機床復(fu)合化足數控(kong)機(ji)床從(cong)單(dan)一(yi)功(gong)能向多功(gong)能方向發(fa)展(zhan)的(de)(de)最(zui)新趨勢(shi)。車銑復(fu)合、車磨復(fu)合、銑磨復(fu)合等復(fu)合加(jia)丁機(ji)(ji)床(chuang)隨著零件加(jia)工(gong)(gong)(gong)要求的(de)(de)變化而(er)(er)相繼(ji)出(chu)現。這類機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)出(chu)現，改變了(le)傳統數(shu)控機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)布局和結構，能夠(gou)實現一(yi)機(ji)(ji)多用(yong)，工(gong)(gong)(gong)件一(yi)次裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)就可以完成全部或大部分工(gong)(gong)(gong)序(xu)的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)(gong)，從(cong)而(er)(er)減少了(le)工(gong)(gong)(gong)件裝(zhuang)(zhuang)夾(jia)次數(shu)，提高(gao)了(le)機(ji)(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)效(xiao)率，減少機(ji)(ji)床(chuang)使用(yong)臺數(shu)，節約能源(yuan)。
車(che)銑(xian)復(fu)合加工機床是復(fu)合加工機床中(zhong)發展最快(kuai)、使用(yong)最廣泛(fan)的數控設備(bei)。對高速精(jing)密車銑復合數控機床來說(shuo)，其主軸(zhou)系統是(shi)電主軸(zhou)結(jie)構，機(ji)床(chuang)的(de)加工(gong)精(jing)度(du)很大程度(du)上取決于(yu)機(ji)床(chuang)的(de)電主軸系統的(de)精(jing)度(du)，并受刀架位置精(jing)度(du)和機(ji)床(chuang)整機(ji)動態(tai)性能的(de)影(ying)響(xiang)。因(yin)此在(zai)車銑復合機床制造與裝(zhuang)配過程中如何提(ti)高電主軸(zhou)系(xi)統的(de)精度、提(ti)高刀架的(de)位置(zhi)精度、改善(shan)機(ji)床的(de)整機(ji)動態(tai)性能是機(ji)床設計的(de)關(guan)鍵。本文(wen)從以(yi)下幾方面來分析影響車銑復合(he)機(ji)床加工精度的(de)因(yin)素，并提(ti)出相應(ying)的(de)解決方法。
1電主軸系統(tong)的精(jing)度
1.1電主軸(zhou)系統的分(fen)度精度和準停精度
車(che)銑(xian)復(fu)合加工(gong)(gong)機(ji)床(chuang)電主(zhu)軸(zhou)系統的分(fen)度(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)和準停精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)是(shi)(shi)考核機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的一(yi)個重(zhong)要指標，是(shi)(shi)影響機(ji)床(chuang)加工(gong)(gong)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的重(zhong)要因(yin)素。為了實(shi)現電主(zhu)軸(zhou)系統高的分(fen)度(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)和準停精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)，國(guo)際(ji)上數控(kong)車(che)銑(xian)復(fu)合加工(gong)(gong)中(zhong)心均采用內(nei)藏主(zhu)軸(zhou)式(shi)電機(ji)(簡稱電主(zhu)軸(zhou))，主(zhu)軸(zhou)與電機(ji)轉子裝配成一(yi)體，減少中(zhong)間傳(chuan)動(dong)環(huan)節(jie)對主(zhu)軸(zhou)精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的影響。工(gong)(gong)作時，電機(ji)轉子回轉即(ji)帶(dai)動(dong)主(zhu)軸(zhou)回轉。主(zhu)軸(zhou)回轉的速(su)度(du)(du)(du)(du)環(huan)和位(wei)置環(huan)采用高精(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的反饋元件，實(shi)現全閉環(huan)控(kong)制，反饋元件采集(ji)到的位(wei)置信(xin)號經數控系統分(fen)頻(pin)處理，使(shi)主軸(zhou)分(fen)度的(de)分(fen)辨率達到0.001°(主軸(zhou)最小分(fen)度單(dan)位為3.6”)或更小，從而使(shi)機床(chuang)主軸(zhou)系統具有很高的(de)分(fen)度精(jing)度和準(zhun)停精(jing)度。
; 為(wei)實現上述目的，采取如下(xia)解決方法：
a.電機轉子與(yu)機床主軸(zhou)采(cai)取特(te)殊的裝配工(gong)藝(yi)，保證機床主軸(zhou)與(yu)電機轉子內(nei)孔的連接(jie)剛度(du)，能傳(chuan)遞大的切削(xue)扭矩。
b.電主軸組裝配時(shi)采(cai)用較高(gao)等(deng)級的(de)高(gao)速動平(ping)衡(heng)，降低主軸組的(de)剩余不平(ping)衡(heng)量，保證(zheng)主軸在高(gao)速回轉時(shi)的(de)平(ping)穩性。
c.電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統采用主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)制動(dong)和阻尼(ni)裝置，在需要主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)準停銑(xian)(xian)削(xue)或鉆削(xue)時(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處(chu)制動(dong)狀(zhuang)態，以保證銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)不晃動(dong)。在連續(xu)分(fen)度銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處(chu)于阻尼(ni)狀(zhuang)態，以保證銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回轉的(de)(de)平穩性。制動(dong)狀(zhuang)態和阻尼(ni)狀(zhuang)態可以自動(dong)切換，由編程(cheng)設定。通過以上(shang)措施，電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)(de)分(fen)度定位(wei)精度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)分(fen)度的(de)(de)重復(fu)定位(wei)精度≤12”。
1.2電(dian)主軸系統的回轉精度
數控車銑復(fu)合加(jia)工中心為(wei)高精(jing)度加(jia)工機床(chuang)，主軸組是關鍵部件(jian)(jian)，主軸組的回(hui)轉精(jing)度直接(jie)影(ying)響加(jia)工工件(jian)(jian)的精(jing)度。
為(wei)保證(zheng)主軸(zhou)(zhou)(zhou)組(zu)具有(you)高的(de)回轉(zhuan)精度，在電(dian)主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)中，主軸(zhou)(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機轉(zhuan)子的(de)連接(jie)、定子外套與(yu)主軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體(ti)的(de)配(pei)合、主軸(zhou)(zhou)(zhou)兩(liang)端(duan)與(yu)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)組(zu)的(de)配(pei)合等采取了(le)以下(xia)一系(xi)列的(de)工藝措施(shi)：
a.在電主軸(zhou)(zhou)(zhou)裝配(pei)前先(xian)保(bao)證主軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體孔(kong)的精度(du)，孔(kong)的圓度(du)、尺(chi)寸公(gong)差、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)的同(tong)(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)度(du)都在要求的范(fan)圍內(nei);主軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)頸的徑向(xiang)跳(tiao)動(dong)、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)頸的同(tong)(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)度(du)以及主軸(zhou)(zhou)(zhou)端(duan)部的徑向(xiang)跳(tiao)動(dong)和端(duan)面跳(tiao)動(dong)公(gong)差均(jun)控制在0.002mm之內(nei)。
b.裝(zhuang)配(pei)(pei)時根(gen)據軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)外圈的(de)尺寸，研磨主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體孔，并使(shi)其與軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)外圓的(de)配(pei)(pei)合公差嚴格控(kong)制在規定的(de)范圍(wei);電主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)電機轉子與主(zhu)軸(zhou)(zhou)采取特殊的(de)裝(zhuang)配(pei)(pei)技術(shu)等。
采取(qu)以上措施(shi)后，電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的回轉精(jing)度得到了保證(zheng)(zheng)，主(zhu)軸(zhou)(zhou)的徑向跳(tiao)動和端面跳(tiao)動都在0.002mm之內(nei)，為保證(zheng)(zheng)工件的加工精(jing)度奠定了基礎(chu)。電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的熱(re)平衡
1.3電主軸系統的(de)熱(re)平衡(heng)
電(dian)(dian)主軸(zhou)系統中電(dian)(dian)機是(shi)(shi)個發(fa)熱(re)體，高(gao)速回轉的(de)前后軸(zhou)承也是(shi)(shi)發(fa)熱(re)體，這會使(shi)電(dian)(dian)主軸(zhou)的(de)溫度(du)上升，影響電(dian)(dian)主軸(zhou)系統的(de)加(jia)工(gong)(gong)精度(du)。如何消除熱(re)源(yuan)對(dui)機床(chuang)主軸(zhou)精度(du)的(de)影響，實現(xian)電(dian)(dian)主軸(zhou)系統的(de)熱(re)平衡是(shi)(shi)車銑復合加(jia)工(gong)(gong)機床(chuang)設計和制造(zao)過程(cheng)中要解決的(de)關鍵問題(ti)。為此采取以下幾項措施(shi)：
a.主軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體采取熱對(dui)稱設計，箱(xiang)體外的散熱筋(jin)兩邊對(dui)稱分(fen)布，讓主軸(zhou)(zhou)箱(xiang)產(chan)生(sheng)的熱量盡(jin)快(kuai)通過散熱筋(jin)散發掉，同時(shi)由(you)于(yu)散熱筋(jin)是對(dui)稱分(fen)布的，主軸(zhou)(zhou)發熱時(shi)主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線不會(hui)產(chan)生(sheng)偏移(yi)。
b.對主軸(zhou)軸(zhou)承的預(yu)加(jia)載荷和潤滑條件按設計(ji)要(yao)求予(yu)以控制，既保證(zheng)主軸(zhou)的剛(gang)度，又保證(zheng)主軸(zhou)在高速回轉時軸(zhou)承發熱(re)量(liang)最小。
c.對電(dian)機這個(ge)主(zhu)要發熱源采用外循(xun)環冷(leng)卻(que)措施。在電(dian)主(zhu)軸的(de)(de)定子(zi)外套外面(mian)裝(zhuang)有循(xun)環冷(leng)卻(que)水(shui)套，冷(leng)卻(que)水(shui)由獨立的(de)(de)溫(wen)控裝(zhuang)置(zhi)進行控制(zhi)(zhi)，溫(wen)度控制(zhi)(zhi)在22±1℃，電(dian)機產生的(de)(de)熱量(liang)通過定子(zi)外面(mian)的(de)(de)冷(leng)卻(que)水(shui)套的(de)(de)循(xun)環冷(leng)卻(que)水(shui)迅速(su)帶走。
通過以上技術(shu)措施，保證了主軸在高(gao)速回轉時前軸承(cheng)溫(wen)升不超(chao)過25℃，后(hou)軸承(cheng)溫(wen)升不超(chao)過20℃，實現了電(dian)主軸系(xi)統的熱平衡。
2車銑復合加工機(ji)床動態性能
a.機床(chuang)電主軸系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)動態性(xing)能(neng)。機床(chuang)加工精度(du)(du)不僅受到(dao)(dao)前面各項因素的(de)(de)(de)(de)影響，還要受到(dao)(dao)電主軸一(yi)軸承(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)動態特性(xing)的(de)(de)(de)(de)影響，而機床(chuang)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動就取決電主軸一(yi)軸承(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)動態特性(xing)。由(you)于電主軸一(yi)軸承(cheng)系(xi)(xi)統(tong)(tong)是一(yi)個(ge)復雜的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動系(xi)(xi)統(tong)(tong)，其動態特性(xing)不僅與系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)阻尼和靜剛度(du)(du)有(you)關(guan)，還與由(you)系(xi)(xi)統(tong)(tong)結構(gou)
所(suo)決定的(de)(de)振型有(you)(you)關。因此(ci)在進行(xing)機(ji)床設計(ji)時，要(yao)進行(xing)動力學分析(xi)，計(ji)算(suan)出主軸箱體的(de)(de)一(yi)階、二(er)階固(gu)(gu)有(you)(you)頻率，使其一(yi)階固(gu)(gu)有(you)(you)頻率要(yao)避(bi)開(kai)主軸的(de)(de)最低(di)轉速(su)，二(er)階固(gu)(gu)有(you)(you)頻率要(yao)避(bi)開(kai)電(dian)主軸的(de)(de)最高(gao)轉速(su)，以避(bi)免電(dian)主軸系統產生共振，消除由于振動造成的(de)(de)對機(ji)床加(jia)工精度的(de)(de)影響。
b.機(ji)床(chuang)床(chuang)身(shen)整(zheng)體剛(gang)度對車(che)銑復(fu)合加工(gong)機(ji)床(chuang)的(de)(de)加工(gong)精度影響(xiang)很大，在機(ji)床(chuang)設計時(shi)還要(yao)對機(ji)床(chuang)的(de)(de)床(chuang)，身(shen)進行有限元分析，優(you)化機(ji)床(chuang)床(chuang)身(shen)結構，提高機(ji)床(chuang)的(de)(de)床(chuang)身(shen)剛(gang)度，改(gai)善機(ji)床(chuang)的(de)(de)整(zheng)機(ji)動態性能，避免機(ji)床(chuang)局部(bu)剛(gang)度不(bu)足引(yin)起機(ji)床(chuang)結構的(de)(de)變形(xing)，造成(cheng)對機(ji)床(chuang)加工(gong)精度的(de)(de)影響(xiang)。
3刀架分度(du)定(ding)位(wei)精(jing)度(du)及位(wei)置(zhi)精(jing)度(du)
車銑(xian)復(fu)合(he)加(jia)工(gong)中心刀(dao)(dao)架的每個工(gong)位既可安裝車削刀(dao)(dao)具，又(you)可安裝徑向(xiang)和(he)軸向(xiang)動力刀(dao)(dao)具，并根據被加(jia)工(gong)工(gong)件的需要配置刀(dao)(dao)具的種類和(he)數量。電動(dong)刀架的位(wei)置精(jing)度是影響車銑復合機床(chuang)加(jia)(jia)工精(jing)度的重要因素，在(zai)機床(chuang)設計和(he)制造過(guo)程中要加(jia)(jia)以重視。為(wei)提高刀架的分度定位(wei)精(jing)度和(he)位(wei)置精(jing)度，可采取如下解(jie)決方法：
a.刀(dao)架(jia)分(fen)度(du)定位一致(zhi)性(xing)(xing)的(de)高(gao)低，對加(jia)工工件(jian)的(de)尺寸一致(zhi)性(xing)(xing)影響很大。為此選(xuan)擇(ze)高(gao)分(fen)度(du)精(jing)度(du)的(de)電動刀(dao)架(jia)，并對刀(dao)架(jia)采用(yong)專門的(de)裝(zhuang)配工藝，保證刀(dao)架(jia)分(fen)度(du)定位精(jing)度(du)≤0.005mm。
b.實(shi)現刀架X紀向伺服運動的X/Z軸的位置精(jing)(jing)度(du)也是_項重(zhong)要的精(jing)(jing)度(du)指標，該項精(jing)(jing)度(du)與加工(gong)工(gong)件的尺寸分散度(du)及一致性(xing)直(zhi)接有關。這(zhe)是一項綜(zong)合精(jing)(jing)度(du)，涉及到滾珠絲杠和軸承的精度(du)、刀架拖(tuo)板的伺服(fu)靈(ling)敏(min)度(du)、拖(tuo)板的伺服(fu)慣(guan)量與負載慣(guan)量的匹(pi)配等多方面。 機械加工
