機床復合化足數控機床從單一功能(neng)向多功能(neng)方向發展的(de)(de)最新(xin)趨勢。車銑復(fu)(fu)合(he)、車磨復(fu)(fu)合(he)、銑磨復(fu)(fu)合(he)等復(fu)(fu)合(he)加丁機(ji)床(chuang)隨著(zhu)零件(jian)加工(gong)(gong)(gong)要求的(de)(de)變(bian)化而相繼出(chu)現(xian)(xian)。這類機(ji)床(chuang)的(de)(de)出(chu)現(xian)(xian)，改變(bian)了傳統數(shu)(shu)控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)(de)布局和結構，能(neng)夠(gou)實現(xian)(xian)一機(ji)多用，工(gong)(gong)(gong)件(jian)一次裝(zhuang)夾(jia)就可以完成全部或大部分工(gong)(gong)(gong)序的(de)(de)加工(gong)(gong)(gong)，從而減(jian)少(shao)了工(gong)(gong)(gong)件(jian)裝(zhuang)夾(jia)次數(shu)(shu)，提(ti)高(gao)了機(ji)床(chuang)加工(gong)(gong)(gong)效率，減(jian)少(shao)機(ji)床(chuang)使用臺數(shu)(shu)，節(jie)約能(neng)源。
車銑復合加工機床(chuang)是復合加工機床(chuang)中發展最(zui)快、使(shi)用最(zui)廣泛(fan)的數控設備。對高(gao)速(su)精密車銑復合數控(kong)機床來說，其主軸系統是電(dian)主(zhu)軸結構(gou)，機床的加工精度(du)(du)很大程度(du)(du)上取決于(yu)機床的電主軸(zhou)系統(tong)的精度(du)(du)，并受刀(dao)架位置精度(du)(du)和機床整(zheng)機動(dong)態性能的影響。因此在(zai)車銑復合機床(chuang)制造與裝配過程中如何提高電主(zhu)軸系統(tong)的(de)精(jing)度(du)、提高刀架(jia)的(de)位置(zhi)精(jing)度(du)、改善機(ji)床(chuang)的(de)整機(ji)動態(tai)性能(neng)是機(ji)床(chuang)設計的(de)關鍵。本(ben)文從以下幾方(fang)面來分析影響車銑復合(he)機(ji)床(chuang)加工精(jing)度(du)的(de)因(yin)素，并(bing)提出相應的(de)解決方(fang)法。
1電主軸(zhou)系統的精度
1.1電主軸系統的分(fen)度精度和準停精度
車(che)銑(xian)復(fu)合加(jia)工(gong)機(ji)(ji)床(chuang)電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的(de)分度(du)(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)(du)和準(zhun)(zhun)停精度(du)(du)(du)(du)是考核(he)機(ji)(ji)床(chuang)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)(du)(du)的(de)一(yi)個重要(yao)指標，是影響機(ji)(ji)床(chuang)加(jia)工(gong)精度(du)(du)(du)(du)的(de)重要(yao)因素。為(wei)了實(shi)現(xian)(xian)電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統高的(de)分度(du)(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)(du)和準(zhun)(zhun)停精度(du)(du)(du)(du)，國際(ji)上數控車(che)銑(xian)復(fu)合加(jia)工(gong)中心(xin)均(jun)采用(yong)內藏主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)式電機(ji)(ji)(簡(jian)稱電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)與電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子裝(zhuang)配(pei)成一(yi)體(ti)，減少中間傳動環(huan)節(jie)對主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精度(du)(du)(du)(du)的(de)影響。工(gong)作時，電機(ji)(ji)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子回(hui)(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)速度(du)(du)(du)(du)環(huan)和位(wei)(wei)置(zhi)環(huan)采用(yong)高精度(du)(du)(du)(du)的(de)反(fan)饋元件(jian)(jian)，實(shi)現(xian)(xian)全(quan)閉(bi)環(huan)控制，反(fan)饋元件(jian)(jian)采集到的(de)位(wei)(wei)置(zhi)信號經數控系統分(fen)(fen)(fen)頻(pin)處理(li)，使主軸(zhou)分(fen)(fen)(fen)度的分(fen)(fen)(fen)辨率(lv)達到0.001°(主軸(zhou)最(zui)小(xiao)分(fen)(fen)(fen)度單位為3.6”)或更小(xiao)，從(cong)而使機(ji)床主軸(zhou)系統(tong)具有很高的分(fen)(fen)(fen)度精(jing)度和準停精(jing)度。
為實現上述目的，采取如下解(jie)決方法：
a.電機(ji)轉子與機(ji)床(chuang)主軸采取特殊(shu)的(de)裝配工藝，保(bao)證機(ji)床(chuang)主軸與電機(ji)轉子內孔(kong)的(de)連接剛度，能傳遞大的(de)切削扭(niu)矩(ju)。
b.電(dian)主軸(zhou)組裝配(pei)時采用(yong)較高(gao)等級的(de)高(gao)速(su)動平衡(heng)，降低主軸(zhou)組的(de)剩(sheng)余不平衡(heng)量(liang)，保證主軸(zhou)在高(gao)速(su)回轉時的(de)平穩性。
c.電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)采用主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)制(zhi)動(dong)(dong)和阻(zu)(zu)(zu)尼裝置，在需要(yao)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)準停銑(xian)削(xue)或鉆(zhan)削(xue)時，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處(chu)制(zhi)動(dong)(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以保證(zheng)銑(xian)削(xue)時主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)不晃動(dong)(dong)。在連續分度銑(xian)削(xue)時，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處(chu)于阻(zu)(zu)(zu)尼狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以保證(zheng)銑(xian)削(xue)時主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回轉的(de)(de)平穩(wen)性(xing)。制(zhi)動(dong)(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和阻(zu)(zu)(zu)尼狀(zhuang)(zhuang)態(tai)可以自動(dong)(dong)切換(huan)，由編程設(she)定。通(tong)過以上措施，電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)(de)分度定位(wei)精度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)分度的(de)(de)重復定位(wei)精度≤12”。
1.2電主軸(zhou)系統的回轉精度
數控車銑復合加工中心為高(gao)精(jing)度加工機床(chuang)，主軸組(zu)是關鍵部件，主軸組(zu)的回轉精(jing)度直接影響加工工件的精(jing)度。
為保證主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)組具有高的回(hui)轉精(jing)度，在電主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統中(zhong)，主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)與(yu)電機轉子(zi)(zi)的連接(jie)、定子(zi)(zi)外套(tao)與(yu)主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)箱體的配(pei)合、主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承組的配(pei)合等(deng)采取了以下一系列的工藝措施：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)裝配(pei)前先保證(zheng)主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)箱(xiang)體孔(kong)的(de)精度(du)，孔(kong)的(de)圓度(du)、尺寸公差、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)的(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度(du)都(dou)在要求的(de)范圍內(nei);主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)徑向跳動、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)同軸(zhou)(zhou)(zhou)度(du)以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)端部的(de)徑向跳動和端面跳動公差均控制在0.002mm之內(nei)。
b.裝配時根據軸承(cheng)外圈的(de)尺寸，研磨(mo)主軸箱體孔，并使(shi)其與(yu)軸承(cheng)外圓的(de)配合公差嚴格控制在規定的(de)范圍;電(dian)(dian)主軸的(de)電(dian)(dian)機轉子與(yu)主軸采取(qu)特(te)殊(shu)的(de)裝配技術等。
采(cai)取以上措(cuo)施后(hou)，電(dian)主軸(zhou)系統的(de)(de)回轉精度得到了(le)保證，主軸(zhou)的(de)(de)徑向(xiang)跳動(dong)和端面跳動(dong)都在(zai)0.002mm之內，為保證工件的(de)(de)加工精度奠(dian)定了(le)基礎。電(dian)主軸(zhou)系統的(de)(de)熱平衡
1.3電主軸系(xi)統的熱平衡
電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統中電(dian)(dian)機(ji)是(shi)(shi)個發熱(re)體，高速(su)回(hui)轉的(de)(de)前后軸(zhou)(zhou)承也是(shi)(shi)發熱(re)體，這會(hui)使(shi)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)(de)溫度上(shang)升，影響(xiang)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)(de)加工精(jing)度。如何消(xiao)除熱(re)源對機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度的(de)(de)影響(xiang)，實現(xian)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系(xi)統的(de)(de)熱(re)平衡是(shi)(shi)車銑復合(he)加工機(ji)床(chuang)設(she)計和制造過程中要解決的(de)(de)關鍵問(wen)題。為(wei)此(ci)采取(qu)以(yi)下(xia)幾(ji)項措(cuo)施：
a.主(zhu)軸箱(xiang)體采取熱對稱設計(ji)，箱(xiang)體外(wai)的散熱筋兩邊對稱分布，讓主(zhu)軸箱(xiang)產(chan)(chan)生的熱量盡快通(tong)過散熱筋散發掉，同時由于散熱筋是對稱分布的，主(zhu)軸發熱時主(zhu)軸軸線(xian)不會產(chan)(chan)生偏移。
b.對主(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承的預加載荷(he)和潤滑條件(jian)按設計(ji)要求予以控制，既(ji)保證主(zhu)軸(zhou)的剛度，又(you)保證主(zhu)軸(zhou)在高速回轉時軸(zhou)承發熱量最小。
c.對(dui)電機這(zhe)個主要發熱源(yuan)采用外循(xun)環冷(leng)卻(que)(que)措施。在電主軸(zhou)的(de)(de)定子外套外面裝有循(xun)環冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)套，冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)由獨(du)立的(de)(de)溫控(kong)裝置進行控(kong)制，溫度(du)控(kong)制在22±1℃，電機產生(sheng)的(de)(de)熱量通過(guo)定子外面的(de)(de)冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)套的(de)(de)循(xun)環冷(leng)卻(que)(que)水(shui)(shui)迅(xun)速帶走。
通過(guo)(guo)以(yi)上技術(shu)措施，保證了主軸在高速回(hui)轉時前軸承溫升(sheng)不超(chao)過(guo)(guo)25℃，后軸承溫升(sheng)不超(chao)過(guo)(guo)20℃，實現了電主軸系統的熱平衡(heng)。
2車(che)銑(xian)復合加工機床動態性能(neng)
a.機(ji)床(chuang)電主軸(zhou)系統(tong)的(de)(de)動態(tai)性(xing)(xing)能(neng)。機(ji)床(chuang)加工精度不僅(jin)受到前面各項因素的(de)(de)影(ying)響，還要受到電主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系統(tong)的(de)(de)動態(tai)特(te)性(xing)(xing)的(de)(de)影(ying)響，而機(ji)床(chuang)的(de)(de)振(zhen)動就取決電主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系統(tong)的(de)(de)動態(tai)特(te)性(xing)(xing)。由(you)于電主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系統(tong)是一(yi)(yi)個復雜的(de)(de)振(zhen)動系統(tong)，其(qi)動態(tai)特(te)性(xing)(xing)不僅(jin)與系統(tong)的(de)(de)阻尼和靜剛度有關，還與由(you)系統(tong)結構
所決定(ding)的振(zhen)型有(you)關。因此在(zai)進(jin)行機(ji)床(chuang)設計時，要(yao)進(jin)行動(dong)力學(xue)分(fen)析，計算出主(zhu)軸(zhou)箱體(ti)的一階、二(er)階固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)，使其一階固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)要(yao)避(bi)(bi)開主(zhu)軸(zhou)的最(zui)低轉(zhuan)速(su)，二(er)階固(gu)有(you)頻(pin)率(lv)要(yao)避(bi)(bi)開電主(zhu)軸(zhou)的最(zui)高轉(zhuan)速(su)，以避(bi)(bi)免(mian)電主(zhu)軸(zhou)系統產生共振(zhen)，消除由(you)于振(zhen)動(dong)造成的對機(ji)床(chuang)加工精(jing)度(du)的影響。
b.機(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)整(zheng)體剛度(du)(du)對(dui)車銑復合加工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)加工(gong)精度(du)(du)影(ying)響很大，在(zai)機(ji)床(chuang)(chuang)設(she)計時還(huan)要(yao)對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)，身(shen)進行有限元(yuan)分析，優化機(ji)床(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)身(shen)結(jie)構，提高機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)身(shen)剛度(du)(du)，改善機(ji)床(chuang)(chuang)的(de)整(zheng)機(ji)動(dong)態性能，避免機(ji)床(chuang)(chuang)局部剛度(du)(du)不足引起(qi)機(ji)床(chuang)(chuang)結(jie)構的(de)變形(xing)，造成對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)加工(gong)精度(du)(du)的(de)影(ying)響。
3刀架分(fen)度定位(wei)精度及位(wei)置精度
車(che)銑復(fu)合加工(gong)中心刀架的(de)(de)每個(ge)工(gong)位既可安裝車(che)削刀具(ju)，又可安裝徑向和軸向動力刀具(ju)，并根據被加工(gong)工(gong)件的(de)(de)需要配置刀具(ju)的(de)(de)種類和數量。電動刀架的位置(zhi)精(jing)(jing)度(du)是影響車銑復合機(ji)床(chuang)(chuang)加工精(jing)(jing)度(du)的重要因素(su)，在機(ji)床(chuang)(chuang)設計和(he)(he)制造過(guo)程中要加以(yi)重視。為(wei)提(ti)高刀架(jia)的分度(du)定位精(jing)(jing)度(du)和(he)(he)位置(zhi)精(jing)(jing)度(du)，可采取如下(xia)解決(jue)方法：
a.刀(dao)架分(fen)度定位一致(zhi)性的(de)高(gao)低，對加工(gong)工(gong)件(jian)的(de)尺寸(cun)一致(zhi)性影響很大。為此選擇高(gao)分(fen)度精度的(de)電(dian)動刀(dao)架，并對刀(dao)架采用專(zhuan)門的(de)裝配工(gong)藝，保證刀(dao)架分(fen)度定位精度≤0.005mm。
b.實現(xian)刀架X紀向(xiang)伺服運動的X/Z軸的位置精(jing)度(du)(du)也是(shi)_項重要(yao)的精(jing)度(du)(du)指標，該項精(jing)度(du)(du)與(yu)加工工件的尺寸(cun)分散度(du)(du)及一致(zhi)性(xing)直接有關。這是(shi)一項綜合精(jing)度(du)(du)，涉及到滾珠(zhu)絲杠和軸承的(de)精度、刀架拖板(ban)的(de)伺服(fu)(fu)靈敏度、拖板(ban)的(de)伺服(fu)(fu)慣量(liang)與負(fu)載慣量(liang)的(de)匹配等多方面。 機械(xie)加(jia)工
