機床復(fu)合化足數控(kong)機床從單一功能(neng)向(xiang)多(duo)(duo)功能(neng)方(fang)向(xiang)發展(zhan)的最新趨勢(shi)。車銑(xian)復合(he)、車磨復合(he)、銑(xian)磨復合(he)等復合(he)加丁機(ji)(ji)(ji)床(chuang)隨著零件加工(gong)要求的變(bian)化而(er)相繼出現。這類機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的出現，改變(bian)了傳統數控機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的布局(ju)和結構，能(neng)夠實(shi)現一機(ji)(ji)(ji)多(duo)(duo)用(yong)，工(gong)件一次(ci)裝(zhuang)夾就可以完成全部或大部分(fen)工(gong)序(xu)的加工(gong)，從而(er)減少了工(gong)件裝(zhuang)夾次(ci)數，提高了機(ji)(ji)(ji)床(chuang)加工(gong)效率，減少機(ji)(ji)(ji)床(chuang)使用(yong)臺數，節約能(neng)源。
車銑復(fu)合(he)加(jia)工機床是復(fu)合(he)加(jia)工機床中發展最快、使用最廣(guang)泛的數控設備。對高速精密(mi)車(che)銑復合數控(kong)機床來說(shuo)，其主軸系(xi)統是電主軸結構，機床(chuang)的(de)加工精(jing)(jing)度(du)很(hen)大程度(du)上取(qu)決于機床(chuang)的(de)電主軸系統(tong)的(de)精(jing)(jing)度(du)，并(bing)受(shou)刀架(jia)位置精(jing)(jing)度(du)和機床(chuang)整(zheng)機動態性能的(de)影(ying)響。因此在車銑復合機床(chuang)(chuang)制造與裝配(pei)過程中如何提(ti)高電主軸系統的(de)精(jing)(jing)度、提(ti)高刀架(jia)的(de)位置精(jing)(jing)度、改(gai)善機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)動態性(xing)能是機(ji)床(chuang)(chuang)設計的(de)關鍵。本文從以(yi)下幾(ji)方(fang)面(mian)來分析影響(xiang)車(che)銑復合機(ji)床(chuang)(chuang)加(jia)工精(jing)(jing)度的(de)因素，并提(ti)出(chu)相應的(de)解決方(fang)法。
1電主軸系統的精(jing)度
1.1電主軸(zhou)系統(tong)的分(fen)度精度和準停精度
車銑(xian)復合加工(gong)機床電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統的分(fen)度(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)和準(zhun)停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)是考核機床主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的一個重(zhong)要指(zhi)標(biao)，是影(ying)響機床加工(gong)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的重(zhong)要因素。為了(le)實現電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統高(gao)的分(fen)度(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)和準(zhun)停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)，國際上數(shu)控(kong)車銑(xian)復合加工(gong)中心(xin)均采用內藏主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)式電(dian)機(簡稱電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)與電(dian)機轉子裝(zhuang)配(pei)成一體(ti)，減少中間傳動環節對(dui)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的影(ying)響。工(gong)作時(shi)，電(dian)機轉子回轉即帶動主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)回轉。主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)回轉的速度(du)(du)環和位置環采用高(gao)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)的反饋元(yuan)件(jian)(jian)，實現全(quan)閉環控(kong)制，反饋元(yuan)件(jian)(jian)采集到的位置信號經數控系(xi)統分頻處(chu)理，使主軸(zhou)分度的分辨率達到(dao)0.001°(主軸(zhou)最小分度單位為3.6”)或更小，從而使機(ji)床主軸(zhou)系統具有(you)很(hen)高的分度精度和準(zhun)停精度。
為實現上述目的，采取如下解(jie)決方法：
a.電機轉(zhuan)子與機床主軸(zhou)采取特殊的(de)裝(zhuang)配工藝，保證機床主軸(zhou)與電機轉(zhuan)子內孔(kong)的(de)連(lian)接(jie)剛度(du)，能傳(chuan)遞大的(de)切削(xue)扭(niu)矩。
b.電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)組裝配(pei)時(shi)采用較高(gao)等級(ji)的(de)高(gao)速動平(ping)衡(heng)(heng)，降低(di)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)組的(de)剩余(yu)不平(ping)衡(heng)(heng)量(liang)，保證主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)在高(gao)速回轉時(shi)的(de)平(ping)穩性(xing)。
c.電主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統(tong)采用主(zhu)(zhu)軸(zhou)制(zhi)動和(he)(he)阻(zu)尼(ni)(ni)裝置，在需要主(zhu)(zhu)軸(zhou)準停銑(xian)削或鉆削時(shi)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)處制(zhi)動狀態，以(yi)(yi)保證銑(xian)削時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)不(bu)晃動。在連續分度(du)銑(xian)削時(shi)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)處于(yu)阻(zu)尼(ni)(ni)狀態，以(yi)(yi)保證銑(xian)削時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)回(hui)轉(zhuan)的(de)(de)平(ping)穩性。制(zhi)動狀態和(he)(he)阻(zu)尼(ni)(ni)狀態可以(yi)(yi)自(zi)動切(qie)換，由編程(cheng)設(she)定(ding)。通過(guo)以(yi)(yi)上措施，電主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統(tong)主(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)(de)分度(du)定(ding)位精度(du)≤24”，主(zhu)(zhu)軸(zhou)分度(du)的(de)(de)重復定(ding)位精度(du)≤12”。
1.2電主軸系統的回轉精度
數控(kong)車銑復合(he)加(jia)工(gong)(gong)中心為高精(jing)度加(jia)工(gong)(gong)機床，主軸組是(shi)關鍵部件，主軸組的(de)回(hui)轉精(jing)度直(zhi)接影(ying)響加(jia)工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的(de)精(jing)度。
為保證主軸(zhou)(zhou)組具有高的回轉精度(du)，在電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)統中，主軸(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機轉子(zi)的連接、定子(zi)外套(tao)與(yu)主軸(zhou)(zhou)箱體的配(pei)合、主軸(zhou)(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)(zhou)承組的配(pei)合等(deng)采取了以下一系(xi)列的工(gong)藝措施：
a.在電主軸(zhou)(zhou)裝配(pei)前先保證主軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)的(de)精度，孔(kong)的(de)圓(yuan)度、尺(chi)寸公(gong)差(cha)、前后(hou)(hou)軸(zhou)(zhou)承孔(kong)的(de)同軸(zhou)(zhou)度都在要求的(de)范圍內;主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)徑向跳動(dong)(dong)、前后(hou)(hou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)同軸(zhou)(zhou)度以及主軸(zhou)(zhou)端部(bu)的(de)徑向跳動(dong)(dong)和端面跳動(dong)(dong)公(gong)差(cha)均控制在0.002mm之內。
b.裝配時(shi)根據軸(zhou)承(cheng)(cheng)外圈(quan)的尺寸(cun)，研磨(mo)主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體孔(kong)，并使其與(yu)軸(zhou)承(cheng)(cheng)外圓的配合公差嚴(yan)格控制在規(gui)定(ding)的范(fan)圍;電主(zhu)(zhu)軸(zhou)的電機(ji)轉子與(yu)主(zhu)(zhu)軸(zhou)采(cai)取特殊的裝配技術等。
采取以上(shang)措(cuo)施后，電(dian)主(zhu)軸系(xi)(xi)統的回(hui)轉精(jing)度(du)得到了(le)保證，主(zhu)軸的徑向跳動和(he)端面跳動都在0.002mm之內(nei)，為保證工件(jian)的加工精(jing)度(du)奠定了(le)基礎。電(dian)主(zhu)軸系(xi)(xi)統的熱平(ping)衡
1.3電主軸系統的熱(re)平衡
電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統中(zhong)(zhong)電(dian)(dian)機(ji)是(shi)個發熱(re)(re)體(ti)(ti)，高速回轉的(de)(de)前后軸(zhou)(zhou)(zhou)承也(ye)是(shi)發熱(re)(re)體(ti)(ti)，這會使(shi)電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)溫度(du)上升，影(ying)響電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)加(jia)工精(jing)(jing)度(du)。如何消除熱(re)(re)源對機(ji)床(chuang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)影(ying)響，實現電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)熱(re)(re)平衡是(shi)車銑復合加(jia)工機(ji)床(chuang)設計和制(zhi)造過程中(zhong)(zhong)要解決的(de)(de)關鍵問題。為(wei)此采取以下幾(ji)項措施：
a.主軸(zhou)(zhou)箱體(ti)采取熱(re)對稱(cheng)設計，箱體(ti)外(wai)的(de)散熱(re)筋兩邊對稱(cheng)分布，讓主軸(zhou)(zhou)箱產(chan)生的(de)熱(re)量盡快通(tong)過散熱(re)筋散發掉，同時由于散熱(re)筋是對稱(cheng)分布的(de)，主軸(zhou)(zhou)發熱(re)時主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線(xian)不(bu)會產(chan)生偏移。
b.對主(zhu)軸軸承的(de)預加載荷和潤(run)滑條件按設(she)計要求予以(yi)控制，既保證主(zhu)軸的(de)剛度，又保證主(zhu)軸在(zai)高速回轉時軸承發熱(re)量最小。
c.對(dui)電機這個主要發(fa)熱源采(cai)用外(wai)(wai)循(xun)環冷卻(que)措施。在電主軸(zhou)的(de)定子外(wai)(wai)套外(wai)(wai)面裝(zhuang)有循(xun)環冷卻(que)水(shui)套，冷卻(que)水(shui)由獨(du)立(li)的(de)溫控裝(zhuang)置進行控制，溫度控制在22±1℃，電機產生的(de)熱量通(tong)過定子外(wai)(wai)面的(de)冷卻(que)水(shui)套的(de)循(xun)環冷卻(que)水(shui)迅速帶走。
通過以上技術(shu)措施，保證了(le)主(zhu)軸(zhou)在高(gao)速(su)回轉時前(qian)軸(zhou)承溫升(sheng)不(bu)超(chao)過25℃，后(hou)軸(zhou)承溫升(sheng)不(bu)超(chao)過20℃，實現了(le)電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統的熱平衡。
2車銑復合加工機(ji)床動態性能
a.機(ji)床電主軸系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)性(xing)能。機(ji)床加工精度(du)不(bu)僅受到前面各項因素的(de)(de)(de)影響，還要受到電主軸一軸承系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)特性(xing)的(de)(de)(de)影響，而機(ji)床的(de)(de)(de)振動就取決電主軸一軸承系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)特性(xing)。由于電主軸一軸承系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)是一個復雜的(de)(de)(de)振動系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，其動態(tai)特性(xing)不(bu)僅與系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)阻尼和(he)靜剛度(du)有關，還與由系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)結(jie)構
所(suo)決定的(de)(de)振型有(you)關。因此(ci)在進行機(ji)床(chuang)設(she)計時(shi)，要進行動力學分(fen)析，計算(suan)出主軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體的(de)(de)一階(jie)、二(er)階(jie)固(gu)有(you)頻率，使其一階(jie)固(gu)有(you)頻率要避(bi)開(kai)主軸(zhou)(zhou)的(de)(de)最低轉速，二(er)階(jie)固(gu)有(you)頻率要避(bi)開(kai)電主軸(zhou)(zhou)的(de)(de)最高(gao)轉速，以避(bi)免電主軸(zhou)(zhou)系統產生共振，消除由(you)于振動造成的(de)(de)對機(ji)床(chuang)加(jia)工精度(du)的(de)(de)影響(xiang)。
b.機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整(zheng)體剛度(du)(du)對(dui)車銑復(fu)合加(jia)工機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加(jia)工精(jing)度(du)(du)影(ying)響很大(da)，在(zai)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)設(she)計時還要對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有限(xian)元分析，優(you)化機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結構，提高機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛度(du)(du)，改善機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)整(zheng)機(ji)(ji)動(dong)態性(xing)能，避免機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)局(ju)部(bu)剛度(du)(du)不(bu)足引起機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)(de)變形(xing)，造成對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工精(jing)度(du)(du)的(de)(de)影(ying)響。
3刀(dao)架(jia)分(fen)度(du)定(ding)位精度(du)及位置(zhi)精度(du)
車(che)銑復(fu)合加工(gong)(gong)中心(xin)刀架(jia)的(de)每個工(gong)(gong)位既可安裝車(che)削刀具(ju)，又可安裝徑向(xiang)和軸向(xiang)動力刀具(ju)，并(bing)根據被加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的(de)需要配置(zhi)刀具(ju)的(de)種類和數(shu)量。電(dian)動(dong)刀架的(de)位置精度是影響車銑復合機(ji)床加工(gong)精度的(de)重要因素(su)，在機(ji)床設計和(he)制造過(guo)程中要加以重視(shi)。為提(ti)高刀架的(de)分度定(ding)位精度和(he)位置精度，可(ke)采取如下(xia)解決方法：
a.刀(dao)架(jia)(jia)(jia)分度定位一(yi)致(zhi)性的高低，對加工工件的尺寸一(yi)致(zhi)性影響(xiang)很大。為此選(xuan)擇高分度精度的電(dian)動刀(dao)架(jia)(jia)(jia)，并對刀(dao)架(jia)(jia)(jia)采(cai)用專門(men)的裝配工藝(yi)，保證(zheng)刀(dao)架(jia)(jia)(jia)分度定位精度≤0.005mm。
b.實現刀架X紀(ji)向(xiang)伺服(fu)運(yun)動(dong)的(de)X/Z軸的(de)位置精度也是(shi)(shi)_項(xiang)重要的(de)精度指(zhi)標，該項(xiang)精度與加工工件的(de)尺寸分散度及(ji)一致性直(zhi)接有關。這是(shi)(shi)一項(xiang)綜合精度，涉(she)及(ji)到滾珠絲杠和軸承的(de)精(jing)度(du)、刀架拖板(ban)的(de)伺服靈(ling)敏度(du)、拖板(ban)的(de)伺服慣(guan)量(liang)與負載慣(guan)量(liang)的(de)匹配(pei)等(deng)多方(fang)面。 機械加工
