機床(chuang)復(fu)合化足數(shu)控機床(chuang)從單一(yi)功能向(xiang)(xiang)多功能方向(xiang)(xiang)發展的最新趨勢(shi)。車銑復(fu)合、車磨復(fu)合、銑磨復(fu)合等復(fu)合加丁機床(chuang)隨著零(ling)件(jian)加工要求的變化而(er)相繼出現(xian)。這類機床(chuang)的出現(xian)，改變了(le)傳統(tong)數控機床(chuang)的布(bu)局(ju)和結構，能夠實現(xian)一(yi)機多用(yong)，工件(jian)一(yi)次裝夾(jia)就可(ke)以完成(cheng)全(quan)部或大部分工序(xu)的加工，從而(er)減少(shao)了(le)工件(jian)裝夾(jia)次數，提高了(le)機床(chuang)加工效率(lv)，減少(shao)機床(chuang)使用(yong)臺數，節約(yue)能源。
車銑復(fu)合加工(gong)機(ji)床是復(fu)合加工(gong)機(ji)床中發(fa)展最(zui)快、使用最(zui)廣泛的(de)數控設備。對高速精密車銑復合數(shu)控機(ji)床來說，其主軸系統(tong)是電(dian)主軸結構(gou)，機床的(de)加工(gong)精(jing)度(du)很(hen)大程度(du)上取(qu)決于(yu)機床的(de)電主軸系統的(de)精(jing)度(du)，并受刀架位(wei)置精(jing)度(du)和機床整(zheng)機動態性能的(de)影響。因此在(zai)車銑復合機(ji)床制造與裝配(pei)過程中(zhong)如何提高電主(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)精(jing)度(du)、提高刀(dao)架(jia)的(de)(de)位(wei)置精(jing)度(du)、改善機(ji)(ji)床的(de)(de)整機(ji)(ji)動態性能(neng)是機(ji)(ji)床設計的(de)(de)關鍵。本文從(cong)以下幾方面(mian)來(lai)分析影(ying)響車銑復合機(ji)(ji)床加工精(jing)度(du)的(de)(de)因素(su)，并提出相應的(de)(de)解(jie)決方法(fa)。
1電主軸系統的精度(du)
1.1電主軸系統(tong)的分度精度和準停精度
車(che)(che)銑復(fu)(fu)合加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)機(ji)床電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸系統(tong)的(de)(de)(de)(de)分(fen)度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)是考(kao)核機(ji)床主(zhu)(zhu)軸精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)一個重(zhong)要(yao)(yao)指標，是影響機(ji)床加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)重(zhong)要(yao)(yao)因素。為了實現(xian)電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸系統(tong)高的(de)(de)(de)(de)分(fen)度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)，國(guo)際上數控車(che)(che)銑復(fu)(fu)合加(jia)工(gong)(gong)(gong)(gong)中心(xin)均采(cai)用(yong)內藏主(zhu)(zhu)軸式電(dian)(dian)機(ji)(簡稱電(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸)，主(zhu)(zhu)軸與電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)子裝配成一體，減少中間傳(chuan)動環(huan)節對主(zhu)(zhu)軸精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)影響。工(gong)(gong)(gong)(gong)作時(shi)，電(dian)(dian)機(ji)轉(zhuan)子回轉(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)軸回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)軸回轉(zhuan)的(de)(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)環(huan)和(he)位置(zhi)環(huan)采(cai)用(yong)高精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)(de)反(fan)饋(kui)元件，實現(xian)全閉環(huan)控制，反(fan)饋(kui)元件采(cai)集(ji)到的(de)(de)(de)(de)位置(zhi)信號(hao)經數控系統分(fen)頻處理，使(shi)主軸分(fen)度的(de)分(fen)辨率達到0.001°(主軸最小分(fen)度單位為3.6”)或更小，從而使(shi)機床主軸系統(tong)具有很高的(de)分(fen)度精度和準停精度。
為實現上述(shu)目的，采(cai)取(qu)如下解決方法：
a.電機(ji)轉(zhuan)子(zi)與(yu)機(ji)床(chuang)主(zhu)軸采(cai)取(qu)特殊的裝配工藝(yi)，保證機(ji)床(chuang)主(zhu)軸與(yu)電機(ji)轉(zhuan)子(zi)內孔的連接剛度，能傳遞大的切削扭矩(ju)。
b.電主軸(zhou)組裝配時(shi)(shi)采用較高(gao)等級的高(gao)速(su)動平(ping)(ping)衡，降低主軸(zhou)組的剩余(yu)不平(ping)(ping)衡量，保證主軸(zhou)在高(gao)速(su)回轉時(shi)(shi)的平(ping)(ping)穩性。
c.電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統采用主(zhu)軸(zhou)制動(dong)和阻尼(ni)裝置，在需(xu)要主(zhu)軸(zhou)準停(ting)銑削或鉆(zhan)削時(shi)，主(zhu)軸(zhou)處制動(dong)狀(zhuang)(zhuang)態，以保證(zheng)銑削時(shi)主(zhu)軸(zhou)不晃動(dong)。在連續分(fen)度(du)銑削時(shi)，主(zhu)軸(zhou)處于(yu)阻尼(ni)狀(zhuang)(zhuang)態，以保證(zheng)銑削時(shi)主(zhu)軸(zhou)回轉的(de)平穩(wen)性(xing)。制動(dong)狀(zhuang)(zhuang)態和阻尼(ni)狀(zhuang)(zhuang)態可(ke)以自動(dong)切(qie)換，由編程設定(ding)(ding)。通過以上措施，電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統主(zhu)軸(zhou)的(de)分(fen)度(du)定(ding)(ding)位精度(du)≤24”，主(zhu)軸(zhou)分(fen)度(du)的(de)重復定(ding)(ding)位精度(du)≤12”。
1.2電主軸系(xi)統(tong)的回轉精度
數(shu)控車銑復(fu)合(he)加工(gong)(gong)中(zhong)心(xin)為高精度(du)加工(gong)(gong)機床，主(zhu)軸組(zu)是關(guan)鍵部件，主(zhu)軸組(zu)的回轉精度(du)直接(jie)影響加工(gong)(gong)工(gong)(gong)件的精度(du)。
為保證主(zhu)軸(zhou)組具有高的(de)(de)回轉(zhuan)精度，在電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統中，主(zhu)軸(zhou)與電機(ji)轉(zhuan)子(zi)的(de)(de)連接、定子(zi)外(wai)套(tao)與主(zhu)軸(zhou)箱體的(de)(de)配合、主(zhu)軸(zhou)兩端與軸(zhou)承組的(de)(de)配合等(deng)采取了以下一系(xi)列的(de)(de)工(gong)藝措施：
a.在電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)裝配前(qian)先保證主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)體(ti)孔的(de)精(jing)度(du)，孔的(de)圓(yuan)度(du)、尺寸公差、前(qian)后軸(zhou)承孔的(de)同(tong)(tong)軸(zhou)度(du)都在要求(qiu)的(de)范圍內;主(zhu)(zhu)軸(zhou)軸(zhou)頸(jing)的(de)徑向跳(tiao)動、前(qian)后軸(zhou)頸(jing)的(de)同(tong)(tong)軸(zhou)度(du)以(yi)及主(zhu)(zhu)軸(zhou)端部的(de)徑向跳(tiao)動和端面跳(tiao)動公差均控制(zhi)在0.002mm之內。
b.裝(zhuang)配時(shi)根據軸承外圈的(de)(de)尺寸(cun)，研磨(mo)主(zhu)軸箱體孔，并使其(qi)與軸承外圓的(de)(de)配合公差嚴格控制(zhi)在(zai)規定的(de)(de)范圍;電(dian)(dian)主(zhu)軸的(de)(de)電(dian)(dian)機轉子與主(zhu)軸采取特殊的(de)(de)裝(zhuang)配技術等(deng)。
采(cai)取以上措施后(hou)，電(dian)主軸(zhou)系(xi)統的(de)回(hui)轉精(jing)度得到了(le)保(bao)證，主軸(zhou)的(de)徑向跳動和(he)端面跳動都(dou)在0.002mm之(zhi)內，為保(bao)證工件(jian)的(de)加工精(jing)度奠定了(le)基礎。電(dian)主軸(zhou)系(xi)統的(de)熱平衡(heng)
1.3電主軸系統的熱平(ping)衡
電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)中電(dian)機(ji)(ji)是個發(fa)熱(re)體(ti)，高(gao)速回轉的(de)前后(hou)軸(zhou)承也(ye)是發(fa)熱(re)體(ti)，這會使電(dian)主(zhu)軸(zhou)的(de)溫度上升(sheng)，影(ying)響電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)的(de)加工(gong)精度。如何消除熱(re)源對機(ji)(ji)床主(zhu)軸(zhou)精度的(de)影(ying)響，實現(xian)電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)的(de)熱(re)平衡是車銑復合加工(gong)機(ji)(ji)床設計(ji)和制(zhi)造過程中要解決的(de)關鍵問題。為此采取以下(xia)幾項(xiang)措施：
a.主(zhu)軸箱體(ti)采取熱(re)對稱設計，箱體(ti)外的(de)散(san)熱(re)筋兩邊對稱分布(bu)，讓主(zhu)軸箱產(chan)(chan)生的(de)熱(re)量盡快(kuai)通過(guo)散(san)熱(re)筋散(san)發(fa)掉，同時由(you)于散(san)熱(re)筋是(shi)對稱分布(bu)的(de)，主(zhu)軸發(fa)熱(re)時主(zhu)軸軸線不會產(chan)(chan)生偏(pian)移。
b.對主(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承的預加載(zai)荷和潤滑條件按設計要求(qiu)予以控制，既保證主(zhu)軸(zhou)的剛度(du)，又(you)保證主(zhu)軸(zhou)在高速回轉時軸(zhou)承發熱量最小(xiao)。
c.對電(dian)機(ji)這(zhe)個(ge)主要發(fa)熱源采用(yong)外(wai)循(xun)環(huan)冷卻(que)(que)措施(shi)。在電(dian)主軸的(de)定子外(wai)套(tao)(tao)外(wai)面(mian)裝有循(xun)環(huan)冷卻(que)(que)水(shui)套(tao)(tao)，冷卻(que)(que)水(shui)由獨立的(de)溫(wen)控(kong)裝置進行(xing)控(kong)制(zhi)，溫(wen)度(du)控(kong)制(zhi)在22±1℃，電(dian)機(ji)產生的(de)熱量通(tong)過定子外(wai)面(mian)的(de)冷卻(que)(que)水(shui)套(tao)(tao)的(de)循(xun)環(huan)冷卻(que)(que)水(shui)迅速(su)帶(dai)走。
通過以上(shang)技術措施，保(bao)證了主軸(zhou)在高速(su)回轉時(shi)前軸(zhou)承溫升(sheng)不超過25℃，后軸(zhou)承溫升(sheng)不超過20℃，實現了電主軸(zhou)系統的(de)熱平衡(heng)。
2車銑(xian)復合加(jia)工機床動態性能
a.機床(chuang)電主(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)性(xing)能。機床(chuang)加工精度不(bu)僅受到(dao)前面各項因素的(de)(de)影響(xiang)(xiang)，還(huan)要受到(dao)電主(zhu)軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)特(te)性(xing)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)，而(er)機床(chuang)的(de)(de)振動(dong)(dong)就取決(jue)電主(zhu)軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)(dong)態(tai)特(te)性(xing)。由于電主(zhu)軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系(xi)統(tong)是一(yi)(yi)個復雜的(de)(de)振動(dong)(dong)系(xi)統(tong)，其動(dong)(dong)態(tai)特(te)性(xing)不(bu)僅與系(xi)統(tong)的(de)(de)阻尼和靜剛(gang)度有關，還(huan)與由系(xi)統(tong)結構
所決(jue)定的(de)(de)(de)(de)振(zhen)型有關(guan)。因此在進行機床(chuang)設(she)計(ji)時，要(yao)進行動(dong)力學(xue)分析，計(ji)算出主(zhu)軸箱體的(de)(de)(de)(de)一階(jie)、二階(jie)固有頻率，使其一階(jie)固有頻率要(yao)避開(kai)主(zhu)軸的(de)(de)(de)(de)最低轉(zhuan)速(su)，二階(jie)固有頻率要(yao)避開(kai)電主(zhu)軸的(de)(de)(de)(de)最高轉(zhuan)速(su)，以避免電主(zhu)軸系統產生共振(zhen)，消除由于(yu)振(zhen)動(dong)造成的(de)(de)(de)(de)對機床(chuang)加(jia)工(gong)精(jing)度的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。
b.機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整體剛度對(dui)車(che)銑復合(he)加(jia)工機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加(jia)工精度影響(xiang)很大(da)，在機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計(ji)時(shi)還要對(dui)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有限元分析(xi)，優化機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結(jie)構，提高機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛度，改善機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)(ji)(ji)動(dong)態(tai)性能，避免機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局(ju)部剛度不足引(yin)起(qi)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結(jie)構的(de)變形，造成對(dui)機(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工精度的(de)影響(xiang)。
3刀架分度(du)定位精度(du)及位置精度(du)
車銑復(fu)合加工中心刀(dao)架的(de)每個工位(wei)既可安裝車削刀(dao)具(ju)，又可安裝徑(jing)向和軸向動(dong)力刀(dao)具(ju)，并(bing)根據(ju)被加工工件的(de)需要配置刀(dao)具(ju)的(de)種(zhong)類(lei)和數量。電動刀架(jia)的(de)位置精(jing)度是影響(xiang)車銑復合機(ji)床加(jia)工精(jing)度的(de)重要因素，在機(ji)床設計和制造(zao)過程(cheng)中要加(jia)以重視。為提高刀架的(de)分(fen)度定(ding)位精(jing)度和位置精(jing)度，可采取(qu)如(ru)下解決方(fang)法(fa)：
a.刀(dao)架分度(du)定位(wei)一致性的(de)(de)高低，對(dui)加工工件的(de)(de)尺(chi)寸一致性影響很大。為(wei)此選(xuan)擇高分度(du)精(jing)度(du)的(de)(de)電動刀(dao)架，并(bing)對(dui)刀(dao)架采用專(zhuan)門(men)的(de)(de)裝配工藝，保證(zheng)刀(dao)架分度(du)定位(wei)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(jing)(jing)度(du)也是_項(xiang)重要(yao)的(de)精(jing)(jing)度(du)指標，該項(xiang)精(jing)(jing)度(du)與加工(gong)工(gong)件的(de)尺(chi)寸分(fen)散度(du)及一致性直接有關。這是一項(xiang)綜合精(jing)(jing)度(du)，涉及到(dao)滾珠絲杠和軸承(cheng)的(de)精度、刀(dao)架拖板(ban)的(de)伺服(fu)靈敏度、拖板(ban)的(de)伺服(fu)慣(guan)(guan)量與負載(zai)慣(guan)(guan)量的(de)匹配(pei)等多(duo)方面。 機(ji)械加工
