機床復(fu)合化足(zu)數控機床從(cong)單一功能(neng)(neng)向多功能(neng)(neng)方向發展的(de)最新趨勢。車銑復(fu)合、車磨復(fu)合、銑磨復(fu)合等復(fu)合加(jia)丁機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)隨(sui)著(zhu)零件加(jia)工(gong)要求(qiu)的(de)變化而相繼出(chu)現(xian)(xian)。這類(lei)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)出(chu)現(xian)(xian)，改變了傳統數控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)布局(ju)和結構，能(neng)(neng)夠實現(xian)(xian)一機(ji)多用，工(gong)件一次裝(zhuang)夾(jia)就可(ke)以完成全部(bu)或大部(bu)分工(gong)序的(de)加(jia)工(gong)，從(cong)而減(jian)少了工(gong)件裝(zhuang)夾(jia)次數，提高了機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)效率，減(jian)少機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)使用臺(tai)數，節約(yue)能(neng)(neng)源(yuan)。
車銑(xian)復合(he)加(jia)(jia)工(gong)機(ji)床是復合(he)加(jia)(jia)工(gong)機(ji)床中發展最(zui)快、使用最(zui)廣泛的數控設備。對高速精密車銑復(fu)合(he)數(shu)控(kong)機床來說，其主軸系(xi)統是電主軸結構，機床(chuang)的(de)加工精度(du)(du)很大程度(du)(du)上取決于機床(chuang)的(de)電主軸系統的(de)精度(du)(du)，并受刀(dao)架位置精度(du)(du)和機床(chuang)整機動態性能的(de)影(ying)響。因此在車銑(xian)復合(he)機床(chuang)制(zhi)造與裝配過程中如(ru)何提(ti)(ti)高電主軸(zhou)系統的精度、提(ti)(ti)高刀架的位置精度、改善(shan)機(ji)床(chuang)的整機(ji)動態(tai)性能是機(ji)床(chuang)設計的關鍵。本文從(cong)以下幾方面來分析(xi)影響車銑復合機(ji)床(chuang)加工精度的因素(su)，并提(ti)(ti)出相應的解決方法。
1電主(zhu)軸系統(tong)的精度
; 1.1電主軸系(xi)統的分度精度和準停(ting)精度
車銑復合加工機(ji)床(chuang)電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的分(fen)度(du)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)和準停(ting)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)是(shi)考核機(ji)床(chuang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)的一個重(zhong)要(yao)指標，是(shi)影響機(ji)床(chuang)加工精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)的重(zhong)要(yao)因(yin)素。為了實現電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統高的分(fen)度(du)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)和準停(ting)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)，國際上數控車銑復合加工中(zhong)心(xin)均采(cai)用內藏主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)式電(dian)機(ji)(簡稱電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子裝配成(cheng)一體，減(jian)少中(zhong)間傳(chuan)動環節對主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)的影響。工作(zuo)時，電(dian)機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子回(hui)轉(zhuan)(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)(zhuan)的速度(du)環和位置(zhi)環采(cai)用高精(jing)(jing)(jing)(jing)(jing)度(du)的反饋(kui)元(yuan)件(jian)，實現全閉環控制，反饋(kui)元(yuan)件(jian)采(cai)集到(dao)的位置(zhi)信號經數控(kong)系統分(fen)頻處理，使(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)分(fen)度(du)(du)的分(fen)辨率達(da)到0.001°(主(zhu)(zhu)軸(zhou)最(zui)小分(fen)度(du)(du)單(dan)位為3.6”)或更小，從而使(shi)機床主(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統具有(you)很高的分(fen)度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)。
為實現上述目的，采取如下(xia)解決方(fang)法：
a.電(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)與(yu)機(ji)(ji)床主軸(zhou)采(cai)取特殊的(de)(de)裝配工(gong)藝(yi)，保(bao)證機(ji)(ji)床主軸(zhou)與(yu)電(dian)機(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)內孔的(de)(de)連接剛(gang)度，能(neng)傳遞大的(de)(de)切削(xue)扭矩。
b.電主(zhu)軸組裝配(pei)時采用較高等級的(de)高速動平(ping)衡，降低主(zhu)軸組的(de)剩(sheng)余不(bu)平(ping)衡量，保證(zheng)主(zhu)軸在(zai)高速回轉時的(de)平(ping)穩(wen)性。
c.電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)采(cai)用(yong)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)制動(dong)和(he)阻尼(ni)裝置，在(zai)需要主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)準停銑(xian)削(xue)(xue)或鉆削(xue)(xue)時(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)處制動(dong)狀態，以保證(zheng)銑(xian)削(xue)(xue)時(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)不晃(huang)動(dong)。在(zai)連續分(fen)度(du)銑(xian)削(xue)(xue)時(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)處于阻尼(ni)狀態，以保證(zheng)銑(xian)削(xue)(xue)時(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉的平(ping)穩(wen)性。制動(dong)狀態和(he)阻尼(ni)狀態可以自動(dong)切換(huan)，由編(bian)程設(she)定(ding)。通過以上措施，電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)的分(fen)度(du)定(ding)位精(jing)度(du)≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)分(fen)度(du)的重復定(ding)位精(jing)度(du)≤12”。
1.2電主軸系(xi)統(tong)的(de)回轉(zhuan)精(jing)度
數控車銑復合加(jia)工中心為高精度(du)加(jia)工機(ji)床(chuang)，主軸組是關鍵部件，主軸組的(de)回轉精度(du)直接影響加(jia)工工件的(de)精度(du)。
為保(bao)證主(zhu)軸(zhou)組(zu)具有高(gao)的回轉精(jing)度，在電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統中，主(zhu)軸(zhou)與電機轉子的連接、定子外套與主(zhu)軸(zhou)箱體(ti)的配合、主(zhu)軸(zhou)兩端與軸(zhou)承組(zu)的配合等采取了以下(xia)一系(xi)列的工藝(yi)措(cuo)施：
a.在電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)裝配前先(xian)保證(zheng)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)的(de)精度，孔(kong)的(de)圓度、尺寸公(gong)差(cha)、前后(hou)軸(zhou)(zhou)承孔(kong)的(de)同軸(zhou)(zhou)度都在要(yao)求的(de)范圍內;主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)徑向跳動、前后(hou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)同軸(zhou)(zhou)度以及主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)端部的(de)徑向跳動和端面跳動公(gong)差(cha)均控(kong)制在0.002mm之內。
b.裝配(pei)時(shi)根據軸(zhou)承(cheng)外(wai)(wai)圈的(de)尺寸，研磨(mo)主軸(zhou)箱體孔，并(bing)使其與軸(zhou)承(cheng)外(wai)(wai)圓(yuan)的(de)配(pei)合公差嚴(yan)格控制在規(gui)定的(de)范圍(wei);電(dian)主軸(zhou)的(de)電(dian)機轉(zhuan)子與主軸(zhou)采取特殊的(de)裝配(pei)技術等。
采取(qu)以(yi)上措施后，電主(zhu)軸系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)回轉(zhuan)精度得到了保證，主(zhu)軸的(de)(de)徑向跳(tiao)動和(he)端面跳(tiao)動都在0.002mm之內(nei)，為(wei)保證工件(jian)的(de)(de)加工精度奠定了基礎。電主(zhu)軸系(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)熱平衡(heng)
1.3電主軸(zhou)系統的熱平衡(heng)
電主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)(tong)中電機(ji)(ji)是(shi)(shi)個發熱(re)體(ti)，高(gao)速回轉的前后軸(zhou)(zhou)承也是(shi)(shi)發熱(re)體(ti)，這會使電主(zhu)軸(zhou)(zhou)的溫(wen)度上升，影響電主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)(tong)的加(jia)工精度。如何消(xiao)除熱(re)源對機(ji)(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)精度的影響，實現電主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)(tong)的熱(re)平衡是(shi)(shi)車銑(xian)復(fu)合加(jia)工機(ji)(ji)床(chuang)設(she)計和制造過程中要解決的關鍵問題。為此采取以下幾項措(cuo)施：
a.主軸(zhou)箱(xiang)體采取熱對稱設計，箱(xiang)體外的(de)散(san)(san)熱筋(jin)(jin)兩(liang)邊對稱分(fen)布，讓主軸(zhou)箱(xiang)產(chan)生的(de)熱量盡快通過散(san)(san)熱筋(jin)(jin)散(san)(san)發掉，同時由于散(san)(san)熱筋(jin)(jin)是(shi)對稱分(fen)布的(de)，主軸(zhou)發熱時主軸(zhou)軸(zhou)線不(bu)會產(chan)生偏移。
b.對(dui)主軸(zhou)軸(zhou)承(cheng)的預加(jia)載荷和潤滑條件按設計要(yao)求予以控制，既保證主軸(zhou)的剛度，又保證主軸(zhou)在高速回(hui)轉時軸(zhou)承(cheng)發熱量最小。
c.對(dui)電(dian)機(ji)(ji)這(zhe)個主要發(fa)熱源采用外循環(huan)冷(leng)卻(que)措施。在電(dian)主軸的(de)定(ding)子(zi)外套(tao)(tao)外面裝有循環(huan)冷(leng)卻(que)水套(tao)(tao)，冷(leng)卻(que)水由(you)獨立的(de)溫控(kong)裝置進行控(kong)制(zhi)，溫度控(kong)制(zhi)在22±1℃，電(dian)機(ji)(ji)產(chan)生的(de)熱量通過定(ding)子(zi)外面的(de)冷(leng)卻(que)水套(tao)(tao)的(de)循環(huan)冷(leng)卻(que)水迅(xun)速(su)帶走。
通過(guo)以上技(ji)術(shu)措施，保證了主軸(zhou)(zhou)在(zai)高速回轉時前軸(zhou)(zhou)承溫升不超過(guo)25℃，后(hou)軸(zhou)(zhou)承溫升不超過(guo)20℃，實現了電主軸(zhou)(zhou)系(xi)統的熱平衡(heng)。
2車(che)銑復合加工機床動態性能
a.機床(chuang)電(dian)(dian)主軸(zhou)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態性(xing)能。機床(chuang)加工精度不僅(jin)受到前(qian)面各項因素的(de)(de)影響，還要(yao)受到電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態特性(xing)的(de)(de)影響，而機床(chuang)的(de)(de)振動(dong)(dong)就取決電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態特性(xing)。由于電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)統(tong)(tong)是一(yi)個復雜(za)的(de)(de)振動(dong)(dong)系(xi)統(tong)(tong)，其動(dong)(dong)態特性(xing)不僅(jin)與系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)阻尼和靜剛度有關(guan)，還與由系(xi)統(tong)(tong)結構(gou)
所(suo)決定的振(zhen)型有關。因此在進行機(ji)(ji)床(chuang)設計(ji)時，要進行動力學分析，計(ji)算出主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體的一階(jie)、二階(jie)固有頻率(lv)，使其一階(jie)固有頻率(lv)要避開主(zhu)(zhu)軸(zhou)的最低轉速，二階(jie)固有頻率(lv)要避開電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)的最高轉速，以避免電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統產生(sheng)共(gong)振(zhen)，消除由于振(zhen)動造成的對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)加工精度(du)的影(ying)響。
b.機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身整體剛(gang)度對車銑復合加工機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加工精(jing)度影響很大，在機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)設計時還要(yao)對機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)，身進行有限元(yuan)分析，優化(hua)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身結(jie)構，提(ti)高機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)身剛(gang)度，改(gai)善機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)整機(ji)(ji)動態性能，避(bi)免機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)局部剛(gang)度不足引起機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)結(jie)構的(de)(de)變形，造成對機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)加工精(jing)度的(de)(de)影響。
3刀架(jia)分度(du)定位精度(du)及位置精度(du)
車銑(xian)復合加(jia)工(gong)中心刀(dao)(dao)架的每個工(gong)位既可(ke)安裝車削刀(dao)(dao)具(ju)，又可(ke)安裝徑(jing)向和軸向動(dong)力刀(dao)(dao)具(ju)，并根(gen)據被加(jia)工(gong)工(gong)件的需要配置刀(dao)(dao)具(ju)的種(zhong)類和數(shu)量。電動(dong)刀架(jia)的位(wei)置精度(du)是影響(xiang)車銑復合機床(chuang)加工精度(du)的重(zhong)(zhong)要(yao)(yao)因素，在機床(chuang)設計和制造過(guo)程中要(yao)(yao)加以(yi)重(zhong)(zhong)視。為提高刀架的分度(du)定位(wei)精度(du)和位(wei)置精度(du)，可采取如(ru)下(xia)解(jie)決方法：
a.刀(dao)架(jia)(jia)分(fen)度(du)(du)定(ding)位一致(zhi)性(xing)的(de)高低，對加(jia)工工件的(de)尺寸一致(zhi)性(xing)影(ying)響很大。為此(ci)選(xuan)擇(ze)高分(fen)度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)電(dian)動刀(dao)架(jia)(jia)，并對刀(dao)架(jia)(jia)采用專門的(de)裝配(pei)工藝，保證刀(dao)架(jia)(jia)分(fen)度(du)(du)定(ding)位精(jing)(jing)度(du)(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀向(xiang)伺服運(yun)動的X/Z軸的位置精(jing)度(du)也是_項重要(yao)的精(jing)度(du)指標，該項精(jing)度(du)與加工工件的尺寸分散度(du)及一致性直接(jie)有關(guan)。這是一項綜(zong)合精(jing)度(du)，涉及到滾(gun)珠絲杠和(he)軸承的(de)(de)精度、刀架拖板(ban)的(de)(de)伺服靈(ling)敏度、拖板(ban)的(de)(de)伺服慣量與(yu)負載(zai)慣量的(de)(de)匹(pi)配等多方面(mian)。 ; 機械加工
