機(ji)床復合(he)化足(zu)數控機床從單一(yi)功能(neng)(neng)向多(duo)功能(neng)(neng)方向發(fa)展的最新趨勢。車(che)銑復(fu)合(he)、車(che)磨(mo)復(fu)合(he)、銑磨(mo)復(fu)合(he)等復(fu)合(he)加(jia)(jia)丁機床隨著零件(jian)(jian)加(jia)(jia)工(gong)要(yao)求的變化而相繼(ji)出現(xian)。這(zhe)類機床的出現(xian)，改變了(le)傳統(tong)數(shu)控(kong)機床的布局和結構，能(neng)(neng)夠實現(xian)一(yi)機多(duo)用，工(gong)件(jian)(jian)一(yi)次(ci)裝夾(jia)就可(ke)以完(wan)成全部或大部分(fen)工(gong)序的加(jia)(jia)工(gong)，從而減少了(le)工(gong)件(jian)(jian)裝夾(jia)次(ci)數(shu)，提高了(le)機床加(jia)(jia)工(gong)效率，減少機床使用臺數(shu)，節約能(neng)(neng)源(yuan)。
車銑(xian)復合加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)是復合加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)中發展最快、使用最廣泛(fan)的數控(kong)設備。對高速精密車銑(xian)復合數控(kong)機床來說，其主軸系(xi)統是電(dian)主(zhu)軸結(jie)構，機(ji)床的加(jia)工精度(du)(du)很(hen)大程(cheng)度(du)(du)上取決于機(ji)床的電(dian)主軸系統的精度(du)(du)，并受刀架位(wei)置精度(du)(du)和(he)機(ji)床整機(ji)動態性能的影(ying)響(xiang)。因此在車(che)銑復合機床(chuang)制造(zao)與裝配(pei)過程(cheng)中如何提(ti)高電(dian)主軸(zhou)系統的(de)精(jing)度、提(ti)高刀架(jia)的(de)位置(zhi)精(jing)度、改(gai)善(shan)機(ji)床(chuang)的(de)整機(ji)動態性能(neng)是機(ji)床(chuang)設計的(de)關鍵。本(ben)文(wen)從以下幾方面來(lai)分析影(ying)響車銑(xian)復合機(ji)床(chuang)加工精(jing)度的(de)因(yin)素(su)，并提(ti)出相應的(de)解決方法(fa)。
1電(dian)主軸系統的(de)精(jing)度
1.1電主軸(zhou)系統的(de)分度精度和準停精度
車銑(xian)復合加工(gong)機床電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)分(fen)度(du)(du)精度(du)(du)和準(zhun)(zhun)停精度(du)(du)是考(kao)核機床主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精度(du)(du)的(de)(de)一(yi)個重要指標，是影(ying)響機床加工(gong)精度(du)(du)的(de)(de)重要因素。為了實現(xian)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統高的(de)(de)分(fen)度(du)(du)精度(du)(du)和準(zhun)(zhun)停精度(du)(du)，國際上數控(kong)車銑(xian)復合加工(gong)中(zhong)(zhong)心均采用內(nei)藏主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)式電機(簡稱(cheng)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)與電機轉(zhuan)子裝(zhuang)配成一(yi)體，減少中(zhong)(zhong)間(jian)傳動(dong)環節對(dui)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精度(du)(du)的(de)(de)影(ying)響。工(gong)作時，電機轉(zhuan)子回轉(zhuan)即(ji)帶動(dong)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)(de)速度(du)(du)環和位置環采用高精度(du)(du)的(de)(de)反(fan)饋(kui)元件，實現(xian)全閉環控(kong)制(zhi)，反(fan)饋(kui)元件采集(ji)到(dao)的(de)(de)位置信號經數控系(xi)統分(fen)(fen)(fen)頻處理(li)，使(shi)主軸分(fen)(fen)(fen)度的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)率達到0.001°(主軸最小(xiao)分(fen)(fen)(fen)度單位為(wei)3.6”)或更小(xiao)，從而使(shi)機床主軸系統具有很高的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)度精度和準停(ting)精度。
為實(shi)現上述目的，采取如(ru)下解決方(fang)法：
a.電機轉(zhuan)子與機床主(zhu)軸采取特殊(shu)的(de)裝配工藝(yi)，保證機床主(zhu)軸與電機轉(zhuan)子內孔的(de)連接剛度(du)，能傳遞大的(de)切削扭(niu)矩。
b.電主軸組裝(zhuang)配(pei)時(shi)采(cai)用較(jiao)高(gao)等(deng)級(ji)的高(gao)速(su)動(dong)平(ping)衡，降低主軸組的剩余不平(ping)衡量，保(bao)證主軸在高(gao)速(su)回轉時(shi)的平(ping)穩性(xing)。
c.電主(zhu)(zhu)軸系統采(cai)用主(zhu)(zhu)軸制(zhi)動(dong)(dong)和(he)(he)阻(zu)尼(ni)裝置，在需要主(zhu)(zhu)軸準停銑削或鉆削時，主(zhu)(zhu)軸處(chu)制(zhi)動(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)(tai)，以保證銑削時主(zhu)(zhu)軸不(bu)晃動(dong)(dong)。在連續分度(du)銑削時，主(zhu)(zhu)軸處(chu)于阻(zu)尼(ni)狀(zhuang)態(tai)(tai)，以保證銑削時主(zhu)(zhu)軸回轉的平(ping)穩性。制(zhi)動(dong)(dong)狀(zhuang)態(tai)(tai)和(he)(he)阻(zu)尼(ni)狀(zhuang)態(tai)(tai)可以自動(dong)(dong)切換，由編(bian)程(cheng)設定(ding)。通(tong)過(guo)以上(shang)措施，電主(zhu)(zhu)軸系統主(zhu)(zhu)軸的分度(du)定(ding)位精度(du)≤24”，主(zhu)(zhu)軸分度(du)的重復定(ding)位精度(du)≤12”。
1.2電主軸系統(tong)的回轉(zhuan)精度
數控車銑復合加(jia)工中心為高精(jing)度加(jia)工機(ji)床(chuang)，主軸(zhou)組(zu)是關鍵部(bu)件，主軸(zhou)組(zu)的回轉(zhuan)精(jing)度直接影(ying)響加(jia)工工件的精(jing)度。
為保(bao)證主(zhu)(zhu)軸(zhou)組(zu)具有高的(de)回(hui)轉(zhuan)(zhuan)精度(du)，在電主(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統中，主(zhu)(zhu)軸(zhou)與(yu)電機(ji)轉(zhuan)(zhuan)子的(de)連接(jie)、定(ding)子外套與(yu)主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體(ti)的(de)配合(he)(he)、主(zhu)(zhu)軸(zhou)兩端(duan)與(yu)軸(zhou)承組(zu)的(de)配合(he)(he)等采(cai)取了以下(xia)一系(xi)列的(de)工藝(yi)措施：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝(zhuang)配(pei)前(qian)先保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體孔的(de)精度(du)，孔的(de)圓(yuan)度(du)、尺(chi)寸公差(cha)、前(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)承孔的(de)同軸(zhou)(zhou)度(du)都(dou)在要求的(de)范圍內(nei);主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)徑向(xiang)跳動、前(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)同軸(zhou)(zhou)度(du)以(yi)及主(zhu)軸(zhou)(zhou)端(duan)部的(de)徑向(xiang)跳動和端(duan)面跳動公差(cha)均控(kong)制(zhi)在0.002mm之內(nei)。
;b.裝配時根據(ju)軸(zhou)承外圈的尺寸，研磨主(zhu)軸(zhou)箱體孔，并(bing)使其與(yu)軸(zhou)承外圓的配合公差(cha)嚴格控制在規定的范圍;電主(zhu)軸(zhou)的電機轉子(zi)與(yu)主(zhu)軸(zhou)采(cai)取特殊(shu)的裝配技(ji)術等。
采取以上措施后，電主軸系統(tong)的(de)回轉精度(du)得(de)到了(le)保證(zheng)，主軸的(de)徑向跳動和(he)端面(mian)跳動都在0.002mm之內，為保證(zheng)工(gong)件(jian)的(de)加工(gong)精度(du)奠定了(le)基礎。電主軸系統(tong)的(de)熱平衡(heng)
1.3電主軸(zhou)系(xi)統的熱平衡
電(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)(tong)中電(dian)(dian)機(ji)(ji)是個發熱(re)體(ti)，高速回轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)前后(hou)軸(zhou)(zhou)(zhou)承也是發熱(re)體(ti)，這會使電(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)(de)溫度(du)上升，影(ying)響(xiang)電(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)加工(gong)精度(du)。如何消除熱(re)源(yuan)對機(ji)(ji)床(chuang)主軸(zhou)(zhou)(zhou)精度(du)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響(xiang)，實(shi)現電(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)熱(re)平衡是車銑復合加工(gong)機(ji)(ji)床(chuang)設(she)計和制造過程(cheng)中要解決的(de)(de)(de)(de)關鍵(jian)問(wen)題。為此采取以下幾項措施：
a.主軸箱體(ti)采取(qu)熱對稱(cheng)(cheng)設計，箱體(ti)外(wai)的(de)散熱筋(jin)兩邊對稱(cheng)(cheng)分布，讓主軸箱產(chan)生的(de)熱量盡快通過散熱筋(jin)散發掉，同時由于散熱筋(jin)是(shi)對稱(cheng)(cheng)分布的(de)，主軸發熱時主軸軸線不會產(chan)生偏移。
b.對(dui)主(zhu)軸軸承(cheng)的預加載(zai)荷和潤(run)滑條件(jian)按設(she)計要求予(yu)以控制，既(ji)保證(zheng)主(zhu)軸的剛度，又保證(zheng)主(zhu)軸在高(gao)速(su)回轉時(shi)軸承(cheng)發熱量(liang)最小。
c.對電(dian)機這個主要發熱(re)源采用外(wai)循環(huan)冷(leng)(leng)卻(que)(que)措施(shi)。在電(dian)主軸的(de)(de)(de)定子外(wai)套外(wai)面裝(zhuang)(zhuang)有循環(huan)冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)套，冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)由(you)獨立的(de)(de)(de)溫控裝(zhuang)(zhuang)置進行(xing)控制，溫度控制在22±1℃，電(dian)機產生的(de)(de)(de)熱(re)量通過定子外(wai)面的(de)(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)套的(de)(de)(de)循環(huan)冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)迅速帶走。
通過(guo)以上技術措施，保證了(le)主軸在高速(su)回轉(zhuan)時(shi)前軸承溫升不超過(guo)25℃，后(hou)軸承溫升不超過(guo)20℃，實現了(le)電主軸系統的熱平衡(heng)。
2車銑復(fu)合加工機床動態性(xing)能
a.機(ji)床電主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)(de)動態(tai)性能。機(ji)床加工(gong)精度不(bu)僅受(shou)到(dao)前面各項因素的(de)(de)影(ying)響，還要受(shou)到(dao)電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)系(xi)統的(de)(de)動態(tai)特性的(de)(de)影(ying)響，而機(ji)床的(de)(de)振動就取決電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)系(xi)統的(de)(de)動態(tai)特性。由于電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)系(xi)統是一(yi)(yi)個(ge)復雜(za)的(de)(de)振動系(xi)統，其(qi)動態(tai)特性不(bu)僅與系(xi)統的(de)(de)阻尼(ni)和(he)靜剛度有關，還與由系(xi)統結(jie)構
所決定的(de)(de)(de)振型有(you)關。因(yin)此(ci)在進(jin)行(xing)機(ji)床(chuang)設計(ji)時，要進(jin)行(xing)動力學分析，計(ji)算(suan)出主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體的(de)(de)(de)一階(jie)、二(er)階(jie)固有(you)頻(pin)(pin)率，使(shi)其一階(jie)固有(you)頻(pin)(pin)率要避開主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)最低轉速，二(er)階(jie)固有(you)頻(pin)(pin)率要避開電主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)最高轉速，以避免電主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統產(chan)生共(gong)振，消除由于振動造成的(de)(de)(de)對機(ji)床(chuang)加工精度的(de)(de)(de)影響。
b.機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)整體剛(gang)度(du)對車銑復合加(jia)工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)影響(xiang)很大，在機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)設計時還要對機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)，身(shen)進行有(you)限(xian)元(yuan)分析，優化機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)結構，提高(gao)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)身(shen)剛(gang)度(du)，改(gai)善機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)整機(ji)(ji)(ji)(ji)動態性能，避免機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)局(ju)部(bu)剛(gang)度(du)不足引起機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)結構的(de)(de)變形(xing)，造成(cheng)對機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)精(jing)度(du)的(de)(de)影響(xiang)。
3刀(dao)架分(fen)度(du)定位精度(du)及位置精度(du)
車銑復合加工(gong)中(zhong)心(xin)刀架的(de)每(mei)個工(gong)位既可(ke)安(an)裝(zhuang)車削刀具，又(you)可(ke)安(an)裝(zhuang)徑(jing)向(xiang)和軸向(xiang)動力刀具，并根(gen)據被加工(gong)工(gong)件的(de)需(xu)要(yao)配置刀具的(de)種類和數量。電動刀架的位(wei)置(zhi)精度是影響車銑復(fu)合機床加(jia)工精度的重(zhong)要(yao)因素，在機床設(she)計和制造過程中(zhong)要(yao)加(jia)以重(zhong)視。為提(ti)高(gao)刀架的分度定位(wei)精度和位(wei)置(zhi)精度，可(ke)采取如下解決方(fang)法：
a.刀(dao)架(jia)分度(du)定位一致性(xing)的(de)高(gao)低，對(dui)加(jia)工(gong)工(gong)件的(de)尺(chi)寸(cun)一致性(xing)影響很大(da)。為此(ci)選(xuan)擇高(gao)分度(du)精度(du)的(de)電動刀(dao)架(jia)，并對(dui)刀(dao)架(jia)采用專門的(de)裝配工(gong)藝(yi)，保證(zheng)刀(dao)架(jia)分度(du)定位精度(du)≤0.005mm。
b.實(shi)現(xian)刀架(jia)X紀向伺服運動的X/Z軸(zhou)的位置精(jing)度(du)也(ye)是(shi)_項重要的精(jing)度(du)指標，該項精(jing)度(du)與加工工件的尺寸分散度(du)及(ji)一(yi)致(zhi)性直接(jie)有(you)關。這是(shi)一(yi)項綜(zong)合(he)精(jing)度(du)，涉(she)及(ji)到滾(gun)珠絲(si)杠和軸(zhou)承的(de)精度(du)(du)、刀架拖板的(de)伺服(fu)靈敏度(du)(du)、拖板的(de)伺服(fu)慣量與負載慣量的(de)匹配(pei)等多(duo)方面(mian)。 機械加工
