機床復合化(hua)足數控機床從單(dan)一(yi)功(gong)能(neng)向(xiang)多功(gong)能(neng)方向(xiang)發展的(de)(de)最新趨勢。車銑復(fu)(fu)合、車磨復(fu)(fu)合、銑磨復(fu)(fu)合等復(fu)(fu)合加(jia)丁機(ji)床隨著(zhu)零件加(jia)工(gong)要(yao)求的(de)(de)變(bian)化(hua)而(er)相繼出現。這類機(ji)床的(de)(de)出現，改變(bian)了(le)傳統(tong)數控(kong)機(ji)床的(de)(de)布局(ju)和結構，能(neng)夠實現一(yi)機(ji)多用，工(gong)件一(yi)次裝夾(jia)就可以完成全部或大(da)部分(fen)工(gong)序(xu)的(de)(de)加(jia)工(gong)，從而(er)減(jian)少了(le)工(gong)件裝夾(jia)次數，提高(gao)了(le)機(ji)床加(jia)工(gong)效率，減(jian)少機(ji)床使用臺數，節約能(neng)源。
車銑復(fu)合加工機床是(shi)復(fu)合加工機床中發展最(zui)快、使用最(zui)廣泛的數控(kong)設備。對高速精密(mi)車銑復合數控機床來說(shuo)，其主軸系統是電主軸結構(gou)，機床的加工精(jing)度(du)很大程(cheng)度(du)上(shang)取決于機床的電主軸(zhou)系統的精(jing)度(du)，并(bing)受刀(dao)架位(wei)置(zhi)精(jing)度(du)和機床整機動(dong)態性(xing)能(neng)的影響。因此在車銑復合機床(chuang)(chuang)制造與(yu)裝配過程中如何提(ti)高(gao)電(dian)主軸系統的(de)精度(du)、提(ti)高(gao)刀架的(de)位置精度(du)、改善機床(chuang)(chuang)的(de)整(zheng)機動態性能是機床(chuang)(chuang)設計的(de)關(guan)鍵。本文從(cong)以下幾方面來分析影響車銑(xian)復合(he)機床(chuang)(chuang)加工精度(du)的(de)因素，并提(ti)出相(xiang)應的(de)解決方法。
1電主軸(zhou)系統的(de)精度
1.1電主(zhu)軸系統的(de)分度精度和準停精度
車銑復合(he)加(jia)工機(ji)床電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統的(de)(de)分度(du)精(jing)(jing)度(du)和(he)準停(ting)精(jing)(jing)度(du)是考核機(ji)床主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)一(yi)個重要(yao)指(zhi)標，是影(ying)響機(ji)床加(jia)工精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)重要(yao)因素。為了實(shi)現(xian)電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統高(gao)的(de)(de)分度(du)精(jing)(jing)度(du)和(he)準停(ting)精(jing)(jing)度(du)，國際上數控車銑復合(he)加(jia)工中心均(jun)采(cai)(cai)用內藏主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)式電(dian)(dian)機(ji)(簡稱電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou))，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)與電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)子裝配成一(yi)體(ti)，減少中間傳(chuan)動(dong)(dong)環節對主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)影(ying)響。工作(zuo)時，電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)子回轉(zhuan)即帶動(dong)(dong)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回轉(zhuan)的(de)(de)速(su)度(du)環和(he)位(wei)置(zhi)環采(cai)(cai)用高(gao)精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)反饋元(yuan)件，實(shi)現(xian)全閉(bi)環控制，反饋元(yuan)件采(cai)(cai)集到的(de)(de)位(wei)置(zhi)信號(hao)經數控(kong)系統分(fen)頻處(chu)理，使(shi)(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)分(fen)度(du)的分(fen)辨率達到(dao)0.001°(主(zhu)(zhu)軸(zhou)最小分(fen)度(du)單位為3.6”)或更小，從而使(shi)(shi)機(ji)床主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統具(ju)有(you)很高的分(fen)度(du)精度(du)和準停精度(du)。
為(wei)實現上述目的，采(cai)取如下(xia)解決方(fang)法：
a.電(dian)機(ji)轉子與(yu)機(ji)床主(zhu)軸采(cai)取特殊的(de)裝(zhuang)配工藝，保證機(ji)床主(zhu)軸與(yu)電(dian)機(ji)轉子內孔的(de)連(lian)接(jie)剛度，能(neng)傳遞(di)大的(de)切削(xue)扭矩。
b.電(dian)主軸(zhou)組裝(zhuang)配(pei)時(shi)采用(yong)較高等級的(de)高速動(dong)平(ping)衡，降(jiang)低主軸(zhou)組的(de)剩(sheng)余(yu)不平(ping)衡量，保證主軸(zhou)在高速回轉(zhuan)時(shi)的(de)平(ping)穩性。
c.電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統采用(yong)主(zhu)軸(zhou)(zhou)制(zhi)(zhi)動(dong)和(he)阻尼裝(zhuang)置，在需(xu)要主(zhu)軸(zhou)(zhou)準停銑(xian)(xian)削(xue)或(huo)鉆削(xue)時(shi)(shi)，主(zhu)軸(zhou)(zhou)處制(zhi)(zhi)動(dong)狀(zhuang)態，以(yi)保證(zheng)(zheng)銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)主(zhu)軸(zhou)(zhou)不晃動(dong)。在連續(xu)分度(du)銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)，主(zhu)軸(zhou)(zhou)處于阻尼狀(zhuang)態，以(yi)保證(zheng)(zheng)銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)主(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉的(de)平穩性。制(zhi)(zhi)動(dong)狀(zhuang)態和(he)阻尼狀(zhuang)態可以(yi)自動(dong)切換，由編程設(she)定。通過以(yi)上(shang)措施，電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)分度(du)定位精度(du)≤24”，主(zhu)軸(zhou)(zhou)分度(du)的(de)重復定位精度(du)≤12”。
1.2電主(zhu)軸系統的(de)回轉精(jing)度
數控車銑復合加(jia)工(gong)中心為高精度(du)加(jia)工(gong)機床，主軸(zhou)組是(shi)關鍵部件(jian)，主軸(zhou)組的(de)回轉精度(du)直(zhi)接(jie)影(ying)響加(jia)工(gong)工(gong)件(jian)的(de)精度(du)。
為(wei)保(bao)證主(zhu)軸(zhou)組具有高的(de)(de)回轉精度，在電主(zhu)軸(zhou)系統(tong)中(zhong)，主(zhu)軸(zhou)與(yu)(yu)(yu)電機轉子(zi)的(de)(de)連接、定子(zi)外套與(yu)(yu)(yu)主(zhu)軸(zhou)箱(xiang)體(ti)的(de)(de)配(pei)合、主(zhu)軸(zhou)兩端(duan)與(yu)(yu)(yu)軸(zhou)承組的(de)(de)配(pei)合等采(cai)取了以下(xia)一系列的(de)(de)工藝措施：
a.在(zai)(zai)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)裝配(pei)前(qian)先保證主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體孔的(de)精度，孔的(de)圓度、尺寸(cun)公差、前(qian)后軸(zhou)承孔的(de)同(tong)(tong)軸(zhou)度都在(zai)(zai)要求的(de)范圍內;主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)頸(jing)(jing)的(de)徑向跳動、前(qian)后軸(zhou)頸(jing)(jing)的(de)同(tong)(tong)軸(zhou)度以及(ji)主(zhu)(zhu)軸(zhou)端(duan)部的(de)徑向跳動和端(duan)面(mian)跳動公差均(jun)控制(zhi)在(zai)(zai)0.002mm之內。
b.裝配時根據軸承(cheng)外(wai)(wai)圈的尺(chi)寸，研磨主(zhu)(zhu)軸箱體孔，并使其與軸承(cheng)外(wai)(wai)圓的配合(he)公差嚴格控制(zhi)在(zai)規定的范圍;電主(zhu)(zhu)軸的電機轉(zhuan)子與主(zhu)(zhu)軸采取特殊(shu)的裝配技術等。
采取(qu)以上措施后(hou)，電(dian)主軸系統的(de)(de)回(hui)轉精(jing)度得到了保證(zheng)，主軸的(de)(de)徑向跳動(dong)(dong)和(he)端面跳動(dong)(dong)都在(zai)0.002mm之內(nei)，為保證(zheng)工件的(de)(de)加工精(jing)度奠定了基礎。電(dian)主軸系統的(de)(de)熱平(ping)衡
1.3電主軸(zhou)系統的熱平衡
電主軸系統(tong)中電機(ji)是個發熱(re)(re)體，高速(su)回轉的(de)(de)(de)前后(hou)軸承也是發熱(re)(re)體，這會使(shi)電主軸的(de)(de)(de)溫度(du)上升，影響(xiang)電主軸系統(tong)的(de)(de)(de)加(jia)工精度(du)。如何消除熱(re)(re)源對(dui)機(ji)床主軸精度(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)，實現電主軸系統(tong)的(de)(de)(de)熱(re)(re)平衡是車(che)銑(xian)復合加(jia)工機(ji)床設(she)計和制造過程中要解決的(de)(de)(de)關鍵問題。為此(ci)采取以下幾項措施：
a.主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱體采取(qu)熱對(dui)稱設計，箱體外的散熱筋(jin)兩邊(bian)對(dui)稱分布，讓(rang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱產(chan)生(sheng)的熱量(liang)盡快通過散熱筋(jin)散發掉，同時由于(yu)散熱筋(jin)是對(dui)稱分布的，主(zhu)(zhu)軸(zhou)發熱時主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)線不會產(chan)生(sheng)偏移。
b.對(dui)主軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)承的(de)(de)預加載荷(he)和潤滑條(tiao)件(jian)按設計要(yao)求予以控制(zhi)，既保證主軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)剛度，又保證主軸(zhou)(zhou)(zhou)在高速(su)回轉(zhuan)時軸(zhou)(zhou)(zhou)承發熱量最小。
c.對電機(ji)這(zhe)個主(zhu)要(yao)發熱源(yuan)采用外循(xun)環(huan)冷卻(que)措(cuo)施。在電主(zhu)軸的定子外套外面(mian)裝有循(xun)環(huan)冷卻(que)水(shui)(shui)(shui)套，冷卻(que)水(shui)(shui)(shui)由獨立的溫(wen)控(kong)裝置進(jin)行控(kong)制(zhi)，溫(wen)度控(kong)制(zhi)在22±1℃，電機(ji)產生的熱量通過定子外面(mian)的冷卻(que)水(shui)(shui)(shui)套的循(xun)環(huan)冷卻(que)水(shui)(shui)(shui)迅速帶(dai)走(zou)。
通過以上技術措(cuo)施，保證了(le)主軸在高速回轉時前軸承溫(wen)升不超過25℃，后軸承溫(wen)升不超過20℃，實現了(le)電主軸系統的熱(re)平(ping)衡(heng)。
2車(che)銑復合加(jia)工機床動態(tai)性能
a.機床(chuang)電(dian)(dian)主軸(zhou)系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)性能。機床(chuang)加工精度不僅受到(dao)前面各項因素的(de)(de)影(ying)響，還(huan)要受到(dao)電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)特(te)性的(de)(de)影(ying)響，而(er)機床(chuang)的(de)(de)振動(dong)(dong)就取決電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)特(te)性。由于電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)(cheng)系統(tong)(tong)(tong)(tong)是一(yi)個復(fu)雜的(de)(de)振動(dong)(dong)系統(tong)(tong)(tong)(tong)，其動(dong)(dong)態(tai)特(te)性不僅與(yu)系統(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)阻(zu)尼和靜剛度有關，還(huan)與(yu)由系統(tong)(tong)(tong)(tong)結構
所決定的(de)(de)振型有(you)(you)關(guan)。因此在進行機床設計時，要(yao)(yao)進行動力學分析，計算出主軸箱體的(de)(de)一階(jie)、二階(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)，使其一階(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)要(yao)(yao)避(bi)(bi)開主軸的(de)(de)最(zui)(zui)低(di)轉(zhuan)速，二階(jie)固(gu)(gu)有(you)(you)頻(pin)率(lv)要(yao)(yao)避(bi)(bi)開電主軸的(de)(de)最(zui)(zui)高轉(zhuan)速，以避(bi)(bi)免電主軸系統產生共振，消除由于(yu)振動造成的(de)(de)對機床加工精(jing)度的(de)(de)影(ying)響(xiang)。
b.機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整體剛(gang)度對(dui)車(che)銑復合加工(gong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)加工(gong)精度影響(xiang)很大，在機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時還要對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進(jin)行有限(xian)元(yuan)分析(xi)，優化機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結構，提高機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛(gang)度，改善機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)(de)整機(ji)(ji)動態性能(neng)，避免(mian)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部剛(gang)度不足引起機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)(de)變形，造(zao)成對(dui)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加工(gong)精度的(de)(de)影響(xiang)。
3刀架分度(du)(du)定位精度(du)(du)及位置(zhi)精度(du)(du)
車(che)銑(xian)復(fu)合加工(gong)(gong)中心刀(dao)架的(de)每(mei)個工(gong)(gong)位既可(ke)安(an)裝車(che)削刀(dao)具，又可(ke)安(an)裝徑向和軸(zhou)向動(dong)力刀(dao)具，并根(gen)據被加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件(jian)的(de)需要(yao)配(pei)置刀(dao)具的(de)種類和數量。電動刀架(jia)的(de)位(wei)(wei)置精度(du)(du)(du)是影響車銑復合機床(chuang)加(jia)工精度(du)(du)(du)的(de)重要因素，在機床(chuang)設計(ji)和制造過程中要加(jia)以重視(shi)。為提高(gao)刀架(jia)的(de)分度(du)(du)(du)定位(wei)(wei)精度(du)(du)(du)和位(wei)(wei)置精度(du)(du)(du)，可采(cai)取(qu)如下解決方法：
a.刀架(jia)分度(du)(du)定位(wei)一致性(xing)的(de)(de)高低，對(dui)加工工件的(de)(de)尺寸一致性(xing)影響(xiang)很大。為此選擇高分度(du)(du)精度(du)(du)的(de)(de)電動刀架(jia)，并對(dui)刀架(jia)采(cai)用專(zhuan)門的(de)(de)裝配工藝，保證刀架(jia)分度(du)(du)定位(wei)精度(du)(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀(ji)向伺服運動的(de)(de)X/Z軸的(de)(de)位置精度(du)也是_項重要的(de)(de)精度(du)指標，該項精度(du)與加工工件的(de)(de)尺寸分散度(du)及一致性直接(jie)有(you)關。這是一項綜合精度(du)，涉及到滾(gun)珠絲(si)杠和軸承的(de)精度(du)、刀架拖(tuo)板的(de)伺服靈敏(min)度(du)、拖(tuo)板的(de)伺服慣量與負載慣量的(de)匹(pi)配等(deng)多方面(mian)。 機械(xie)加工
