機床復合化足(zu)數(shu)控機(ji)床從單一功能向(xiang)多(duo)功能方向(xiang)發(fa)展的(de)最新趨勢(shi)。車銑(xian)復(fu)合(he)(he)(he)、車磨復(fu)合(he)(he)(he)、銑(xian)磨復(fu)合(he)(he)(he)等復(fu)合(he)(he)(he)加(jia)(jia)丁機(ji)床(chuang)隨(sui)著(zhu)零件加(jia)(jia)工(gong)(gong)要求的(de)變化而(er)相繼出現。這類(lei)機(ji)床(chuang)的(de)出現，改變了傳(chuan)統數控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)布局和結(jie)構，能夠實現一機(ji)多(duo)用，工(gong)(gong)件一次裝(zhuang)夾(jia)就可以完成全部(bu)或大部(bu)分工(gong)(gong)序的(de)加(jia)(jia)工(gong)(gong)，從而(er)減少(shao)了工(gong)(gong)件裝(zhuang)夾(jia)次數，提高了機(ji)床(chuang)加(jia)(jia)工(gong)(gong)效率，減少(shao)機(ji)床(chuang)使用臺數，節約能源。
車銑復(fu)合加工機床是復(fu)合加工機床中發展最快、使用最廣泛的數控設備(bei)。對(dui)高速精密車銑(xian)復合數控機(ji)床來說，其(qi)主軸系統(tong)是電主軸結(jie)構，機床的加工(gong)精(jing)度很大程度上(shang)取決(jue)于機床的電主軸系統的精(jing)度，并受刀架位(wei)置精(jing)度和機床整(zheng)機動態性能的影響。因此在車銑(xian)復(fu)合機床(chuang)(chuang)(chuang)制造與(yu)裝(zhuang)配過(guo)程中如何提高電主軸系統的(de)精(jing)度、提高刀架(jia)的(de)位置精(jing)度、改善機床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機動態性能是(shi)機床(chuang)(chuang)(chuang)設計(ji)的(de)關鍵(jian)。本文從(cong)以下(xia)幾方面來(lai)分析影(ying)響車銑復(fu)合機床(chuang)(chuang)(chuang)加工(gong)精(jing)度的(de)因素，并提出相(xiang)應的(de)解決方法(fa)。
1電主軸系統的精度
1.1電主(zhu)軸(zhou)系統的分度精度和準停精度
車銑(xian)復合加工(gong)機(ji)(ji)(ji)床電(dian)(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou)系統的(de)分(fen)度精(jing)(jing)度和(he)(he)準(zhun)停精(jing)(jing)度是考核機(ji)(ji)(ji)床主軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度的(de)一(yi)(yi)個重(zhong)要指標，是影(ying)響機(ji)(ji)(ji)床加工(gong)精(jing)(jing)度的(de)重(zhong)要因素。為了實現(xian)電(dian)(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou)系統高的(de)分(fen)度精(jing)(jing)度和(he)(he)準(zhun)停精(jing)(jing)度，國際上(shang)數控車銑(xian)復合加工(gong)中心均(jun)采(cai)用內藏主軸(zhou)(zhou)式電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)(簡稱電(dian)(dian)(dian)主軸(zhou)(zhou))，主軸(zhou)(zhou)與電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子裝配成一(yi)(yi)體，減少中間傳動環(huan)(huan)節(jie)對主軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度的(de)影(ying)響。工(gong)作時(shi)，電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)子回(hui)轉(zhuan)(zhuan)即帶(dai)動主軸(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)(zhuan)。主軸(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)(zhuan)的(de)速(su)度環(huan)(huan)和(he)(he)位置環(huan)(huan)采(cai)用高精(jing)(jing)度的(de)反饋元(yuan)件，實現(xian)全閉環(huan)(huan)控制，反饋元(yuan)件采(cai)集到(dao)的(de)位置信(xin)號(hao)經數控系(xi)統分頻處理(li)，使(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)分度的(de)分辨率(lv)達到0.001°(主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)最小分度單位(wei)為3.6”)或更小，從(cong)而使(shi)機床主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)具有很高的(de)分度精(jing)度和準停精(jing)度。
為實(shi)現上述(shu)目(mu)的，采取如下(xia)解決方法：
a.電(dian)機轉子與(yu)機床主(zhu)軸(zhou)采取特(te)殊的(de)裝(zhuang)配工藝，保證(zheng)機床主(zhu)軸(zhou)與(yu)電(dian)機轉子內(nei)孔的(de)連接剛度，能傳遞大(da)的(de)切削扭矩。
b.電主軸組裝配時采用(yong)較(jiao)高等級的(de)高速動平衡，降低主軸組的(de)剩(sheng)余不平衡量，保證主軸在高速回轉時的(de)平穩(wen)性(xing)。
c.電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統采(cai)用主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)制動和(he)阻尼裝(zhuang)置，在(zai)需(xu)要(yao)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)準(zhun)停銑(xian)(xian)削(xue)或鉆(zhan)削(xue)時(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處制動狀(zhuang)態，以(yi)保(bao)證(zheng)銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)不晃動。在(zai)連(lian)續分度銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處于阻尼狀(zhuang)態，以(yi)保(bao)證(zheng)銑(xian)(xian)削(xue)時(shi)(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回轉的平(ping)穩性。制動狀(zhuang)態和(he)阻尼狀(zhuang)態可以(yi)自動切換，由(you)編程設(she)定(ding)。通過以(yi)上措施，電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系統主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的分度定(ding)位精(jing)度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)分度的重復定(ding)位精(jing)度≤12”。
1.2電主(zhu)軸系統的(de)回轉精(jing)度(du)
數控車(che)銑復合加工中心為高精度(du)加工機床，主軸組是關鍵部件(jian)，主軸組的回(hui)轉(zhuan)精度(du)直接影響(xiang)加工工件(jian)的精度(du)。
為(wei)保證(zheng)主軸(zhou)(zhou)組具(ju)有高(gao)的回轉精度，在電(dian)主軸(zhou)(zhou)系統中(zhong)，主軸(zhou)(zhou)與電(dian)機轉子(zi)的連接、定(ding)子(zi)外套與主軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體的配合、主軸(zhou)(zhou)兩端與軸(zhou)(zhou)承(cheng)組的配合等采取了(le)以(yi)下一系列的工藝措施：
a.在(zai)電主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝配(pei)前先保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體(ti)孔(kong)的(de)精度(du)，孔(kong)的(de)圓(yuan)度(du)、尺寸公(gong)差、前后軸(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)都在(zai)要求的(de)范(fan)圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)徑向(xiang)跳動(dong)、前后軸(zhou)(zhou)頸(jing)的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)以(yi)及(ji)主(zhu)軸(zhou)(zhou)端(duan)部(bu)的(de)徑向(xiang)跳動(dong)和端(duan)面(mian)跳動(dong)公(gong)差均控制在(zai)0.002mm之內。
b.裝配(pei)時根據軸(zhou)承外圈的(de)(de)(de)尺寸(cun)，研磨主軸(zhou)箱體(ti)孔，并使(shi)其與軸(zhou)承外圓的(de)(de)(de)配(pei)合(he)公(gong)差嚴格控制在規定的(de)(de)(de)范(fan)圍;電(dian)主軸(zhou)的(de)(de)(de)電(dian)機轉子與主軸(zhou)采取特殊的(de)(de)(de)裝配(pei)技(ji)術等。
采取(qu)以上措施后，電主軸系統的(de)回(hui)轉精(jing)度(du)得到了保(bao)證(zheng)(zheng)，主軸的(de)徑向跳(tiao)動和(he)端面跳(tiao)動都(dou)在0.002mm之內，為保(bao)證(zheng)(zheng)工件(jian)的(de)加(jia)工精(jing)度(du)奠定了基礎。電主軸系統的(de)熱平衡
1.3電主軸(zhou)系統的(de)熱平衡
電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)統中(zhong)(zhong)電(dian)機是個發熱(re)體，高速(su)回轉(zhuan)的前(qian)后(hou)軸(zhou)(zhou)承也是發熱(re)體，這(zhe)會(hui)使電(dian)主軸(zhou)(zhou)的溫(wen)度上升，影響(xiang)電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)統的加工(gong)精度。如(ru)何消除(chu)熱(re)源對機床主軸(zhou)(zhou)精度的影響(xiang)，實現電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)統的熱(re)平衡是車銑復合加工(gong)機床設計和制造(zao)過程中(zhong)(zhong)要解決的關(guan)鍵問(wen)題。為此采取(qu)以下幾項措施：
a.主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)(xiang)體采取熱(re)對稱(cheng)設計，箱(xiang)(xiang)體外的散(san)熱(re)筋兩邊對稱(cheng)分布(bu)(bu)，讓主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)(xiang)產生(sheng)(sheng)的熱(re)量盡快通(tong)過(guo)散(san)熱(re)筋散(san)發(fa)掉(diao)，同(tong)時由于(yu)散(san)熱(re)筋是對稱(cheng)分布(bu)(bu)的，主(zhu)(zhu)軸(zhou)發(fa)熱(re)時主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)線不會產生(sheng)(sheng)偏移。
b.對主(zhu)軸軸承(cheng)的預加載(zai)荷(he)和(he)潤滑條件按設計要求予(yu)以控(kong)制，既保(bao)證主(zhu)軸的剛度，又保(bao)證主(zhu)軸在高速回(hui)轉(zhuan)時軸承(cheng)發熱量(liang)最小。
c.對電(dian)機這個主(zhu)(zhu)要發熱源采用外(wai)循(xun)環(huan)冷(leng)卻(que)措施(shi)。在電(dian)主(zhu)(zhu)軸的定子外(wai)套外(wai)面(mian)裝有循(xun)環(huan)冷(leng)卻(que)水套，冷(leng)卻(que)水由(you)獨立的溫控裝置進行控制，溫度控制在22±1℃，電(dian)機產生的熱量通過定子外(wai)面(mian)的冷(leng)卻(que)水套的循(xun)環(huan)冷(leng)卻(que)水迅速帶走。
通過(guo)(guo)以(yi)上技術措施，保證了主(zhu)軸(zhou)在高速回轉(zhuan)時前軸(zhou)承溫升(sheng)不(bu)(bu)超(chao)過(guo)(guo)25℃，后(hou)軸(zhou)承溫升(sheng)不(bu)(bu)超(chao)過(guo)(guo)20℃，實現了電主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的熱平衡。
2車銑復合加工機床動態性(xing)能(neng)
a.機(ji)床電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態性(xing)(xing)能。機(ji)床加工精(jing)度不(bu)僅受(shou)到前面各(ge)項因(yin)素的(de)(de)(de)影響，還(huan)要受(shou)到電(dian)主(zhu)軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承系統的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態特(te)性(xing)(xing)的(de)(de)(de)影響，而機(ji)床的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)就取(qu)決(jue)電(dian)主(zhu)軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承系統的(de)(de)(de)動(dong)(dong)態特(te)性(xing)(xing)。由于電(dian)主(zhu)軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承系統是一(yi)個復雜(za)的(de)(de)(de)振動(dong)(dong)系統，其動(dong)(dong)態特(te)性(xing)(xing)不(bu)僅與系統的(de)(de)(de)阻尼和靜剛度有關，還(huan)與由系統結構
所決定的振(zhen)型有(you)(you)關。因此在進(jin)行機(ji)床設計時，要進(jin)行動力學分析，計算出主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體的一(yi)階、二階固有(you)(you)頻率(lv)，使(shi)其一(yi)階固有(you)(you)頻率(lv)要避(bi)(bi)開(kai)主(zhu)軸(zhou)(zhou)的最低轉速，二階固有(you)(you)頻率(lv)要避(bi)(bi)開(kai)電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)的最高轉速，以(yi)避(bi)(bi)免電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統產(chan)生共振(zhen)，消(xiao)除(chu)由(you)于振(zhen)動造成的對機(ji)床加工(gong)精度的影(ying)響。
b.機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)(shen)整體剛度對車銑復合加工(gong)(gong)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的加工(gong)(gong)精度影(ying)響很大，在機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時還(huan)要(yao)對機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)(shen)(shen)進行有限元分析，優(you)化機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)(shen)結構(gou)，提高機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)(shen)(shen)剛度，改善機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的整機動態性能，避免(mian)機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部剛度不足(zu)引起機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構(gou)的變形，造成對機床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加工(gong)(gong)精度的影(ying)響。
3刀(dao)架分度(du)定(ding)位精(jing)度(du)及位置精(jing)度(du)
車銑復合加(jia)工(gong)中心(xin)刀(dao)架的(de)每個(ge)工(gong)位既可安裝車削刀(dao)具(ju)(ju)，又可安裝徑向和(he)軸(zhou)向動力刀(dao)具(ju)(ju)，并根據被加(jia)工(gong)工(gong)件的(de)需要配置刀(dao)具(ju)(ju)的(de)種類和(he)數量。電動刀架的位(wei)置(zhi)精度(du)(du)(du)是影響車銑(xian)復合機床(chuang)加工精度(du)(du)(du)的重要(yao)因素，在(zai)機床(chuang)設(she)計(ji)和(he)制造過程(cheng)中要(yao)加以重視。為(wei)提高(gao)刀架的分(fen)度(du)(du)(du)定(ding)位(wei)精度(du)(du)(du)和(he)位(wei)置(zhi)精度(du)(du)(du)，可采取如下(xia)解(jie)決方(fang)法：
a.刀架(jia)分度定位(wei)一(yi)致(zhi)性的(de)高低，對(dui)加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的(de)尺寸一(yi)致(zhi)性影響很大(da)。為(wei)此選(xuan)擇高分度精度的(de)電動刀架(jia)，并對(dui)刀架(jia)采(cai)用專門(men)的(de)裝配(pei)工(gong)(gong)藝，保證刀架(jia)分度定位(wei)精度≤0.005mm。
b.實現(xian)刀架X紀向伺服運動的X/Z軸的位置精度(du)也是_項(xiang)重要的精度(du)指標，該項(xiang)精度(du)與加工工件的尺寸分散度(du)及一致性直接有關(guan)。這(zhe)是一項(xiang)綜合精度(du)，涉及到(dao)滾珠絲杠和軸承的(de)(de)精度、刀架拖板的(de)(de)伺(si)服靈敏度、拖板的(de)(de)伺(si)服慣量(liang)與(yu)負載(zai)慣量(liang)的(de)(de)匹配等多方面。 機械加工
