑向跳(tiao)動(dong)和端面跳(tiao)動(dong)都在0.002mm之內，為保證工件的(de)加工精度奠定了(le)基礎。電(dian)(dian)主軸(zhou)系統的(de)熱平衡
1.3電主軸(zhou)系統(tong)的熱平衡
電主(zhu)軸系統(tong)中電機(ji)是(shi)個發熱體，高速回轉的(de)(de)前后軸承也(ye)是(shi)發熱體，這(zhe)會使電主(zhu)軸的(de)(de)溫度(du)上升(sheng)，影(ying)響電主(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)加工精度(du)。如何(he)消除熱源對機(ji)床主(zhu)軸精度(du)的(de)(de)影(ying)響，實現電主(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)熱平衡是(shi)車銑復合加工機(ji)床設(she)計和(he)制造(zao)過(guo)程中要解決(jue)的(de)(de)關鍵問題。為此采(cai)取以下幾項(xiang)措施(shi)：
a.主(zhu)軸箱(xiang)體采取熱(re)對稱設計，箱(xiang)體外的(de)散(san)熱(re)筋(jin)兩(liang)邊對稱分布，讓主(zhu)軸箱(xiang)產(chan)(chan)生的(de)熱(re)量盡快通過(guo)散(san)熱(re)筋(jin)散(san)發掉(diao)，同時由于散(san)熱(re)筋(jin)是對稱分布的(de)，主(zhu)軸發熱(re)時主(zhu)軸軸線不會產(chan)(chan)生偏(pian)移。
b.對主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承的預加載荷和潤(run)滑條件按(an)設(she)計要求予以控制，既(ji)保證主軸(zhou)(zhou)的剛度，又保證主軸(zhou)(zhou)在高(gao)速回轉時軸(zhou)(zhou)承發熱量最小(xiao)。
c.對電機這個主要發(fa)熱源采用外(wai)循(xun)環(huan)冷卻(que)(que)措施。在(zai)電主軸的(de)(de)(de)定子(zi)外(wai)套(tao)外(wai)面裝有循(xun)環(huan)冷卻(que)(que)水(shui)套(tao)，冷卻(que)(que)水(shui)由獨(du)立的(de)(de)(de)溫控(kong)(kong)裝置進行(xing)控(kong)(kong)制，溫度控(kong)(kong)制在(zai)22±1℃，電機產生的(de)(de)(de)熱量通過定子(zi)外(wai)面的(de)(de)(de)冷卻(que)(que)水(shui)套(tao)的(de)(de)(de)循(xun)環(huan)冷卻(que)(que)水(shui)迅速帶走。
通過(guo)以上(shang)技術措施，保證了主軸在高速回轉時前軸承溫升不(bu)(bu)超過(guo)25℃，后軸承溫升不(bu)(bu)超過(guo)20℃，實(shi)現了電主軸系(xi)統的(de)熱平(ping)衡。
2車銑復合加工機床(chuang)動態性能(neng)
a.機(ji)床電(dian)主軸(zhou)系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)(tai)性(xing)(xing)(xing)能。機(ji)床加工(gong)精度不僅(jin)受到前(qian)面(mian)各項因素的(de)(de)影響(xiang)，還(huan)要(yao)受到電(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)(tai)特(te)性(xing)(xing)(xing)的(de)(de)影響(xiang)，而機(ji)床的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)就(jiu)取決電(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)(tai)(tai)特(te)性(xing)(xing)(xing)。由于電(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)(xi)(xi)統是(shi)一(yi)個(ge)復雜(za)的(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)系(xi)(xi)(xi)統，其動(dong)(dong)態(tai)(tai)(tai)特(te)性(xing)(xing)(xing)不僅(jin)與(yu)(yu)系(xi)(xi)(xi)統的(de)(de)阻尼(ni)和(he)靜剛度有關，還(huan)與(yu)(yu)由系(xi)(xi)(xi)統結構
所決定的振(zhen)型有(you)(you)關。因此(ci)在進(jin)行機床(chuang)設計時，要(yao)進(jin)行動力學(xue)分(fen)析，計算出主軸箱體的一(yi)階(jie)、二(er)階(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率，使其一(yi)階(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率要(yao)避開主軸的最(zui)低轉(zhuan)速，二(er)階(jie)固(gu)有(you)(you)頻(pin)率要(yao)避開電主軸的最(zui)高轉(zhuan)速，以避免電主軸系(xi)統產生共振(zhen)，消除(chu)由于振(zhen)動造成的對機床(chuang)加工(gong)精度(du)的影響(xiang)。
b.機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身整體剛度對(dui)車銑復合加(jia)(jia)工(gong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加(jia)(jia)工(gong)精(jing)度影響很大(da)，在機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設(she)計時(shi)還要(yao)對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身進行(xing)有限元分析，優化機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身結構，提高(gao)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身剛度，改善機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)(ji)動(dong)態性能，避免(mian)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局(ju)部剛度不(bu)足引(yin)起機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)變形，造成對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)(jia)工(gong)精(jing)度的(de)影響。
3刀架分度定位精度及(ji)位置精度
車(che)銑復合加工(gong)中心刀架的(de)每(mei)個(ge)工(gong)位(wei)既(ji)可安(an)裝(zhuang)車(che)削刀具(ju)，又可安(an)裝(zhuang)徑(jing)向和軸(zhou)向動(dong)力(li)刀具(ju)，并根(gen)據(ju)被加工(gong)工(gong)件的(de)需要配置刀具(ju)的(de)種類和數量。電(dian)動刀架的位(wei)置精度(du)是影響車銑復合機(ji)床加(jia)工(gong)精度(du)的重要因素(su)，在(zai)機(ji)床設(she)計和制造過程(cheng)中要加(jia)以(yi)重視(shi)。為提高刀架的分(fen)度(du)定(ding)位(wei)精度(du)和位(wei)置精度(du)，可采取如下解決方(fang)法：
a.刀架(jia)分度(du)定位一(yi)致(zhi)性的高低，對加工工件的尺(chi)寸一(yi)致(zhi)性影響很(hen)大。為此選擇高分度(du)精度(du)的電動刀架(jia)，并對刀架(jia)采(cai)用專門的裝配工藝(yi)，保(bao)證(zheng)刀架(jia)分度(du)定位精度(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀向伺(si)服運動的X/Z軸的位(wei)置精(jing)度也(ye)是_項(xiang)重要的精(jing)度指標，該(gai)項(xiang)精(jing)度與加工(gong)工(gong)件(jian)的尺寸分散度及(ji)(ji)一致性直接有關。這是一項(xiang)綜合精(jing)度，涉(she)及(ji)(ji)到滾珠絲杠和軸承(cheng)的(de)(de)精度、刀架拖(tuo)板(ban)的(de)(de)伺服(fu)靈敏度、拖(tuo)板(ban)的(de)(de)伺服(fu)慣量與負載慣量的(de)(de)匹配(pei)等多方面。 機械加(jia)工(gong)
