機床復合化足數控機床從(cong)單一(yi)(yi)(yi)功能(neng)向(xiang)多功能(neng)方向(xiang)發(fa)展的(de)最新(xin)趨(qu)勢。車(che)銑(xian)(xian)復(fu)(fu)合(he)、車(che)磨(mo)復(fu)(fu)合(he)、銑(xian)(xian)磨(mo)復(fu)(fu)合(he)等(deng)復(fu)(fu)合(he)加丁機(ji)床(chuang)隨著(zhu)零件(jian)(jian)加工(gong)(gong)要(yao)求(qiu)的(de)變化而相繼(ji)出現(xian)。這(zhe)類(lei)機(ji)床(chuang)的(de)出現(xian)，改(gai)變了傳統數(shu)控機(ji)床(chuang)的(de)布局和結構，能(neng)夠實現(xian)一(yi)(yi)(yi)機(ji)多用(yong)，工(gong)(gong)件(jian)(jian)一(yi)(yi)(yi)次裝夾就可(ke)以(yi)完成全(quan)部(bu)或(huo)大部(bu)分工(gong)(gong)序的(de)加工(gong)(gong)，從(cong)而減少(shao)了工(gong)(gong)件(jian)(jian)裝夾次數(shu)，提高(gao)了機(ji)床(chuang)加工(gong)(gong)效(xiao)率，減少(shao)機(ji)床(chuang)使用(yong)臺數(shu)，節約能(neng)源。
車銑復合加(jia)工機床是復合加(jia)工機床中發展最(zui)快、使用最(zui)廣泛(fan)的數控設備。對高速精密車銑復合數控(kong)機(ji)床來(lai)說，其主軸系統是電主(zhu)軸結構(gou)，機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加(jia)工精(jing)度很大程(cheng)度上取決(jue)于(yu)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)電主軸系統的(de)精(jing)度，并受刀架位置精(jing)度和(he)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)整機(ji)(ji)動(dong)態性能的(de)影響。因此在車銑復合(he)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)制造與裝(zhuang)配過(guo)程中(zhong)如何提高電主軸系統的精度(du)(du)、提高刀架(jia)的位(wei)置精度(du)(du)、改善機床(chuang)(chuang)(chuang)的整機動(dong)態性能是(shi)機床(chuang)(chuang)(chuang)設計的關(guan)鍵。本文從以(yi)下幾方(fang)(fang)面(mian)來分析影響車銑復合機床(chuang)(chuang)(chuang)加工精度(du)(du)的因素(su)，并(bing)提出相(xiang)應的解決方(fang)(fang)法(fa)。
; 1電主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的精度(du)
1.1電主軸系統的分(fen)度(du)精度(du)和準停精度(du)
車(che)銑(xian)復合加工機床(chuang)(chuang)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的(de)(de)分度(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)是考核機床(chuang)(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)一(yi)個重(zhong)要(yao)指標(biao)，是影響機床(chuang)(chuang)加工精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素。為了(le)實現電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統高的(de)(de)分度(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)，國際上數控(kong)車(che)銑(xian)復合加工中心均采用內藏主(zhu)軸(zhou)(zhou)式電(dian)(dian)機(簡稱(cheng)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)軸(zhou)(zhou)與電(dian)(dian)機轉子(zi)裝配成一(yi)體，減少中間(jian)傳動環(huan)節對主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)影響。工作時(shi)，電(dian)(dian)機轉子(zi)回(hui)轉即帶(dai)動主(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉。主(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉的(de)(de)速度(du)(du)(du)(du)環(huan)和(he)位(wei)置(zhi)環(huan)采用高精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)反(fan)饋元(yuan)件，實現全閉環(huan)控(kong)制，反(fan)饋元(yuan)件采集到的(de)(de)位(wei)置(zhi)信號經數控系統分頻(pin)處理，使主(zhu)軸分度(du)的分辨率達(da)到0.001°(主(zhu)軸最小(xiao)分度(du)單(dan)位為3.6”)或更小(xiao)，從(cong)而使機床主(zhu)軸系統具有很高的分度(du)精度(du)和準停精度(du)。
為(wei)實現上述目的，采(cai)取如下解決方法：
a.電機轉(zhuan)子與機床主軸(zhou)采取(qu)特(te)殊的裝配工藝，保(bao)證機床主軸(zhou)與電機轉(zhuan)子內孔(kong)的連接剛度，能傳(chuan)遞(di)大(da)的切削(xue)扭矩。
b.電主(zhu)軸組裝配時采用(yong)較高等級的高速動平衡，降低主(zhu)軸組的剩余不平衡量，保證(zheng)主(zhu)軸在(zai)高速回轉時的平穩性。
c.電(dian)(dian)主軸(zhou)系統(tong)采用(yong)主軸(zhou)制(zhi)動(dong)(dong)(dong)和(he)阻尼(ni)裝置，在需要(yao)主軸(zhou)準停銑(xian)削(xue)(xue)或鉆削(xue)(xue)時，主軸(zhou)處制(zhi)動(dong)(dong)(dong)狀態，以保(bao)證銑(xian)削(xue)(xue)時主軸(zhou)不晃動(dong)(dong)(dong)。在連續(xu)分(fen)度(du)銑(xian)削(xue)(xue)時，主軸(zhou)處于阻尼(ni)狀態，以保(bao)證銑(xian)削(xue)(xue)時主軸(zhou)回轉的平穩(wen)性。制(zhi)動(dong)(dong)(dong)狀態和(he)阻尼(ni)狀態可(ke)以自動(dong)(dong)(dong)切換，由編程設(she)定。通過以上措(cuo)施，電(dian)(dian)主軸(zhou)系統(tong)主軸(zhou)的分(fen)度(du)定位(wei)精度(du)≤24”，主軸(zhou)分(fen)度(du)的重復(fu)定位(wei)精度(du)≤12”。
1.2電主(zhu)軸系統的回轉精度
數控車(che)銑(xian)復(fu)合加工(gong)中心為高(gao)精(jing)(jing)度加工(gong)機床，主(zhu)軸組是(shi)關鍵部(bu)件，主(zhu)軸組的(de)(de)回轉精(jing)(jing)度直接影(ying)響加工(gong)工(gong)件的(de)(de)精(jing)(jing)度。
為保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)組具有(you)高的(de)回轉(zhuan)精度(du)，在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統中，主(zhu)軸(zhou)(zhou)與(yu)電機轉(zhuan)子的(de)連接、定子外(wai)套與(yu)主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體的(de)配合、主(zhu)軸(zhou)(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)(zhou)承組的(de)配合等采取了以下一系(xi)列的(de)工(gong)藝(yi)措施：
a.在(zai)電主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)裝配前先保(bao)證主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體孔的(de)(de)精度(du)，孔的(de)(de)圓度(du)、尺寸公差、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)承孔的(de)(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度(du)都在(zai)要(yao)求的(de)(de)范圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)(de)徑向(xiang)跳動、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度(du)以(yi)及(ji)主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)端部的(de)(de)徑向(xiang)跳動和端面跳動公差均控(kong)制在(zai)0.002mm之內。
b.裝(zhuang)配時根據軸承外(wai)圈的尺寸(cun)，研(yan)磨主軸箱體孔(kong)，并使其(qi)與(yu)軸承外(wai)圓(yuan)的配合公差(cha)嚴格控制在規定(ding)的范圍;電主軸的電機轉子與(yu)主軸采取特殊(shu)的裝(zhuang)配技術等。
采取以上措施后，電主(zhu)軸系統的(de)回轉精度(du)得到了保(bao)證，主(zhu)軸的(de)徑(jing)向(xiang)跳動和(he)端面跳動都(dou)在0.002mm之內(nei)，為保(bao)證工(gong)件的(de)加(jia)工(gong)精度(du)奠(dian)定了基礎。電主(zhu)軸系統的(de)熱平衡
1.3電主軸系統的(de)熱平(ping)衡
電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)(xi)統(tong)(tong)中(zhong)電(dian)機是(shi)(shi)個發熱(re)(re)(re)體(ti)，高速(su)回轉(zhuan)的(de)前后軸(zhou)承(cheng)也是(shi)(shi)發熱(re)(re)(re)體(ti)，這會使電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)溫度上升，影(ying)響電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)加工精度。如何消(xiao)除熱(re)(re)(re)源對(dui)機床主(zhu)(zhu)軸(zhou)精度的(de)影(ying)響，實現電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)熱(re)(re)(re)平衡是(shi)(shi)車銑復(fu)合加工機床設計和(he)制造過程中(zhong)要解決的(de)關(guan)鍵(jian)問(wen)題(ti)。為此(ci)采取以(yi)下幾項措施(shi)：
a.主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)(xiang)體(ti)采取熱(re)(re)對稱設(she)計，箱(xiang)(xiang)體(ti)外的散(san)熱(re)(re)筋兩邊對稱分布，讓主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)(xiang)產(chan)生(sheng)的熱(re)(re)量盡快通過(guo)散(san)熱(re)(re)筋散(san)發掉，同時由于散(san)熱(re)(re)筋是對稱分布的，主(zhu)(zhu)軸(zhou)發熱(re)(re)時主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)線不會產(chan)生(sheng)偏移。
b.對主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承(cheng)的預加(jia)載荷和潤滑條件按設計要求予以控(kong)制，既保(bao)證(zheng)主軸(zhou)(zhou)的剛度，又保(bao)證(zheng)主軸(zhou)(zhou)在高速(su)回(hui)轉時軸(zhou)(zhou)承(cheng)發熱量最(zui)小(xiao)。
c.對電(dian)機這個主要發熱(re)(re)源采(cai)用(yong)外(wai)(wai)循(xun)(xun)環冷(leng)(leng)卻(que)(que)措施。在(zai)電(dian)主軸的定(ding)(ding)子外(wai)(wai)套(tao)外(wai)(wai)面(mian)裝有循(xun)(xun)環冷(leng)(leng)卻(que)(que)水套(tao)，冷(leng)(leng)卻(que)(que)水由獨立的溫(wen)控裝置進行控制，溫(wen)度控制在(zai)22±1℃，電(dian)機產生的熱(re)(re)量通過定(ding)(ding)子外(wai)(wai)面(mian)的冷(leng)(leng)卻(que)(que)水套(tao)的循(xun)(xun)環冷(leng)(leng)卻(que)(que)水迅(xun)速帶走。
通過(guo)以上技(ji)術措施，保證了(le)主軸(zhou)在高速(su)回轉時前軸(zhou)承溫(wen)升不(bu)超(chao)過(guo)25℃，后軸(zhou)承溫(wen)升不(bu)超(chao)過(guo)20℃，實現了(le)電主軸(zhou)系統的熱(re)平衡。
2車銑(xian)復(fu)合加工(gong)機床動態性(xing)能(neng)
a.機(ji)床電主(zhu)(zhu)軸系統(tong)(tong)的(de)動態(tai)(tai)性能。機(ji)床加工精度(du)不僅受到前(qian)面各項因素的(de)影(ying)響(xiang)，還要受到電主(zhu)(zhu)軸一軸承系統(tong)(tong)的(de)動態(tai)(tai)特(te)性的(de)影(ying)響(xiang)，而機(ji)床的(de)振動就(jiu)取決電主(zhu)(zhu)軸一軸承系統(tong)(tong)的(de)動態(tai)(tai)特(te)性。由(you)于電主(zhu)(zhu)軸一軸承系統(tong)(tong)是(shi)一個(ge)復雜的(de)振動系統(tong)(tong)，其動態(tai)(tai)特(te)性不僅與(yu)系統(tong)(tong)的(de)阻尼(ni)和靜剛(gang)度(du)有關，還與(yu)由(you)系統(tong)(tong)結構
所決定的(de)振(zhen)型有關(guan)。因此在進行(xing)機(ji)床設(she)計時，要進行(xing)動(dong)力學分析，計算出主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體的(de)一階、二階固有頻(pin)率，使其一階固有頻(pin)率要避(bi)開主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)最低轉速(su)，二階固有頻(pin)率要避(bi)開電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)最高轉速(su)，以避(bi)免電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統產生共振(zhen)，消除由于振(zhen)動(dong)造成(cheng)的(de)對(dui)機(ji)床加工精度的(de)影響。
b.機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身整(zheng)(zheng)體剛(gang)度(du)對(dui)車(che)銑復合加(jia)工機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的加(jia)工精度(du)影(ying)響(xiang)很大，在機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時(shi)還要對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身進(jin)行有限元(yuan)分析，優化機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身結構，提高機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身剛(gang)度(du)，改善機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的整(zheng)(zheng)機(ji)(ji)動態(tai)性能，避免機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部剛(gang)度(du)不足引起機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的變形(xing)，造成對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工精度(du)的影(ying)響(xiang)。
;3刀架分度(du)定(ding)位精度(du)及位置精度(du)
車(che)銑(xian)復合加(jia)工(gong)(gong)中心刀(dao)架的每個(ge)工(gong)(gong)位既(ji)可(ke)安裝車(che)削刀(dao)具，又可(ke)安裝徑向(xiang)和軸向(xiang)動力(li)刀(dao)具，并根據被加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的需要配(pei)置刀(dao)具的種(zhong)類和數量。電(dian)動刀架(jia)的位(wei)置精(jing)(jing)度(du)(du)是影響車銑復合機床加(jia)工精(jing)(jing)度(du)(du)的重要(yao)因素(su)，在(zai)機床設計和制造過程中(zhong)要(yao)加(jia)以(yi)重視。為提高(gao)刀架的分(fen)度(du)(du)定位(wei)精(jing)(jing)度(du)(du)和位(wei)置精(jing)(jing)度(du)(du)，可采取如下解決(jue)方(fang)法：
a.刀架(jia)分度定(ding)位(wei)一(yi)致性(xing)的高低，對加工工件(jian)的尺寸一(yi)致性(xing)影(ying)響很大。為此(ci)選擇高分度精度的電動刀架(jia)，并(bing)對刀架(jia)采用專門的裝配工藝(yi)，保證(zheng)刀架(jia)分度定(ding)位(wei)精度≤0.005mm。
b.實(shi)現刀架X紀(ji)向伺服運動的(de)(de)X/Z軸的(de)(de)位置(zhi)精度(du)也是_項(xiang)重要的(de)(de)精度(du)指標，該(gai)項(xiang)精度(du)與加工工件的(de)(de)尺寸分散度(du)及一致性直接有關。這是一項(xiang)綜(zong)合(he)精度(du)，涉及到滾珠絲(si)杠和軸承的(de)(de)精度、刀架拖(tuo)板(ban)的(de)(de)伺服靈(ling)敏度、拖(tuo)板(ban)的(de)(de)伺服慣(guan)量與負(fu)載(zai)慣(guan)量的(de)(de)匹配等多方面。 機械(xie)加工
