機床復(fu)合化足數(shu)控機床從單一功能(neng)向多功能(neng)方向發展的(de)最新趨勢。車銑(xian)復(fu)(fu)合、車磨復(fu)(fu)合、銑(xian)磨復(fu)(fu)合等復(fu)(fu)合加丁(ding)機(ji)床(chuang)隨著零件(jian)加工(gong)(gong)(gong)要求的(de)變(bian)(bian)化而相(xiang)繼出現(xian)。這類機(ji)床(chuang)的(de)出現(xian)，改變(bian)(bian)了傳統數控(kong)機(ji)床(chuang)的(de)布局和結構(gou)，能(neng)夠實現(xian)一機(ji)多用，工(gong)(gong)(gong)件(jian)一次裝(zhuang)夾就(jiu)可以(yi)完成全部或(huo)大部分(fen)工(gong)(gong)(gong)序的(de)加工(gong)(gong)(gong)，從而減(jian)少了工(gong)(gong)(gong)件(jian)裝(zhuang)夾次數，提高了機(ji)床(chuang)加工(gong)(gong)(gong)效(xiao)率(lv)，減(jian)少機(ji)床(chuang)使用臺數，節(jie)約能(neng)源。
車(che)銑(xian)復合(he)加工機(ji)床是復合(he)加工機(ji)床中發展(zhan)最快、使(shi)用最廣(guang)泛的數控設備。對(dui)高速(su)精密車銑(xian)復合數控機床來說，其主軸系統是電主(zhu)軸結(jie)構，機(ji)床(chuang)的(de)加工(gong)精(jing)度(du)(du)很(hen)大程度(du)(du)上取決(jue)于機(ji)床(chuang)的(de)電主軸系統的(de)精(jing)度(du)(du)，并受刀架位置精(jing)度(du)(du)和機(ji)床(chuang)整機(ji)動(dong)態性能的(de)影響。因(yin)此在車銑復合機床制造與裝配過程中如(ru)何提高電主軸系(xi)統(tong)的(de)精(jing)度(du)、提高刀架的(de)位置精(jing)度(du)、改善機床的(de)整(zheng)機動(dong)態性能是機床設計的(de)關(guan)鍵。本文從以(yi)下幾(ji)方面來分析影(ying)響車銑復(fu)合機床加工精(jing)度(du)的(de)因素，并提出相應的(de)解決方法。
1電主軸系(xi)統的精度(du)
1.1電主軸系統的分度(du)精度(du)和準停精度(du)
車(che)銑復合加工機(ji)床(chuang)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的(de)(de)(de)分度(du)精(jing)度(du)和準(zhun)停(ting)精(jing)度(du)是考核機(ji)床(chuang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)的(de)(de)(de)一個重要指標，是影響(xiang)機(ji)床(chuang)加工精(jing)度(du)的(de)(de)(de)重要因(yin)素。為了實現(xian)電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統高的(de)(de)(de)分度(du)精(jing)度(du)和準(zhun)停(ting)精(jing)度(du)，國際上數(shu)控車(che)銑復合加工中心(xin)均采(cai)用(yong)(yong)內藏主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)式電機(ji)(簡稱電主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)與電機(ji)轉(zhuan)子裝配成一體，減少中間傳動環(huan)節對主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)。工作時，電機(ji)轉(zhuan)子回轉(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)(de)(de)速度(du)環(huan)和位置環(huan)采(cai)用(yong)(yong)高精(jing)度(du)的(de)(de)(de)反饋元(yuan)件，實現(xian)全閉環(huan)控制(zhi)，反饋元(yuan)件采(cai)集到的(de)(de)(de)位置信號經數控(kong)系統分頻(pin)處(chu)理(li)，使主軸(zhou)分度(du)的分辨(bian)率達到0.001°(主軸(zhou)最小分度(du)單位為3.6”)或更小，從而(er)使機床主軸(zhou)系(xi)統具有很高的分度(du)精度(du)和準停精度(du)。
為實現(xian)上(shang)述目的，采取如下(xia)解決(jue)方法(fa)：
a.電機(ji)轉子與(yu)機(ji)床(chuang)主軸采取特殊的(de)(de)裝配(pei)工藝，保(bao)證機(ji)床(chuang)主軸與(yu)電機(ji)轉子內孔的(de)(de)連接剛度，能(neng)傳遞大的(de)(de)切削(xue)扭矩(ju)。
b.電主(zhu)軸(zhou)組(zu)裝配(pei)時(shi)采用較高等級的(de)(de)高速動平(ping)衡，降(jiang)低主(zhu)軸(zhou)組(zu)的(de)(de)剩余不平(ping)衡量(liang)，保證(zheng)主(zhu)軸(zhou)在高速回轉時(shi)的(de)(de)平(ping)穩性。
c.電主(zhu)軸(zhou)系統采用主(zhu)軸(zhou)制動和阻尼(ni)裝置，在需要主(zhu)軸(zhou)準停銑(xian)削(xue)或鉆削(xue)時，主(zhu)軸(zhou)處制動狀態(tai)，以保證銑(xian)削(xue)時主(zhu)軸(zhou)不晃動。在連續分度(du)銑(xian)削(xue)時，主(zhu)軸(zhou)處于阻尼(ni)狀態(tai)，以保證銑(xian)削(xue)時主(zhu)軸(zhou)回轉(zhuan)的平穩性。制動狀態(tai)和阻尼(ni)狀態(tai)可(ke)以自動切(qie)換，由編程設定。通過以上(shang)措(cuo)施(shi)，電主(zhu)軸(zhou)系統主(zhu)軸(zhou)的分度(du)定位(wei)精度(du)≤24”，主(zhu)軸(zhou)分度(du)的重復定位(wei)精度(du)≤12”。
1.2電主軸系統的回轉精度
數(shu)控車銑復(fu)合加(jia)工中心(xin)為高精度加(jia)工機床，主(zhu)軸組(zu)是(shi)關(guan)鍵(jian)部件(jian)，主(zhu)軸組(zu)的回轉精度直接(jie)影響加(jia)工工件(jian)的精度。
為保證主(zhu)軸組具有高的回轉(zhuan)精度，在電主(zhu)軸系(xi)統中，主(zhu)軸與電機轉(zhuan)子(zi)(zi)的連接、定子(zi)(zi)外套與主(zhu)軸箱體的配合(he)、主(zhu)軸兩端與軸承組的配合(he)等(deng)采取了(le)以下一系(xi)列(lie)的工藝措施：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝(zhuang)配前(qian)先保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱(xiang)體孔(kong)的精(jing)度(du)(du)，孔(kong)的圓度(du)(du)、尺寸公差、前(qian)后(hou)(hou)軸(zhou)(zhou)承孔(kong)的同軸(zhou)(zhou)度(du)(du)都在要求的范圍內(nei);主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的徑向跳(tiao)動、前(qian)后(hou)(hou)軸(zhou)(zhou)頸的同軸(zhou)(zhou)度(du)(du)以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)端部的徑向跳(tiao)動和(he)端面跳(tiao)動公差均控(kong)制在0.002mm之內(nei)。
b.裝(zhuang)配時(shi)根據(ju)軸(zhou)承外圈的(de)尺寸(cun)，研(yan)磨主(zhu)軸(zhou)箱體孔，并使其與軸(zhou)承外圓的(de)配合(he)公差嚴格(ge)控制在規(gui)定的(de)范圍(wei);電(dian)主(zhu)軸(zhou)的(de)電(dian)機轉(zhuan)子(zi)與主(zhu)軸(zhou)采取特殊的(de)裝(zhuang)配技(ji)術等。
采(cai)取以上措施后，電主軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)回轉精度得到了(le)保(bao)證，主軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)(de)徑(jing)向跳(tiao)動(dong)(dong)和端面跳(tiao)動(dong)(dong)都在0.002mm之內，為保(bao)證工件的(de)(de)加工精度奠(dian)定了(le)基礎。電主軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的(de)(de)熱平衡
1.3電主軸系統的熱平(ping)衡
電(dian)主軸系(xi)統中電(dian)機是個發熱體，高速回(hui)轉的(de)(de)前后軸承也是發熱體，這(zhe)會使電(dian)主軸的(de)(de)溫度(du)上升(sheng)，影(ying)(ying)響(xiang)電(dian)主軸系(xi)統的(de)(de)加(jia)工精(jing)(jing)度(du)。如何消(xiao)除(chu)熱源(yuan)對機床(chuang)主軸精(jing)(jing)度(du)的(de)(de)影(ying)(ying)響(xiang)，實(shi)現(xian)電(dian)主軸系(xi)統的(de)(de)熱平(ping)衡是車銑復合加(jia)工機床(chuang)設計(ji)和制造(zao)過(guo)程(cheng)中要解決的(de)(de)關鍵問(wen)題。為此(ci)采(cai)取以下幾項措施：
a.主(zhu)(zhu)軸箱(xiang)體(ti)(ti)采(cai)取熱(re)(re)對稱設計，箱(xiang)體(ti)(ti)外的(de)散(san)熱(re)(re)筋兩邊(bian)對稱分布，讓(rang)主(zhu)(zhu)軸箱(xiang)產生的(de)熱(re)(re)量盡快通(tong)過(guo)散(san)熱(re)(re)筋散(san)發掉，同時(shi)由(you)于散(san)熱(re)(re)筋是對稱分布的(de)，主(zhu)(zhu)軸發熱(re)(re)時(shi)主(zhu)(zhu)軸軸線(xian)不(bu)會產生偏移。
b.對主軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)承的預加載荷和潤(run)滑條件按設計要求予以(yi)控制(zhi)，既保證(zheng)主軸(zhou)(zhou)(zhou)的剛度，又(you)保證(zheng)主軸(zhou)(zhou)(zhou)在(zai)高速(su)回轉時軸(zhou)(zhou)(zhou)承發熱量最小(xiao)。
c.對電機這個主(zhu)要發熱源采用外(wai)(wai)循(xun)環(huan)冷卻(que)措施。在電主(zhu)軸的(de)定子外(wai)(wai)套外(wai)(wai)面(mian)裝有(you)循(xun)環(huan)冷卻(que)水(shui)套，冷卻(que)水(shui)由(you)獨(du)立的(de)溫(wen)控(kong)裝置進行控(kong)制，溫(wen)度控(kong)制在22±1℃，電機產生的(de)熱量通過定子外(wai)(wai)面(mian)的(de)冷卻(que)水(shui)套的(de)循(xun)環(huan)冷卻(que)水(shui)迅速帶走。
通(tong)過以(yi)上技術措施，保證了(le)主軸(zhou)在(zai)高速回轉時前軸(zhou)承溫升不超(chao)過25℃，后軸(zhou)承溫升不超(chao)過20℃，實現了(le)電主軸(zhou)系統(tong)的熱平衡(heng)。
2車銑復合(he)加(jia)工機(ji)床(chuang)動態性(xing)能
a.機(ji)床(chuang)電主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)動(dong)態性(xing)能。機(ji)床(chuang)加(jia)工精度(du)不僅(jin)受(shou)到(dao)前面各項因素的(de)影(ying)響，還(huan)要受(shou)到(dao)電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)動(dong)態特性(xing)的(de)影(ying)響，而機(ji)床(chuang)的(de)振動(dong)就(jiu)取決(jue)電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)動(dong)態特性(xing)。由于電主軸(zhou)(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)是一個復雜的(de)振動(dong)系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)，其(qi)動(dong)態特性(xing)不僅(jin)與系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)阻尼和(he)靜剛度(du)有關，還(huan)與由系(xi)(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)結構(gou)
所決定的(de)(de)振型有關。因(yin)此(ci)在進行機(ji)床(chuang)設計(ji)時，要(yao)(yao)進行動力學分析，計(ji)算(suan)出主(zhu)軸箱體的(de)(de)一階(jie)(jie)、二(er)階(jie)(jie)固有頻(pin)率，使其一階(jie)(jie)固有頻(pin)率要(yao)(yao)避(bi)開主(zhu)軸的(de)(de)最低轉速，二(er)階(jie)(jie)固有頻(pin)率要(yao)(yao)避(bi)開電(dian)主(zhu)軸的(de)(de)最高(gao)轉速，以避(bi)免電(dian)主(zhu)軸系統(tong)產(chan)生共振，消除(chu)由于(yu)振動造(zao)成的(de)(de)對機(ji)床(chuang)加工精(jing)度的(de)(de)影響。
b.機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整(zheng)(zheng)體(ti)剛(gang)度(du)對車銑復合加工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加工(gong)精度(du)影(ying)(ying)響很(hen)大，在機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時還要(yao)對機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有(you)限元分析，優化機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結(jie)構，提(ti)高機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛(gang)度(du)，改(gai)善機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整(zheng)(zheng)機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)動態(tai)性能，避免機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部剛(gang)度(du)不(bu)足引起機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結(jie)構的(de)變形(xing)，造成(cheng)對機(ji)(ji)(ji)(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加工(gong)精度(du)的(de)影(ying)(ying)響。
3刀架分度(du)(du)定位(wei)精(jing)度(du)(du)及(ji)位(wei)置精(jing)度(du)(du)
車(che)銑復(fu)合加(jia)工(gong)中(zhong)心刀(dao)(dao)(dao)架的(de)每個工(gong)位既可安裝車(che)削刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)，又可安裝徑(jing)向和軸(zhou)向動力刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)，并(bing)根(gen)據(ju)被加(jia)工(gong)工(gong)件的(de)需要配置刀(dao)(dao)(dao)具(ju)(ju)的(de)種類和數(shu)量。電動刀架的(de)位置精度(du)是(shi)影(ying)響車銑(xian)復合機床加工(gong)精度(du)的(de)重(zhong)(zhong)要因素(su)，在機床設(she)計和(he)制造(zao)過(guo)程中要加以重(zhong)(zhong)視。為提高刀架的(de)分度(du)定位精度(du)和(he)位置精度(du)，可(ke)采取(qu)如(ru)下解決方(fang)法：
a.刀(dao)架分度(du)定位(wei)一致性的高低，對加(jia)工工件的尺寸(cun)一致性影響很大。為此選擇高分度(du)精度(du)的電動刀(dao)架，并對刀(dao)架采(cai)用專門(men)的裝配工藝，保證刀(dao)架分度(du)定位(wei)精度(du)≤0.005mm。
b.實(shi)現刀架X紀向伺服運動的(de)X/Z軸的(de)位(wei)置精(jing)(jing)度也(ye)是_項(xiang)重要的(de)精(jing)(jing)度指標，該(gai)項(xiang)精(jing)(jing)度與加工工件的(de)尺寸分散(san)度及一(yi)致性直接有關。這是一(yi)項(xiang)綜(zong)合(he)精(jing)(jing)度，涉(she)及到(dao)滾珠絲杠和(he)軸(zhou)承的(de)(de)精度、刀架拖板(ban)的(de)(de)伺服靈敏(min)度、拖板(ban)的(de)(de)伺服慣量與負載慣量的(de)(de)匹配等多(duo)方面。 機械加(jia)工(gong)
