機床復合化足數控機床從單一功能(neng)向多功能(neng)方向發(fa)展的最新趨勢(shi)。車銑復(fu)(fu)合(he)、車磨復(fu)(fu)合(he)、銑磨復(fu)(fu)合(he)等(deng)復(fu)(fu)合(he)加丁機(ji)床(chuang)(chuang)隨著(zhu)零件(jian)加工要(yao)求的變化而相(xiang)繼(ji)出現(xian)。這類機(ji)床(chuang)(chuang)的出現(xian)，改(gai)變了(le)傳統數(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)的布局和(he)結構，能(neng)夠實現(xian)一機(ji)多用，工件(jian)一次裝夾就(jiu)可以完成全(quan)部或大部分工序的加工，從而減少(shao)了(le)工件(jian)裝夾次數(shu)，提高了(le)機(ji)床(chuang)(chuang)加工效率，減少(shao)機(ji)床(chuang)(chuang)使用臺數(shu)，節約能(neng)源。
車銑復合加(jia)工機(ji)床是復合加(jia)工機(ji)床中(zhong)發(fa)展最快、使用最廣泛的數控設備。對高速(su)精(jing)密車銑復合數控機床來說，其(qi)主軸(zhou)系(xi)統(tong)是電主軸結構(gou)，機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)加工精(jing)度很大(da)程度上取(qu)決于機(ji)(ji)(ji)床(chuang)的(de)電主軸系(xi)統的(de)精(jing)度，并受刀架位置精(jing)度和機(ji)(ji)(ji)床(chuang)整機(ji)(ji)(ji)動(dong)態性能的(de)影響。因此(ci)在車銑(xian)復(fu)合(he)機床制(zhi)造與裝配過(guo)程中如何提(ti)高電主軸系統的(de)精度、提(ti)高刀架(jia)的(de)位(wei)置精度、改善機床的(de)整(zheng)機動(dong)態性能(neng)是機床設計(ji)的(de)關鍵。本文從以(yi)下幾(ji)方(fang)面來分析影響車(che)銑復合(he)機床加工精度的(de)因素，并提(ti)出相應(ying)的(de)解決(jue)方(fang)法。
1電主軸系統的精度
1.1電主軸系統的分(fen)度精度和準停精度
車銑復(fu)合(he)加(jia)工(gong)(gong)機床電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)(de)分度(du)(du)精度(du)(du)和(he)準停精度(du)(du)是考(kao)核(he)機床主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)一個重(zhong)要指標，是影響(xiang)機床加(jia)工(gong)(gong)精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)重(zhong)要因素。為了實現電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統高的(de)(de)(de)(de)(de)分度(du)(du)精度(du)(du)和(he)準停精度(du)(du)，國(guo)際上(shang)數(shu)控車銑復(fu)合(he)加(jia)工(gong)(gong)中心均采用(yong)內藏主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)式電(dian)(dian)機(簡稱電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)與電(dian)(dian)機轉(zhuan)子裝配成一體(ti)，減(jian)少中間傳動環(huan)節對(dui)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)影響(xiang)。工(gong)(gong)作時，電(dian)(dian)機轉(zhuan)子回轉(zhuan)即(ji)帶(dai)動主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)(de)速度(du)(du)環(huan)和(he)位置環(huan)采用(yong)高精度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)(de)反饋(kui)元件，實現全(quan)閉(bi)環(huan)控制，反饋(kui)元件采集到的(de)(de)(de)(de)(de)位置信(xin)號經數控系統(tong)分頻處理(li)，使(shi)主軸(zhou)分度的分辨率達到0.001°(主軸(zhou)最小(xiao)分度單位為3.6”)或更小(xiao)，從而(er)使(shi)機床主軸(zhou)系統具有(you)很高的分度精度和準停精度。
為實(shi)現上述(shu)目的，采取如下解(jie)決方(fang)法：
a.電機轉(zhuan)子與機床主軸(zhou)采(cai)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)連接剛度，能傳遞大的(de)切削扭矩。
b.電主軸組裝配時(shi)采用(yong)較高(gao)等(deng)級的(de)高(gao)速(su)動平(ping)衡(heng)，降低主軸組的(de)剩余不平(ping)衡(heng)量，保證主軸在高(gao)速(su)回轉時(shi)的(de)平(ping)穩性(xing)。
c.電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統采(cai)用(yong)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)制動(dong)(dong)(dong)和(he)阻(zu)尼(ni)裝置(zhi)，在需(xu)要主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)準停銑削或鉆削時，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處(chu)制動(dong)(dong)(dong)狀態(tai)，以(yi)保證銑削時主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)不晃動(dong)(dong)(dong)。在連(lian)續分(fen)度銑削時，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處(chu)于阻(zu)尼(ni)狀態(tai)，以(yi)保證銑削時主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回轉的平(ping)穩(wen)性。制動(dong)(dong)(dong)狀態(tai)和(he)阻(zu)尼(ni)狀態(tai)可以(yi)自動(dong)(dong)(dong)切換，由編程設定。通過(guo)以(yi)上措施，電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的分(fen)度定位精度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)分(fen)度的重(zhong)復定位精度≤12”。
1.2電主(zhu)軸系統的回轉精度
數控車(che)銑復合(he)加工中心(xin)為(wei)高(gao)精(jing)度加工機床，主(zhu)軸組是關鍵部件，主(zhu)軸組的(de)回轉精(jing)度直(zhi)接影響(xiang)加工工件的(de)精(jing)度。
為保(bao)證主(zhu)(zhu)軸組(zu)具有高(gao)的回轉精度，在電主(zhu)(zhu)軸系統(tong)中，主(zhu)(zhu)軸與(yu)(yu)(yu)電機轉子的連接(jie)、定子外套(tao)與(yu)(yu)(yu)主(zhu)(zhu)軸箱(xiang)體的配合(he)、主(zhu)(zhu)軸兩端與(yu)(yu)(yu)軸承組(zu)的配合(he)等采(cai)取了以下一系列的工藝措施：
a.在(zai)電主(zhu)軸(zhou)裝配(pei)前先保證主(zhu)軸(zhou)箱體孔的精度，孔的圓度、尺(chi)寸公差(cha)、前后(hou)軸(zhou)承孔的同軸(zhou)度都在(zai)要求的范(fan)圍內;主(zhu)軸(zhou)軸(zhou)頸的徑(jing)向(xiang)跳動(dong)、前后(hou)軸(zhou)頸的同軸(zhou)度以及主(zhu)軸(zhou)端部的徑(jing)向(xiang)跳動(dong)和端面跳動(dong)公差(cha)均控制(zhi)在(zai)0.002mm之內。
b.裝配時根據軸(zhou)承外(wai)圈的(de)尺寸(cun)，研磨主軸(zhou)箱體孔，并使(shi)其與(yu)軸(zhou)承外(wai)圓的(de)配合公差(cha)嚴格控制在規定的(de)范圍;電主軸(zhou)的(de)電機轉子與(yu)主軸(zhou)采取特殊(shu)的(de)裝配技術(shu)等(deng)。
采取以上措施后，電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸系統的(de)回轉精(jing)度得到了(le)保(bao)(bao)證，主(zhu)(zhu)軸的(de)徑向跳動和端面跳動都在0.002mm之內(nei)，為(wei)保(bao)(bao)證工件(jian)的(de)加工精(jing)度奠定(ding)了(le)基礎(chu)。電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸系統的(de)熱平衡(heng)
1.3電(dian)主軸系統的熱(re)平衡
電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統中電(dian)機(ji)是(shi)個發熱(re)體(ti)，高速回轉的(de)前后軸(zhou)(zhou)承也是(shi)發熱(re)體(ti)，這會使電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)溫度上升，影響(xiang)電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)加(jia)工(gong)精度。如何消除熱(re)源對機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)精度的(de)影響(xiang)，實現(xian)電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)熱(re)平衡是(shi)車銑復合加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)設計和(he)制造過(guo)程中要解決的(de)關鍵(jian)問(wen)題(ti)。為(wei)此采(cai)取以下幾(ji)項措施(shi)：
a.主(zhu)軸箱體采取熱(re)對稱(cheng)設(she)計，箱體外的(de)散(san)熱(re)筋(jin)兩邊對稱(cheng)分布，讓主(zhu)軸箱產生的(de)熱(re)量盡(jin)快通過散(san)熱(re)筋(jin)散(san)發掉，同(tong)時(shi)(shi)由于散(san)熱(re)筋(jin)是對稱(cheng)分布的(de)，主(zhu)軸發熱(re)時(shi)(shi)主(zhu)軸軸線不會產生偏移(yi)。
b.對主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)承的預加載荷(he)和(he)潤滑條件按設計要求(qiu)予以控制，既(ji)保(bao)證(zheng)主軸(zhou)(zhou)的剛度，又保(bao)證(zheng)主軸(zhou)(zhou)在(zai)高速回轉時(shi)軸(zhou)(zhou)承發熱量(liang)最小。
c.對電(dian)機這個主(zhu)要(yao)發(fa)熱(re)源采(cai)用外(wai)循環(huan)冷(leng)卻措施。在電(dian)主(zhu)軸的定(ding)子(zi)外(wai)套外(wai)面裝(zhuang)有循環(huan)冷(leng)卻水套，冷(leng)卻水由(you)獨立的溫(wen)控裝(zhuang)置進行控制，溫(wen)度(du)控制在22±1℃，電(dian)機產生的熱(re)量通過(guo)定(ding)子(zi)外(wai)面的冷(leng)卻水套的循環(huan)冷(leng)卻水迅(xun)速帶(dai)走。
通過以上技術措施，保證(zheng)了(le)主軸(zhou)在高(gao)速(su)回轉時前軸(zhou)承溫升不(bu)超過25℃，后(hou)軸(zhou)承溫升不(bu)超過20℃，實現了(le)電主軸(zhou)系統的熱平衡。
2車銑復合加工機床動態性能
a.機(ji)(ji)床(chuang)電主軸(zhou)系(xi)(xi)統的(de)(de)動態(tai)性(xing)(xing)能。機(ji)(ji)床(chuang)加(jia)工精度(du)不僅受到前(qian)面各項因素(su)的(de)(de)影響(xiang)，還要受到電主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統的(de)(de)動態(tai)特性(xing)(xing)的(de)(de)影響(xiang)，而機(ji)(ji)床(chuang)的(de)(de)振動就取決電主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統的(de)(de)動態(tai)特性(xing)(xing)。由于電主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)系(xi)(xi)統是(shi)一(yi)個復雜(za)的(de)(de)振動系(xi)(xi)統，其(qi)動態(tai)特性(xing)(xing)不僅與系(xi)(xi)統的(de)(de)阻(zu)尼和靜剛度(du)有關(guan)，還與由系(xi)(xi)統結構
所決(jue)定的(de)(de)振(zhen)型有(you)關。因此在進(jin)行機床(chuang)設(she)計(ji)時，要(yao)進(jin)行動(dong)力學分析，計(ji)算出主軸(zhou)箱(xiang)體的(de)(de)一(yi)階(jie)、二階(jie)固有(you)頻率，使其(qi)一(yi)階(jie)固有(you)頻率要(yao)避開主軸(zhou)的(de)(de)最低(di)轉速，二階(jie)固有(you)頻率要(yao)避開電(dian)(dian)主軸(zhou)的(de)(de)最高轉速，以避免電(dian)(dian)主軸(zhou)系統(tong)產生共振(zhen)，消(xiao)除由于振(zhen)動(dong)造(zao)成的(de)(de)對機床(chuang)加(jia)工精(jing)度的(de)(de)影響。
b.機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)(shen)整體(ti)剛度(du)對車銑復合加(jia)工機床(chuang)(chuang)的(de)加(jia)工精(jing)度(du)影(ying)(ying)響很大，在機床(chuang)(chuang)設(she)計(ji)時還要對機床(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)，身(shen)(shen)進行有限元分析，優化機床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)(shen)結構，提高機床(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)身(shen)(shen)剛度(du)，改(gai)善機床(chuang)(chuang)的(de)整機動(dong)態性能(neng)，避(bi)免機床(chuang)(chuang)局部剛度(du)不(bu)足引(yin)起(qi)機床(chuang)(chuang)結構的(de)變(bian)形，造成對機床(chuang)(chuang)加(jia)工精(jing)度(du)的(de)影(ying)(ying)響。
;3刀架(jia)分度定位(wei)精度及位(wei)置(zhi)精度
車銑復合加工中(zhong)心刀(dao)(dao)架的(de)每(mei)個工位既可安(an)裝車削刀(dao)(dao)具，又可安(an)裝徑向和軸(zhou)向動(dong)力刀(dao)(dao)具，并根據被加工工件(jian)的(de)需要配置刀(dao)(dao)具的(de)種(zhong)類和數量。電動(dong)刀架的(de)位(wei)置(zhi)(zhi)精度是影響(xiang)車銑復(fu)合機床加工精度的(de)重要因素，在(zai)機床設計和制造(zao)過程中要加以重視。為提高刀(dao)架(jia)的(de)分度定位(wei)精度和位(wei)置(zhi)(zhi)精度，可采(cai)取(qu)如下解(jie)決方法：
a.刀(dao)(dao)架(jia)(jia)分度定位(wei)一(yi)致性的高低，對(dui)(dui)加工工件的尺寸一(yi)致性影響很(hen)大。為此選擇高分度精(jing)度的電動(dong)刀(dao)(dao)架(jia)(jia)，并(bing)對(dui)(dui)刀(dao)(dao)架(jia)(jia)采(cai)用專(zhuan)門的裝配工藝，保證刀(dao)(dao)架(jia)(jia)分度定位(wei)精(jing)度≤0.005mm。
b.實現(xian)刀架X紀向伺服運動的X/Z軸的位置精(jing)度也是_項(xiang)(xiang)重(zhong)要的精(jing)度指標，該項(xiang)(xiang)精(jing)度與(yu)加工(gong)工(gong)件(jian)的尺寸分散度及一致性直接有關。這(zhe)是一項(xiang)(xiang)綜合(he)精(jing)度，涉及到滾珠絲(si)杠(gang)和(he)軸承的精度、刀架拖(tuo)板(ban)(ban)的伺(si)服(fu)靈敏度、拖(tuo)板(ban)(ban)的伺(si)服(fu)慣量與負載(zai)慣量的匹配等多方(fang)面。 機械(xie)加工
