機(ji)床(chuang)復合化足數控機(ji)床從單一功能(neng)(neng)(neng)(neng)向多功能(neng)(neng)(neng)(neng)方向發展的最新趨(qu)勢(shi)。車銑(xian)復(fu)合(he)、車磨復(fu)合(he)、銑(xian)磨復(fu)合(he)等復(fu)合(he)加(jia)(jia)丁機(ji)床隨(sui)著零(ling)件加(jia)(jia)工(gong)要求的變化(hua)而相繼出(chu)現。這類(lei)機(ji)床的出(chu)現，改變了傳統數控(kong)機(ji)床的布局和結(jie)構，能(neng)(neng)(neng)(neng)夠實現一機(ji)多用，工(gong)件一次裝夾(jia)就可(ke)以完成全部(bu)或大部(bu)分工(gong)序的加(jia)(jia)工(gong)，從而減少了工(gong)件裝夾(jia)次數，提高了機(ji)床加(jia)(jia)工(gong)效率(lv)，減少機(ji)床使用臺(tai)數，節約能(neng)(neng)(neng)(neng)源。
車(che)銑復(fu)合加工(gong)(gong)機(ji)(ji)床是復(fu)合加工(gong)(gong)機(ji)(ji)床中發展最(zui)快、使用最(zui)廣泛(fan)的數(shu)控設備。對高速(su)精密車(che)銑復合數控機床來說，其主軸系統是電主軸結構(gou)，機(ji)床的(de)加(jia)工(gong)精度(du)很大程度(du)上取決(jue)于機(ji)床的(de)電主軸(zhou)系(xi)統的(de)精度(du)，并受刀架位置精度(du)和(he)機(ji)床整(zheng)機(ji)動態(tai)性能的(de)影響。因此在車銑復合機床(chuang)制造與裝配過程(cheng)中(zhong)如何提高(gao)電主軸系(xi)統(tong)的(de)精度(du)(du)、提高(gao)刀架的(de)位置精度(du)(du)、改善機床(chuang)的(de)整機動態性能是機床(chuang)設計的(de)關鍵。本文從以下幾(ji)方面(mian)來(lai)分析影響車銑復合機床(chuang)加工精度(du)(du)的(de)因素(su)，并(bing)提出(chu)相應(ying)的(de)解(jie)決(jue)方法。
1電主軸系統的精度(du)
1.1電(dian)主軸(zhou)系統的分度(du)精(jing)度(du)和準停精(jing)度(du)
車銑復合加工機(ji)床(chuang)電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸系(xi)統的(de)(de)分(fen)度(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)是(shi)考核機(ji)床(chuang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)一(yi)個重要指標，是(shi)影響(xiang)機(ji)床(chuang)加工精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)重要因素。為了實(shi)現(xian)電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸系(xi)統高的(de)(de)分(fen)度(du)(du)(du)(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)，國際上(shang)數控(kong)車銑復合加工中心均采用內藏(zang)主(zhu)(zhu)(zhu)軸式電(dian)機(ji)(簡稱電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸與電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)裝(zhuang)配成一(yi)體，減(jian)少中間傳動環(huan)節對主(zhu)(zhu)(zhu)軸精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)影響(xiang)。工作時(shi)，電(dian)機(ji)轉(zhuan)子(zi)回(hui)轉(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)(zhu)軸回(hui)轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)軸回(hui)轉(zhuan)的(de)(de)速度(du)(du)(du)(du)環(huan)和(he)位置(zhi)環(huan)采用高精(jing)(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)反饋元件，實(shi)現(xian)全閉環(huan)控(kong)制，反饋元件采集到的(de)(de)位置(zhi)信(xin)號經(jing)數(shu)控系統分頻處理，使主(zhu)軸(zhou)(zhou)分度(du)的(de)分辨率達(da)到0.001°(主(zhu)軸(zhou)(zhou)最小分度(du)單位為(wei)3.6”)或更(geng)小，從而使機床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統具有很高的(de)分度(du)精(jing)度(du)和準(zhun)停(ting)精(jing)度(du)。
為實現上述目(mu)的(de)，采取如下解決方法：
a.電(dian)機轉(zhuan)子與機床主軸采(cai)取特殊的(de)裝配工藝，保證機床主軸與電(dian)機轉(zhuan)子內孔(kong)的(de)連(lian)接(jie)剛度，能傳(chuan)遞大的(de)切削(xue)扭矩。
b.電主(zhu)軸組裝配時采用較(jiao)高(gao)等(deng)級(ji)的高(gao)速動平(ping)衡(heng)，降低主(zhu)軸組的剩余不(bu)平(ping)衡(heng)量(liang)，保證主(zhu)軸在高(gao)速回轉時的平(ping)穩性(xing)。
c.電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)采用(yong)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)制動和阻(zu)尼裝置，在需要主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)準停銑(xian)削(xue)(xue)或鉆(zhan)削(xue)(xue)時，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)處(chu)制動狀(zhuang)態(tai)(tai)，以保(bao)(bao)證銑(xian)削(xue)(xue)時主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)不晃動。在連續分(fen)度(du)銑(xian)削(xue)(xue)時，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)處(chu)于阻(zu)尼狀(zhuang)態(tai)(tai)，以保(bao)(bao)證銑(xian)削(xue)(xue)時主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)回轉的平穩性(xing)。制動狀(zhuang)態(tai)(tai)和阻(zu)尼狀(zhuang)態(tai)(tai)可(ke)以自動切(qie)換，由編程設(she)定。通過以上措施，電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的分(fen)度(du)定位精(jing)度(du)≤24”，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)分(fen)度(du)的重(zhong)復定位精(jing)度(du)≤12”。
1.2電主軸系統的回轉精度
數控車(che)銑復合加(jia)(jia)工(gong)中心(xin)為高精度(du)加(jia)(jia)工(gong)機床，主(zhu)軸組是關鍵部件，主(zhu)軸組的(de)回轉(zhuan)精度(du)直接(jie)影響加(jia)(jia)工(gong)工(gong)件的(de)精度(du)。
為(wei)保證主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)組具有高的(de)回轉精度，在電主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)中，主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)與電機(ji)轉子(zi)的(de)連接、定(ding)子(zi)外套與主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)箱體(ti)的(de)配合、主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)兩端與軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承組的(de)配合等采(cai)取了以(yi)下一系列的(de)工藝措(cuo)施(shi)：
a.在電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)裝配前(qian)先保(bao)證(zheng)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體孔的(de)(de)精(jing)度，孔的(de)(de)圓(yuan)度、尺寸公差、前(qian)后軸(zhou)(zhou)(zhou)承孔的(de)(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度都在要(yao)求的(de)(de)范圍內;主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)(de)徑向(xiang)跳(tiao)動、前(qian)后軸(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度以及主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)端部的(de)(de)徑向(xiang)跳(tiao)動和端面跳(tiao)動公差均控制(zhi)在0.002mm之內。
b.裝(zhuang)配(pei)(pei)(pei)時根(gen)據軸承外(wai)(wai)圈的(de)尺寸，研磨主軸箱體孔，并(bing)使其(qi)與(yu)軸承外(wai)(wai)圓的(de)配(pei)(pei)(pei)合公差嚴格控制在規定的(de)范圍;電(dian)主軸的(de)電(dian)機轉(zhuan)子與(yu)主軸采取特殊的(de)裝(zhuang)配(pei)(pei)(pei)技術等。
采取以上(shang)措(cuo)施后，電主(zhu)(zhu)軸系統(tong)的回轉精度得到了保(bao)證(zheng)，主(zhu)(zhu)軸的徑(jing)向跳(tiao)動和端(duan)面跳(tiao)動都在0.002mm之(zhi)內，為保(bao)證(zheng)工(gong)件的加工(gong)精度奠定了基礎。電主(zhu)(zhu)軸系統(tong)的熱平衡(heng)
1.3電主軸系(xi)統的熱平(ping)衡
電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統中(zhong)電機(ji)是(shi)個發熱(re)體，高速回轉的(de)(de)(de)前(qian)后軸(zhou)(zhou)(zhou)承也是(shi)發熱(re)體，這(zhe)會使(shi)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)(de)溫度上升，影響電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)(de)加工精度。如(ru)何消除熱(re)源對機(ji)床(chuang)(chuang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精度的(de)(de)(de)影響，實現電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)(de)熱(re)平衡是(shi)車銑復合(he)加工機(ji)床(chuang)(chuang)設計和制造(zao)過程(cheng)中(zhong)要(yao)解決的(de)(de)(de)關鍵問(wen)題。為(wei)此采取(qu)以下幾項(xiang)措施：
a.主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)體(ti)采取熱(re)對稱(cheng)設計(ji)，箱(xiang)體(ti)外的(de)(de)散(san)熱(re)筋(jin)兩(liang)邊對稱(cheng)分(fen)布，讓主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)產生(sheng)的(de)(de)熱(re)量盡快通過(guo)散(san)熱(re)筋(jin)散(san)發掉，同(tong)時(shi)由于散(san)熱(re)筋(jin)是對稱(cheng)分(fen)布的(de)(de)，主(zhu)(zhu)軸(zhou)發熱(re)時(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)線(xian)不會產生(sheng)偏移。
b.對主(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承的預(yu)加載荷和潤(run)滑條件(jian)按設計要求予(yu)以控制，既保證主(zhu)軸(zhou)的剛度，又保證主(zhu)軸(zhou)在高速回(hui)轉(zhuan)時軸(zhou)承發熱量最小。
c.對(dui)電機(ji)這(zhe)個主要發熱(re)源采用外循(xun)環冷卻(que)(que)(que)措施。在電主軸的(de)(de)(de)定(ding)子(zi)外套(tao)外面裝有(you)循(xun)環冷卻(que)(que)(que)水(shui)套(tao)，冷卻(que)(que)(que)水(shui)由獨立的(de)(de)(de)溫(wen)控裝置進行控制，溫(wen)度控制在22±1℃，電機(ji)產生的(de)(de)(de)熱(re)量通過定(ding)子(zi)外面的(de)(de)(de)冷卻(que)(que)(que)水(shui)套(tao)的(de)(de)(de)循(xun)環冷卻(que)(que)(que)水(shui)迅(xun)速帶(dai)走。
;通過(guo)以上技術措施，保證了主軸(zhou)在高速回轉時前軸(zhou)承(cheng)溫升不(bu)超過(guo)25℃，后軸(zhou)承(cheng)溫升不(bu)超過(guo)20℃，實現了電主軸(zhou)系統的熱平衡。
2車銑復合加工(gong)機床動態性能
a.機床(chuang)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統的(de)(de)(de)(de)動(dong)態性能。機床(chuang)加工精(jing)度不僅(jin)受(shou)到(dao)前面各(ge)項(xiang)因素的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，還要受(shou)到(dao)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)一軸(zhou)承系(xi)統的(de)(de)(de)(de)動(dong)態特(te)性的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)，而(er)機床(chuang)的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)就取決電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)一軸(zhou)承系(xi)統的(de)(de)(de)(de)動(dong)態特(te)性。由于電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)一軸(zhou)承系(xi)統是一個復雜的(de)(de)(de)(de)振(zhen)動(dong)系(xi)統，其動(dong)態特(te)性不僅(jin)與系(xi)統的(de)(de)(de)(de)阻尼(ni)和靜剛度有關，還與由系(xi)統結構
; 所(suo)決定的(de)(de)振(zhen)型有關。因此在進(jin)行機床設計(ji)時，要進(jin)行動(dong)力(li)學分析，計(ji)算(suan)出主軸箱體的(de)(de)一(yi)階、二階固(gu)有頻率，使(shi)其一(yi)階固(gu)有頻率要避開(kai)(kai)主軸的(de)(de)最低轉(zhuan)速(su)，二階固(gu)有頻率要避開(kai)(kai)電(dian)主軸的(de)(de)最高轉(zhuan)速(su)，以避免(mian)電(dian)主軸系統產生共振(zhen)，消除由(you)于振(zhen)動(dong)造成的(de)(de)對機床加(jia)工精度(du)的(de)(de)影響。
b.機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整體剛度(du)對車(che)銑(xian)復合(he)加工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加工(gong)精度(du)影(ying)響(xiang)很大，在機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)設計時還要(yao)對機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有(you)限(xian)元(yuan)分析，優(you)化機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結構，提高機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛度(du)，改(gai)善機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)(ji)(ji)(ji)動態(tai)性能，避免機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)局(ju)部(bu)剛度(du)不(bu)足(zu)引起機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)變形，造成(cheng)對機(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)加工(gong)精度(du)的(de)影(ying)響(xiang)。
3刀架分(fen)度定(ding)位精度及位置精度
車(che)(che)銑(xian)復合加工(gong)中心刀架的每個工(gong)位既可(ke)安(an)裝(zhuang)車(che)(che)削刀具(ju)，又可(ke)安(an)裝(zhuang)徑向和(he)軸(zhou)向動力刀具(ju)，并(bing)根據被(bei)加工(gong)工(gong)件(jian)的需要(yao)配置刀具(ju)的種(zhong)類和(he)數(shu)量。電動刀架的位(wei)置精度是影響車(che)銑復合機床(chuang)加工精度的重要因素，在機床(chuang)設計和(he)(he)制造(zao)過程中要加以(yi)重視。為提(ti)高刀架的分度定位(wei)精度和(he)(he)位(wei)置精度，可(ke)采(cai)取如下解(jie)決方法(fa)：
a.刀(dao)架分度(du)定(ding)位一致(zhi)性(xing)的高低，對加工工件的尺(chi)寸一致(zhi)性(xing)影(ying)響很大。為(wei)此選(xuan)擇高分度(du)精(jing)度(du)的電(dian)動刀(dao)架，并對刀(dao)架采用專門的裝配(pei)工藝(yi)，保(bao)證刀(dao)架分度(du)定(ding)位精(jing)度(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀向伺服運動的(de)X/Z軸的(de)位置精度也(ye)是_項重要的(de)精度指標，該項精度與加工工件(jian)的(de)尺寸分(fen)散度及一(yi)致性直(zhi)接有關。這是一(yi)項綜合精度，涉及到滾(gun)珠(zhu)絲杠和軸承的精度、刀架拖板(ban)的伺服靈敏度、拖板(ban)的伺服慣量與負載慣量的匹(pi)配等多方面。 機械加工
