機床(chuang)復合化(hua)足數控機床從單一(yi)(yi)功(gong)能向(xiang)(xiang)多(duo)功(gong)能方向(xiang)(xiang)發展的最新趨勢。車銑(xian)復(fu)合(he)、車磨(mo)復(fu)合(he)、銑(xian)磨(mo)復(fu)合(he)等(deng)復(fu)合(he)加(jia)丁機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)隨著(zhu)零件(jian)(jian)加(jia)工(gong)(gong)要(yao)求的變化而(er)(er)相繼出現。這類(lei)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的出現，改變了傳統數(shu)控機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的布局和結構，能夠(gou)實現一(yi)(yi)機(ji)多(duo)用，工(gong)(gong)件(jian)(jian)一(yi)(yi)次裝夾就(jiu)可以完成(cheng)全部或大部分工(gong)(gong)序的加(jia)工(gong)(gong)，從而(er)(er)減少(shao)了工(gong)(gong)件(jian)(jian)裝夾次數(shu)，提高(gao)了機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)(gong)效率，減少(shao)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)使用臺數(shu)，節約能源(yuan)。
車(che)銑復(fu)合加工(gong)機床(chuang)是復(fu)合加工(gong)機床(chuang)中發展(zhan)最快、使用最廣泛(fan)的數控設備。對高(gao)速精(jing)密車(che)銑復合數控機床來說，其(qi)主軸系統是電主(zhu)軸(zhou)結構，機(ji)床(chuang)的(de)加工精(jing)度很大程度上取決于機(ji)床(chuang)的(de)電主軸系統的(de)精(jing)度，并受刀架位置精(jing)度和機(ji)床(chuang)整(zheng)機(ji)動態性能的(de)影響(xiang)。因此(ci)在車銑復合機床制造與裝配過程中如(ru)何提高(gao)電主軸系統(tong)的(de)精(jing)度(du)、提高(gao)刀架的(de)位置精(jing)度(du)、改善機床的(de)整(zheng)機動態性能是機床設計的(de)關鍵。本文從以下幾方面來分(fen)析影(ying)響車銑復合機床加工精(jing)度(du)的(de)因(yin)素，并提出相應(ying)的(de)解(jie)決方法。
1電主軸系(xi)統(tong)的(de)精度
1.1電主軸系統的(de)分(fen)度(du)精度(du)和(he)準停(ting)精度(du)
車銑復(fu)合(he)(he)加(jia)工(gong)(gong)(gong)機床(chuang)電(dian)主軸(zhou)(zhou)系統(tong)(tong)的(de)(de)分(fen)度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準(zhun)停(ting)精(jing)度(du)(du)是考(kao)核(he)機床(chuang)主軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)指標(biao)，是影響(xiang)機床(chuang)加(jia)工(gong)(gong)(gong)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)重(zhong)要(yao)因素。為了實現(xian)電(dian)主軸(zhou)(zhou)系統(tong)(tong)高的(de)(de)分(fen)度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準(zhun)停(ting)精(jing)度(du)(du)，國際(ji)上數控(kong)車銑復(fu)合(he)(he)加(jia)工(gong)(gong)(gong)中(zhong)心均采用內藏主軸(zhou)(zhou)式電(dian)機(簡稱電(dian)主軸(zhou)(zhou))，主軸(zhou)(zhou)與電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子裝配成一(yi)體，減少中(zhong)間傳動環(huan)節對(dui)主軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)影響(xiang)。工(gong)(gong)(gong)作時，電(dian)機轉(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)(de)速度(du)(du)環(huan)和位置(zhi)環(huan)采用高精(jing)度(du)(du)的(de)(de)反饋(kui)元件(jian)，實現(xian)全閉環(huan)控(kong)制，反饋(kui)元件(jian)采集到的(de)(de)位置(zhi)信號經(jing)數控系統分頻處理，使(shi)主(zhu)(zhu)軸(zhou)分度的分辨(bian)率達到0.001°(主(zhu)(zhu)軸(zhou)最小分度單(dan)位為3.6”)或更小，從而使(shi)機床主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統(tong)具(ju)有(you)很高的分度精度和準停精度。
為(wei)實現上述目的(de)，采取如下(xia)解決(jue)方(fang)法：
a.電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)與機床主軸(zhou)采取特殊的(de)(de)裝配工藝，保(bao)證機床主軸(zhou)與電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子(zi)內(nei)孔的(de)(de)連接剛度，能傳遞大的(de)(de)切削扭矩。
b.電(dian)主(zhu)軸組裝配時(shi)采用較(jiao)高(gao)等級的(de)高(gao)速動平衡，降低主(zhu)軸組的(de)剩余(yu)不平衡量，保證主(zhu)軸在高(gao)速回轉時(shi)的(de)平穩性。
c.電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統采用主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)制動(dong)(dong)和(he)阻尼(ni)裝置，在需要主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)準停銑削(xue)或鉆削(xue)時，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)處(chu)制動(dong)(dong)狀態(tai)，以保證銑削(xue)時主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)不晃動(dong)(dong)。在連續分(fen)度(du)銑削(xue)時，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)處(chu)于阻尼(ni)狀態(tai)，以保證銑削(xue)時主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回轉的平穩性(xing)。制動(dong)(dong)狀態(tai)和(he)阻尼(ni)狀態(tai)可(ke)以自(zi)動(dong)(dong)切換，由(you)編(bian)程設定(ding)。通過(guo)以上措施(shi)，電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的分(fen)度(du)定(ding)位精度(du)≤24”，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)分(fen)度(du)的重復定(ding)位精度(du)≤12”。
1.2電主軸系統的回(hui)轉(zhuan)精度
數(shu)控車銑復合(he)加工(gong)中心為高精度(du)加工(gong)機(ji)床(chuang)，主軸組(zu)是關鍵部(bu)件(jian)，主軸組(zu)的回轉精度(du)直接(jie)影響加工(gong)工(gong)件(jian)的精度(du)。
為(wei)保證主軸(zhou)組(zu)(zu)具(ju)有高的(de)回(hui)轉精度，在電(dian)(dian)主軸(zhou)系統(tong)中，主軸(zhou)與(yu)(yu)(yu)電(dian)(dian)機(ji)轉子的(de)連接(jie)、定子外(wai)套與(yu)(yu)(yu)主軸(zhou)箱體(ti)的(de)配合(he)、主軸(zhou)兩(liang)端(duan)與(yu)(yu)(yu)軸(zhou)承組(zu)(zu)的(de)配合(he)等(deng)采取了以(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)(de)精度(du)，孔的(de)(de)(de)圓度(du)、尺寸(cun)公(gong)差、前(qian)后軸(zhou)(zhou)承孔的(de)(de)(de)同軸(zhou)(zhou)度(du)都在(zai)要(yao)求(qiu)的(de)(de)(de)范圍內(nei);主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)(de)(de)徑(jing)向跳動、前(qian)后軸(zhou)(zhou)頸的(de)(de)(de)同軸(zhou)(zhou)度(du)以(yi)及主軸(zhou)(zhou)端(duan)部的(de)(de)(de)徑(jing)向跳動和端(duan)面跳動公(gong)差均控制在(zai)0.002mm之內(nei)。
b.裝配時根(gen)據(ju)軸承外圈(quan)的(de)(de)尺寸(cun)，研(yan)磨(mo)主軸箱體孔，并使其(qi)與(yu)軸承外圓的(de)(de)配合公差嚴格控制在規定的(de)(de)范圍;電主軸的(de)(de)電機轉子與(yu)主軸采取特(te)殊(shu)的(de)(de)裝配技術等。
采取(qu)以上措施后，電(dian)主軸系統的(de)回轉精度(du)得到了保(bao)證，主軸的(de)徑向跳動和端面(mian)跳動都在0.002mm之內，為保(bao)證工(gong)(gong)件的(de)加工(gong)(gong)精度(du)奠定了基礎。電(dian)主軸系統的(de)熱平衡
1.3電主軸系統的(de)熱平衡
電(dian)主軸(zhou)系統中(zhong)電(dian)機(ji)是(shi)(shi)個發熱(re)(re)體，高(gao)速回轉的(de)前后(hou)軸(zhou)承也是(shi)(shi)發熱(re)(re)體，這會使電(dian)主軸(zhou)的(de)溫度上升，影響電(dian)主軸(zhou)系統的(de)加工精度。如何消(xiao)除熱(re)(re)源對機(ji)床主軸(zhou)精度的(de)影響，實現電(dian)主軸(zhou)系統的(de)熱(re)(re)平衡是(shi)(shi)車銑復(fu)合加工機(ji)床設計和制造過程中(zhong)要(yao)解決的(de)關鍵問題。為此采取以下幾項措(cuo)施：
a.主軸(zhou)箱(xiang)體采(cai)取熱(re)(re)(re)對(dui)(dui)稱(cheng)設計，箱(xiang)體外的(de)散熱(re)(re)(re)筋(jin)兩邊對(dui)(dui)稱(cheng)分布，讓(rang)主軸(zhou)箱(xiang)產(chan)生的(de)熱(re)(re)(re)量盡快通過散熱(re)(re)(re)筋(jin)散發掉，同(tong)時由于散熱(re)(re)(re)筋(jin)是對(dui)(dui)稱(cheng)分布的(de)，主軸(zhou)發熱(re)(re)(re)時主軸(zhou)軸(zhou)線不會產(chan)生偏移。
b.對主軸軸承(cheng)的預加載荷和潤滑條件(jian)按設計要求予以控(kong)制(zhi)，既保證(zheng)主軸的剛度，又保證(zheng)主軸在高速(su)回轉時軸承(cheng)發熱量最小。
c.對電機這個主(zhu)要發熱源(yuan)采(cai)用(yong)外(wai)循環冷卻(que)措施。在電主(zhu)軸的定子外(wai)套外(wai)面裝有循環冷卻(que)水(shui)套，冷卻(que)水(shui)由獨立的溫(wen)控裝置進行控制，溫(wen)度控制在22±1℃，電機產生的熱量通過定子外(wai)面的冷卻(que)水(shui)套的循環冷卻(que)水(shui)迅(xun)速帶走。
通過以上技術措施，保證了(le)主軸(zhou)(zhou)在高速回轉時前軸(zhou)(zhou)承溫(wen)升不超過25℃，后軸(zhou)(zhou)承溫(wen)升不超過20℃，實現了(le)電主軸(zhou)(zhou)系統的熱平衡。
2車銑(xian)復合加工機床動態性能
a.機床電主軸(zhou)系統(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)態性(xing)能。機床加(jia)工精度不(bu)僅受到前面(mian)各(ge)項(xiang)因素的(de)(de)影(ying)響，還要(yao)受到電主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承(cheng)系統(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)態特(te)性(xing)的(de)(de)影(ying)響，而機床的(de)(de)振(zhen)動(dong)就取決電主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承(cheng)系統(tong)(tong)的(de)(de)動(dong)態特(te)性(xing)。由于電主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承(cheng)系統(tong)(tong)是一(yi)(yi)個復雜的(de)(de)振(zhen)動(dong)系統(tong)(tong)，其動(dong)態特(te)性(xing)不(bu)僅與系統(tong)(tong)的(de)(de)阻尼和(he)靜剛度有關，還與由系統(tong)(tong)結(jie)構
所決定的(de)振(zhen)型(xing)有關。因(yin)此在進行(xing)機床設計(ji)時，要進行(xing)動(dong)力學(xue)分析，計(ji)算出主軸箱體的(de)一階(jie)(jie)、二階(jie)(jie)固(gu)有頻率(lv)，使其一階(jie)(jie)固(gu)有頻率(lv)要避開主軸的(de)最低(di)轉(zhuan)速(su)，二階(jie)(jie)固(gu)有頻率(lv)要避開電主軸的(de)最高轉(zhuan)速(su)，以避免電主軸系(xi)統(tong)產生共振(zhen)，消除由于振(zhen)動(dong)造(zao)成的(de)對機床加工(gong)精(jing)度(du)的(de)影響。
b.機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整體剛(gang)(gang)度(du)對(dui)車(che)銑復合加(jia)工機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加(jia)工精度(du)影響(xiang)很(hen)大(da)，在機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)設計時還要對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有限(xian)元(yuan)分析，優化(hua)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結(jie)構(gou)，提(ti)高機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛(gang)(gang)度(du)，改善機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)動態性能，避免(mian)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)局(ju)部剛(gang)(gang)度(du)不足(zu)引起(qi)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)結(jie)構(gou)的(de)變形(xing)，造成(cheng)對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工精度(du)的(de)影響(xiang)。
3刀(dao)架分度定位精(jing)度及位置精(jing)度
車銑(xian)復合加(jia)工中心刀架(jia)的(de)每個工位既可安(an)裝車削(xue)刀具(ju)，又可安(an)裝徑向(xiang)和軸(zhou)向(xiang)動(dong)力(li)刀具(ju)，并根據被加(jia)工工件的(de)需要配置刀具(ju)的(de)種類和數量。電動刀架的位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)精(jing)度是影響車銑復合機(ji)床加工(gong)精(jing)度的重要因(yin)素，在機(ji)床設計和制造過程中要加以重視。為提高刀架的分度定(ding)位(wei)(wei)精(jing)度和位(wei)(wei)置(zhi)(zhi)精(jing)度，可采(cai)取如下(xia)解決(jue)方法：
; a.刀架(jia)(jia)分(fen)(fen)度(du)(du)(du)(du)定位一(yi)(yi)致性的高低，對加(jia)工(gong)工(gong)件的尺寸一(yi)(yi)致性影響很大。為此選擇高分(fen)(fen)度(du)(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)(du)的電動刀架(jia)(jia)，并對刀架(jia)(jia)采(cai)用專(zhuan)門(men)的裝配工(gong)藝，保證刀架(jia)(jia)分(fen)(fen)度(du)(du)(du)(du)定位精度(du)(du)(du)(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀向伺服運動的X/Z軸的位置(zhi)精(jing)度(du)(du)(du)(du)也(ye)是(shi)_項(xiang)重要的精(jing)度(du)(du)(du)(du)指標，該項(xiang)精(jing)度(du)(du)(du)(du)與加工(gong)工(gong)件的尺寸分散度(du)(du)(du)(du)及一(yi)致(zhi)性直接有關。這是(shi)一(yi)項(xiang)綜(zong)合精(jing)度(du)(du)(du)(du)，涉(she)及到滾(gun)珠絲(si)杠和軸承(cheng)的(de)精度、刀架拖板的(de)伺(si)服(fu)靈敏(min)度、拖板的(de)伺(si)服(fu)慣量(liang)與負(fu)載慣量(liang)的(de)匹(pi)配等多方面。 機械加工
