機床復合化(hua)足數控機床從單一功能向多(duo)功能方向發(fa)展的(de)(de)最(zui)新趨勢。車(che)銑復(fu)(fu)合(he)(he)、車(che)磨(mo)復(fu)(fu)合(he)(he)、銑磨(mo)復(fu)(fu)合(he)(he)等復(fu)(fu)合(he)(he)加(jia)丁機(ji)(ji)床隨著(zhu)零件加(jia)工(gong)(gong)要求的(de)(de)變化(hua)而相(xiang)繼(ji)出現。這(zhe)類機(ji)(ji)床的(de)(de)出現，改(gai)變了(le)(le)(le)傳統數(shu)控機(ji)(ji)床的(de)(de)布局和結構，能夠(gou)實現一機(ji)(ji)多(duo)用，工(gong)(gong)件一次(ci)裝夾就可以完成全部或大部分工(gong)(gong)序的(de)(de)加(jia)工(gong)(gong)，從而減(jian)(jian)少了(le)(le)(le)工(gong)(gong)件裝夾次(ci)數(shu)，提(ti)高(gao)了(le)(le)(le)機(ji)(ji)床加(jia)工(gong)(gong)效率，減(jian)(jian)少機(ji)(ji)床使用臺數(shu)，節約能源(yuan)。
車(che)銑(xian)復(fu)合加工(gong)機床(chuang)(chuang)是復(fu)合加工(gong)機床(chuang)(chuang)中發(fa)展最快、使用最廣泛的數(shu)控設備。對高速精(jing)密車銑復合數控機床來說，其主軸(zhou)系統是電(dian)主軸結構，機床的加工(gong)精度很(hen)大程(cheng)度上取決于機床的電主軸系統的精度，并受刀架位(wei)置精度和機床整機動態性能的影(ying)響(xiang)。因此在車銑復合機(ji)床制造與(yu)裝配(pei)過程(cheng)中如何提高電(dian)主(zhu)軸系統的(de)(de)精度(du)、提高刀架(jia)的(de)(de)位置精度(du)、改善機床的(de)(de)整機動態(tai)性能是(shi)機床設(she)計的(de)(de)關鍵(jian)。本文從以下幾方面來分析(xi)影響車銑復合機床加(jia)工精度(du)的(de)(de)因素，并提出相應的(de)(de)解(jie)決(jue)方法(fa)。
1電主軸系統的精度(du)
1.1電主軸系統的分度(du)精(jing)度(du)和準停精(jing)度(du)
車(che)銑(xian)復合(he)(he)加工(gong)(gong)機(ji)床電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和準停(ting)精(jing)(jing)度(du)(du)是考核機(ji)床主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)一個(ge)重(zhong)要指(zhi)標，是影響機(ji)床加工(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)重(zhong)要因素。為了實(shi)現(xian)電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統高的(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和準停(ting)精(jing)(jing)度(du)(du)，國際上數控(kong)車(che)銑(xian)復合(he)(he)加工(gong)(gong)中心均采用內藏主(zhu)軸(zhou)(zhou)式電(dian)機(ji)(簡稱電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)軸(zhou)(zhou)與電(dian)機(ji)轉(zhuan)子裝配成一體，減少(shao)中間(jian)傳動環(huan)節對主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)影響。工(gong)(gong)作時，電(dian)機(ji)轉(zhuan)子回轉(zhuan)即帶(dai)動主(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)。主(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)(de)速度(du)(du)環(huan)和位置環(huan)采用高精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)反饋元(yuan)(yuan)件，實(shi)現(xian)全閉環(huan)控(kong)制，反饋元(yuan)(yuan)件采集到的(de)(de)位置信號經數控(kong)系統(tong)分(fen)頻(pin)處理，使主(zhu)軸(zhou)分(fen)度的分(fen)辨(bian)率達到0.001°(主(zhu)軸(zhou)最小分(fen)度單位為3.6”)或更小，從而使機床主(zhu)軸(zhou)系統(tong)具有很高(gao)的分(fen)度精(jing)度和準停精(jing)度。
; 為(wei)實現上(shang)述(shu)目的，采(cai)取(qu)如下解決方法：
a.電機(ji)轉子與(yu)機(ji)床(chuang)主軸采取特殊的(de)(de)裝配工藝，保證機(ji)床(chuang)主軸與(yu)電機(ji)轉子內(nei)孔的(de)(de)連接剛度(du)，能傳(chuan)遞大的(de)(de)切削扭矩。
b.電主(zhu)軸組裝配時(shi)采用較高(gao)等級的(de)高(gao)速動平(ping)衡(heng)，降低主(zhu)軸組的(de)剩余不平(ping)衡(heng)量，保(bao)證主(zhu)軸在高(gao)速回(hui)轉時(shi)的(de)平(ping)穩(wen)性。
c.電主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)采用主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)制動(dong)(dong)(dong)和(he)阻(zu)尼裝置(zhi)，在(zai)需要主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)準停銑削(xue)(xue)(xue)或(huo)鉆削(xue)(xue)(xue)時(shi)(shi)，主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)處制動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態，以保證銑削(xue)(xue)(xue)時(shi)(shi)主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)不晃動(dong)(dong)(dong)。在(zai)連續分(fen)度(du)(du)銑削(xue)(xue)(xue)時(shi)(shi)，主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)處于阻(zu)尼狀(zhuang)態，以保證銑削(xue)(xue)(xue)時(shi)(shi)主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)回轉的(de)平穩性。制動(dong)(dong)(dong)狀(zhuang)態和(he)阻(zu)尼狀(zhuang)態可以自動(dong)(dong)(dong)切(qie)換(huan)，由編程設定。通過以上措施，電主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的(de)分(fen)度(du)(du)定位精(jing)度(du)(du)≤24”，主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)分(fen)度(du)(du)的(de)重復定位精(jing)度(du)(du)≤12”。
1.2電主軸系統的回轉精(jing)度
數控(kong)車(che)銑(xian)復合加工中心為高精(jing)度(du)加工機(ji)床，主軸組是關(guan)鍵部(bu)件(jian)，主軸組的回(hui)轉(zhuan)精(jing)度(du)直接影(ying)響加工工件(jian)的精(jing)度(du)。
為保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)組具有高的(de)回轉精度，在電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統中(zhong)，主(zhu)軸(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機(ji)轉子(zi)的(de)連(lian)接(jie)、定子(zi)外套(tao)與(yu)主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體的(de)配合、主(zhu)軸(zhou)(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)(zhou)承組的(de)配合等采(cai)取了以(yi)下一系列的(de)工藝措施：
a.在(zai)電主軸(zhou)(zhou)裝配前(qian)先保證主軸(zhou)(zhou)箱體孔的(de)(de)精度，孔的(de)(de)圓度、尺寸公(gong)差(cha)(cha)、前(qian)后軸(zhou)(zhou)承孔的(de)(de)同軸(zhou)(zhou)度都在(zai)要求的(de)(de)范圍內;主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)(de)徑向跳(tiao)動、前(qian)后軸(zhou)(zhou)頸的(de)(de)同軸(zhou)(zhou)度以及(ji)主軸(zhou)(zhou)端(duan)部(bu)的(de)(de)徑向跳(tiao)動和(he)端(duan)面跳(tiao)動公(gong)差(cha)(cha)均控(kong)制在(zai)0.002mm之內。
b.裝配時根據軸承外圈的(de)尺寸，研磨主(zhu)(zhu)軸箱體孔，并使其(qi)與(yu)軸承外圓的(de)配合(he)公(gong)差嚴(yan)格控制在規(gui)定(ding)的(de)范圍;電(dian)主(zhu)(zhu)軸的(de)電(dian)機(ji)轉子(zi)與(yu)主(zhu)(zhu)軸采取特殊的(de)裝配技術等。
采取以(yi)上措施(shi)后，電主(zhu)軸系統的回(hui)轉精度得到了保證(zheng)，主(zhu)軸的徑向跳動和端面跳動都在0.002mm之內，為保證(zheng)工件的加工精度奠定了基(ji)礎。電主(zhu)軸系統的熱平衡
1.3電主軸系統的(de)熱平衡
電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統(tong)(tong)中電機(ji)是個發熱(re)體(ti)，高速回轉的前后軸(zhou)承(cheng)也是發熱(re)體(ti)，這會使電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的溫度(du)上(shang)升，影響電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統(tong)(tong)的加工精度(du)。如何(he)消除熱(re)源(yuan)對機(ji)床(chuang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)精度(du)的影響，實現(xian)電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統(tong)(tong)的熱(re)平衡(heng)是車銑(xian)復(fu)合加工機(ji)床(chuang)設計和制造過程中要解(jie)決的關鍵問題(ti)。為此采取以下(xia)幾(ji)項措施：
a.主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體采取熱(re)對(dui)(dui)稱設計，箱(xiang)體外的(de)(de)散熱(re)筋(jin)兩(liang)邊對(dui)(dui)稱分布(bu)，讓主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)產生的(de)(de)熱(re)量盡快通過散熱(re)筋(jin)散發掉，同時由于散熱(re)筋(jin)是對(dui)(dui)稱分布(bu)的(de)(de)，主(zhu)軸(zhou)(zhou)發熱(re)時主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線不會(hui)產生偏移。
b.對主軸軸承的預加(jia)載(zai)荷(he)和潤(run)滑條件按(an)設(she)計(ji)要求予以控制，既保證主軸的剛度，又保證主軸在高速回轉(zhuan)時軸承發熱(re)量最小。
c.對(dui)電機(ji)這個主要發熱(re)源采用外(wai)循(xun)環冷(leng)卻(que)措施。在電主軸的定(ding)子(zi)外(wai)套外(wai)面裝(zhuang)(zhuang)有(you)循(xun)環冷(leng)卻(que)水套，冷(leng)卻(que)水由獨立的溫(wen)控裝(zhuang)(zhuang)置進(jin)行控制(zhi)(zhi)，溫(wen)度控制(zhi)(zhi)在22±1℃，電機(ji)產(chan)生的熱(re)量通過(guo)定(ding)子(zi)外(wai)面的冷(leng)卻(que)水套的循(xun)環冷(leng)卻(que)水迅(xun)速帶走。
通過以(yi)上技(ji)術措施，保證了(le)主(zhu)軸(zhou)在高速回轉時前軸(zhou)承(cheng)溫升不超過25℃，后軸(zhou)承(cheng)溫升不超過20℃，實(shi)現了(le)電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統的熱平衡。
2車銑復合加工機床動態(tai)性能
a.機(ji)(ji)床電(dian)主(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)性(xing)能。機(ji)(ji)床加工精(jing)度不僅受到前面各項因素(su)的(de)(de)(de)影響，還要受到電(dian)主(zhu)軸一軸承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)特性(xing)的(de)(de)(de)影響，而機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)就(jiu)取決(jue)電(dian)主(zhu)軸一軸承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)的(de)(de)(de)動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)特性(xing)。由于電(dian)主(zhu)軸一軸承(cheng)(cheng)(cheng)系統(tong)是(shi)一個(ge)復雜的(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)(dong)(dong)(dong)系統(tong)，其動(dong)(dong)(dong)(dong)態(tai)特性(xing)不僅與系統(tong)的(de)(de)(de)阻尼和靜(jing)剛(gang)度有關，還與由系統(tong)結構
所決定的(de)振(zhen)型有(you)關。因此在進(jin)行(xing)機(ji)床設計(ji)時(shi)，要進(jin)行(xing)動力學分(fen)析，計(ji)算出主(zhu)軸箱體的(de)一階(jie)、二階(jie)固有(you)頻率(lv)(lv)，使其一階(jie)固有(you)頻率(lv)(lv)要避開主(zhu)軸的(de)最(zui)低(di)轉(zhuan)速，二階(jie)固有(you)頻率(lv)(lv)要避開電(dian)主(zhu)軸的(de)最(zui)高轉(zhuan)速，以避免(mian)電(dian)主(zhu)軸系統(tong)產生共振(zhen)，消(xiao)除由于振(zhen)動造(zao)成的(de)對機(ji)床加工精度的(de)影響。
b.機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)整體剛(gang)(gang)度(du)對車銑復合加工機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加工精(jing)度(du)影響很大，在機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時還要對機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)(shen)進(jin)行有限元分析(xi)，優(you)化機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)結構，提高機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)剛(gang)(gang)度(du)，改善機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)整機(ji)(ji)(ji)(ji)動態(tai)性能，避免機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部剛(gang)(gang)度(du)不足引起機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)(de)變形，造成(cheng)對機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加工精(jing)度(du)的(de)(de)影響。
3刀架分(fen)度定位精度及位置精度
車(che)銑復合加工(gong)(gong)中心刀(dao)架的每個(ge)工(gong)(gong)位既(ji)可(ke)安(an)裝(zhuang)車(che)削刀(dao)具，又可(ke)安(an)裝(zhuang)徑向和(he)軸(zhou)向動力刀(dao)具，并根據被加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的需要配(pei)置刀(dao)具的種類和(he)數(shu)量。電動刀架的位(wei)(wei)置精(jing)度(du)(du)是影響車銑復合機床加(jia)工精(jing)度(du)(du)的重要因(yin)素，在機床設(she)計和(he)制(zhi)造過程中要加(jia)以重視。為(wei)提(ti)高刀架的分(fen)度(du)(du)定位(wei)(wei)精(jing)度(du)(du)和(he)位(wei)(wei)置精(jing)度(du)(du)，可采取如下(xia)解決(jue)方法：
a.刀(dao)架分(fen)(fen)度(du)定位一(yi)致性的高低，對加工工件(jian)的尺(chi)寸一(yi)致性影(ying)響很大。為此選擇(ze)高分(fen)(fen)度(du)精度(du)的電動刀(dao)架，并對刀(dao)架采用專門的裝配(pei)工藝，保(bao)證刀(dao)架分(fen)(fen)度(du)定位精度(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀(ji)向(xiang)伺服運(yun)動的(de)(de)X/Z軸的(de)(de)位置精度(du)(du)(du)也是_項(xiang)重要的(de)(de)精度(du)(du)(du)指標，該(gai)項(xiang)精度(du)(du)(du)與加工工件的(de)(de)尺寸分(fen)散度(du)(du)(du)及(ji)一致(zhi)性直接有關。這(zhe)是一項(xiang)綜合精度(du)(du)(du)，涉及(ji)到滾(gun)珠絲(si)杠(gang)和(he)軸承的精度、刀(dao)架拖(tuo)(tuo)板(ban)的伺服(fu)靈敏度、拖(tuo)(tuo)板(ban)的伺服(fu)慣量(liang)與(yu)負載慣量(liang)的匹配等多方面。 機械加工
