機床復合化足(zu)數控機床從(cong)單(dan)一功能(neng)向多功能(neng)方向發(fa)展的(de)(de)(de)最(zui)新趨(qu)勢(shi)。車銑復(fu)合、車磨(mo)復(fu)合、銑磨(mo)復(fu)合等復(fu)合加丁(ding)機(ji)(ji)(ji)床隨著零件(jian)加工要求的(de)(de)(de)變化而相(xiang)繼出現。這類機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)(de)出現，改(gai)變了(le)傳統數控機(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)(de)布局和結構(gou)，能(neng)夠實(shi)現一機(ji)(ji)(ji)多用(yong)，工件(jian)一次(ci)裝(zhuang)夾就可以完成(cheng)全(quan)部或大部分工序(xu)的(de)(de)(de)加工，從(cong)而減少(shao)了(le)工件(jian)裝(zhuang)夾次(ci)數，提高了(le)機(ji)(ji)(ji)床加工效率，減少(shao)機(ji)(ji)(ji)床使用(yong)臺數，節約能(neng)源。
車銑復(fu)合(he)加工機床是(shi)復(fu)合(he)加工機床中發展最(zui)快、使用最(zui)廣泛(fan)的數控設(she)備。對高速精密(mi)車銑復合數控機床(chuang)來說，其主軸(zhou)系統是電主軸結構，機床(chuang)的(de)(de)加工(gong)精(jing)度(du)(du)很(hen)大程(cheng)度(du)(du)上(shang)取決于機床(chuang)的(de)(de)電主軸系統(tong)的(de)(de)精(jing)度(du)(du)，并受刀架位置精(jing)度(du)(du)和機床(chuang)整機動態性能的(de)(de)影(ying)響。因此在車銑復合機(ji)床(chuang)(chuang)制(zhi)造與裝配過程中如何(he)提(ti)(ti)高電主軸系統的(de)(de)精度(du)、提(ti)(ti)高刀(dao)架的(de)(de)位置(zhi)精度(du)、改善機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)(de)整(zheng)機(ji)動態性(xing)能(neng)是機(ji)床(chuang)(chuang)設計的(de)(de)關鍵(jian)。本文(wen)從以下幾方(fang)(fang)面來分析影響車銑(xian)復合(he)機(ji)床(chuang)(chuang)加工精度(du)的(de)(de)因素，并(bing)提(ti)(ti)出相應的(de)(de)解決方(fang)(fang)法。
1電主軸系統的(de)精度
1.1電(dian)主軸(zhou)系統(tong)的分度精(jing)度和準停精(jing)度
車銑(xian)(xian)復合加工(gong)機(ji)床電(dian)主軸(zhou)系統(tong)(tong)的(de)分度(du)(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)是考核機(ji)床主軸(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)一(yi)個重要指標，是影響機(ji)床加工(gong)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)重要因素。為了實(shi)現(xian)電(dian)主軸(zhou)系統(tong)(tong)高(gao)(gao)的(de)分度(du)(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)，國際上數控車銑(xian)(xian)復合加工(gong)中(zhong)(zhong)心均采用內藏主軸(zhou)式電(dian)機(ji)(簡(jian)稱(cheng)電(dian)主軸(zhou))，主軸(zhou)與電(dian)機(ji)轉子裝配成(cheng)一(yi)體，減少中(zhong)(zhong)間(jian)傳動環(huan)節對主軸(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)影響。工(gong)作時(shi)，電(dian)機(ji)轉子回轉即帶動主軸(zhou)回轉。主軸(zhou)回轉的(de)速(su)度(du)(du)(du)(du)(du)環(huan)和(he)位(wei)置環(huan)采用高(gao)(gao)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)(du)的(de)反(fan)饋(kui)(kui)元件，實(shi)現(xian)全閉環(huan)控制，反(fan)饋(kui)(kui)元件采集到(dao)的(de)位(wei)置信號經數控系統分(fen)頻處理(li)，使主軸分(fen)度的分(fen)辨率達到(dao)0.001°(主軸最小分(fen)度單位為3.6”)或更小，從而使機床主軸系統具(ju)有很高的分(fen)度精(jing)度和準(zhun)停(ting)精(jing)度。
為實(shi)現(xian)上述目(mu)的，采(cai)取如下解決方法：
a.電(dian)機轉(zhuan)子與(yu)機床(chuang)主軸采取特殊的(de)裝配工藝，保證(zheng)機床(chuang)主軸與(yu)電(dian)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)(shi)采用較(jiao)高等(deng)級的高速動平(ping)衡，降低主軸組的剩余不平(ping)衡量，保證主軸在(zai)高速回轉時(shi)(shi)的平(ping)穩性。
c.電主(zhu)軸系統(tong)采用主(zhu)軸制(zhi)動(dong)和阻尼(ni)(ni)裝置，在需(xu)要主(zhu)軸準(zhun)停銑(xian)削(xue)或(huo)鉆(zhan)削(xue)時，主(zhu)軸處制(zhi)動(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以保證銑(xian)削(xue)時主(zhu)軸不晃動(dong)。在連續分度(du)(du)銑(xian)削(xue)時，主(zhu)軸處于阻尼(ni)(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以保證銑(xian)削(xue)時主(zhu)軸回轉的(de)平穩性。制(zhi)動(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和阻尼(ni)(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)可以自動(dong)切(qie)換(huan)，由編程設定(ding)(ding)。通過以上措施，電主(zhu)軸系統(tong)主(zhu)軸的(de)分度(du)(du)定(ding)(ding)位(wei)精度(du)(du)≤24”，主(zhu)軸分度(du)(du)的(de)重復定(ding)(ding)位(wei)精度(du)(du)≤12”。
1.2電主軸系統(tong)的回轉精度
數控車(che)銑復合(he)加(jia)(jia)工(gong)中心為高(gao)精(jing)(jing)度加(jia)(jia)工(gong)機床，主(zhu)軸(zhou)組是關鍵部件，主(zhu)軸(zhou)組的回轉(zhuan)精(jing)(jing)度直接(jie)影響加(jia)(jia)工(gong)工(gong)件的精(jing)(jing)度。
為保證(zheng)主(zhu)(zhu)軸(zhou)組具有高的(de)回轉(zhuan)精(jing)度，在電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統中(zhong)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)與(yu)電(dian)機轉(zhuan)子(zi)的(de)連接、定子(zi)外套與(yu)主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體的(de)配合、主(zhu)(zhu)軸(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)承組的(de)配合等采(cai)取(qu)了(le)以下一系列的(de)工藝(yi)措施(shi)：
a.在(zai)電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)裝(zhuang)配前(qian)(qian)先保證(zheng)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)箱體孔(kong)的(de)精度(du)(du)，孔(kong)的(de)圓度(du)(du)、尺寸公(gong)差、前(qian)(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承孔(kong)的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)度(du)(du)都在(zai)要求的(de)范圍內;主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)徑向跳(tiao)動、前(qian)(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)度(du)(du)以及主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)端部的(de)徑向跳(tiao)動和端面跳(tiao)動公(gong)差均控制在(zai)0.002mm之內。
b.裝配(pei)(pei)時(shi)根據軸(zhou)承(cheng)外圈的(de)(de)尺(chi)寸，研磨主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體孔，并使其與(yu)軸(zhou)承(cheng)外圓的(de)(de)配(pei)(pei)合公差(cha)嚴(yan)格控制在規定的(de)(de)范(fan)圍;電主(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)(de)電機轉子與(yu)主(zhu)(zhu)軸(zhou)采(cai)取特殊的(de)(de)裝配(pei)(pei)技術等。
采取以上措施(shi)后，電主軸系統的回轉精(jing)度得到(dao)了保證，主軸的徑向跳動(dong)和端(duan)面跳動(dong)都(dou)在0.002mm之(zhi)內，為(wei)保證工件的加工精(jing)度奠定(ding)了基(ji)礎。電主軸系統的熱平衡
1.3電主軸系統的熱平(ping)衡(heng)
電主(zhu)軸系(xi)統中(zhong)電機(ji)是(shi)個(ge)發(fa)熱(re)(re)體(ti)，高(gao)速回轉的前(qian)后(hou)軸承也是(shi)發(fa)熱(re)(re)體(ti)，這(zhe)會使電主(zhu)軸的溫度上升，影響電主(zhu)軸系(xi)統的加工精度。如何消(xiao)除熱(re)(re)源(yuan)對機(ji)床(chuang)主(zhu)軸精度的影響，實現電主(zhu)軸系(xi)統的熱(re)(re)平衡(heng)是(shi)車銑復合(he)加工機(ji)床(chuang)設計(ji)和制造過程中(zhong)要解(jie)決的關鍵(jian)問(wen)題。為此采(cai)取以下幾(ji)項措施：
a.主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體采(cai)取熱對稱設計，箱體外的散熱筋兩邊(bian)對稱分布(bu)，讓主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)箱產生(sheng)的熱量(liang)盡快通過散熱筋散發掉，同時(shi)由于散熱筋是(shi)對稱分布(bu)的，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)發熱時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線不(bu)會產生(sheng)偏移。
b.對主軸軸承的預加載荷和(he)潤滑條件按(an)設計要求予以控(kong)制，既保證(zheng)主軸的剛度，又保證(zheng)主軸在高速回(hui)轉時軸承發(fa)熱量最(zui)小。
c.對電機這(zhe)個(ge)主(zhu)(zhu)要發熱源采用外循環冷(leng)卻措施。在電主(zhu)(zhu)軸的(de)定(ding)子(zi)外套外面裝有循環冷(leng)卻水(shui)套，冷(leng)卻水(shui)由獨立的(de)溫控裝置進行控制，溫度(du)控制在22±1℃，電機產生(sheng)的(de)熱量通(tong)過(guo)定(ding)子(zi)外面的(de)冷(leng)卻水(shui)套的(de)循環冷(leng)卻水(shui)迅速(su)帶走(zou)。
通過以上技術(shu)措施(shi)，保(bao)證了主軸(zhou)在(zai)高速回轉(zhuan)時前軸(zhou)承溫升(sheng)不超過25℃，后(hou)軸(zhou)承溫升(sheng)不超過20℃，實現了電主軸(zhou)系(xi)統的熱平衡。
2車銑復合加工機床(chuang)動態性能
a.機(ji)(ji)床電主(zhu)軸系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)性(xing)(xing)能(neng)。機(ji)(ji)床加工(gong)精度不僅受到前面(mian)各項因(yin)素的(de)(de)(de)影(ying)響，還要受到電主(zhu)軸一軸承(cheng)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)特性(xing)(xing)的(de)(de)(de)影(ying)響，而機(ji)(ji)床的(de)(de)(de)振動就(jiu)取決電主(zhu)軸一軸承(cheng)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)特性(xing)(xing)。由(you)(you)于電主(zhu)軸一軸承(cheng)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)是(shi)一個復(fu)雜的(de)(de)(de)振動系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)，其動態(tai)特性(xing)(xing)不僅與系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)的(de)(de)(de)阻尼和靜剛度有(you)關，還與由(you)(you)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)結構
所決定(ding)的振(zhen)型有(you)(you)關。因此在進行機(ji)床(chuang)設(she)計(ji)時，要(yao)進行動力(li)學分析，計(ji)算出主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體的一階、二階固(gu)有(you)(you)頻(pin)率，使其一階固(gu)有(you)(you)頻(pin)率要(yao)避(bi)開主(zhu)(zhu)軸(zhou)的最(zui)低轉速，二階固(gu)有(you)(you)頻(pin)率要(yao)避(bi)開電主(zhu)(zhu)軸(zhou)的最(zui)高轉速，以避(bi)免電主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統產生共振(zhen)，消除由(you)于振(zhen)動造(zao)成的對機(ji)床(chuang)加工精(jing)度的影響。
b.機(ji)(ji)床(chuang)床(chuang)身(shen)整(zheng)體剛(gang)(gang)度(du)對車銑復合加(jia)工(gong)(gong)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)加(jia)工(gong)(gong)精度(du)影(ying)響很(hen)大，在機(ji)(ji)床(chuang)設計時還要對機(ji)(ji)床(chuang)的(de)床(chuang)，身(shen)進行有限元分析，優化機(ji)(ji)床(chuang)床(chuang)身(shen)結(jie)構，提高(gao)機(ji)(ji)床(chuang)的(de)床(chuang)身(shen)剛(gang)(gang)度(du)，改善機(ji)(ji)床(chuang)的(de)整(zheng)機(ji)(ji)動態性能(neng)，避免機(ji)(ji)床(chuang)局部剛(gang)(gang)度(du)不足(zu)引起機(ji)(ji)床(chuang)結(jie)構的(de)變形(xing)，造成對機(ji)(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)(gong)精度(du)的(de)影(ying)響。
3刀(dao)架分度(du)定位(wei)精度(du)及位(wei)置(zhi)精度(du)
車(che)銑復合加工(gong)中心刀(dao)(dao)架的每個工(gong)位(wei)既可安裝車(che)削刀(dao)(dao)具(ju)，又(you)可安裝徑向(xiang)(xiang)和(he)軸向(xiang)(xiang)動力刀(dao)(dao)具(ju)，并根據(ju)被加工(gong)工(gong)件的需(xu)要配置刀(dao)(dao)具(ju)的種(zhong)類和(he)數量。電動刀架(jia)的(de)位(wei)置(zhi)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)是影響車銑(xian)復(fu)合機(ji)(ji)床加(jia)工精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)重要(yao)(yao)因(yin)素，在機(ji)(ji)床設計(ji)和制造過程中要(yao)(yao)加(jia)以重視(shi)。為提高(gao)刀架(jia)的(de)分(fen)度(du)(du)(du)定(ding)位(wei)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)和位(wei)置(zhi)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)，可采取(qu)如下解決(jue)方法(fa)：
a.刀架分度(du)(du)(du)定位一(yi)致(zhi)(zhi)性(xing)的(de)高低，對加工(gong)工(gong)件的(de)尺寸一(yi)致(zhi)(zhi)性(xing)影響(xiang)很大。為此選擇高分度(du)(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)電(dian)動(dong)刀架，并對刀架采用專門(men)的(de)裝配工(gong)藝(yi)，保證刀架分度(du)(du)(du)定位精(jing)(jing)度(du)(du)(du)≤0.005mm。
b.實現刀(dao)架X紀向伺(si)服運動的(de)X/Z軸(zhou)的(de)位置精(jing)度(du)(du)也是_項重(zhong)要的(de)精(jing)度(du)(du)指(zhi)標，該項精(jing)度(du)(du)與加工工件的(de)尺寸分(fen)散度(du)(du)及(ji)一致(zhi)性直接有關。這是一項綜合精(jing)度(du)(du)，涉(she)及(ji)到滾珠絲杠和軸承的精度(du)、刀(dao)架拖板的伺(si)服(fu)靈敏度(du)、拖板的伺(si)服(fu)慣量(liang)(liang)與負載慣量(liang)(liang)的匹配等多方面。 機(ji)械加工
