機床復(fu)合化足(zu)數控機床從(cong)單一(yi)功能向多功能方向發(fa)展的(de)最(zui)新趨勢。車銑(xian)復(fu)合(he)(he)、車磨復(fu)合(he)(he)、銑(xian)磨復(fu)合(he)(he)等(deng)復(fu)合(he)(he)加丁機床(chuang)(chuang)隨著(zhu)零件(jian)(jian)加工(gong)要(yao)求的(de)變(bian)化而相繼出現。這(zhe)類機床(chuang)(chuang)的(de)出現，改變(bian)了(le)傳統數(shu)控(kong)機床(chuang)(chuang)的(de)布(bu)局和(he)結構，能夠實現一(yi)機多用(yong)，工(gong)件(jian)(jian)一(yi)次裝夾就可以完成全部或大部分工(gong)序的(de)加工(gong)，從(cong)而減(jian)少(shao)了(le)工(gong)件(jian)(jian)裝夾次數(shu)，提高了(le)機床(chuang)(chuang)加工(gong)效率，減(jian)少(shao)機床(chuang)(chuang)使用(yong)臺數(shu)，節約(yue)能源。
車銑復合加工機(ji)床是復合加工機(ji)床中發(fa)展最(zui)快、使(shi)用最(zui)廣泛的(de)數控設備。對高速精密車(che)銑復合數控機床來說，其(qi)主(zhu)軸系統是電(dian)主軸結構，機床(chuang)的(de)加工精(jing)(jing)度很大程度上取決(jue)于機床(chuang)的(de)電主(zhu)軸系統(tong)的(de)精(jing)(jing)度，并受刀(dao)架位置精(jing)(jing)度和機床(chuang)整(zheng)機動態性(xing)能的(de)影響。因此在(zai)車(che)銑復合機(ji)床(chuang)制造與(yu)裝配過程中(zhong)如何提(ti)(ti)高(gao)電主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的(de)(de)(de)精(jing)度(du)、提(ti)(ti)高(gao)刀架的(de)(de)(de)位(wei)置精(jing)度(du)、改善機(ji)床(chuang)的(de)(de)(de)整機(ji)動(dong)態性能是機(ji)床(chuang)設計的(de)(de)(de)關鍵。本文從以下幾方面來(lai)分析影響車銑復(fu)合(he)機(ji)床(chuang)加(jia)工精(jing)度(du)的(de)(de)(de)因素，并提(ti)(ti)出相(xiang)應的(de)(de)(de)解決方法。
1電主軸(zhou)系統的精度
1.1電主軸系統的(de)分(fen)度精度和準停精度
車銑(xian)復(fu)合(he)加工(gong)機(ji)床(chuang)電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)的(de)(de)分(fen)(fen)度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準停精(jing)度(du)(du)是(shi)考核(he)機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)一個重(zhong)要(yao)指標，是(shi)影響(xiang)(xiang)機(ji)床(chuang)加工(gong)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)重(zhong)要(yao)因素。為了實(shi)現電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou)系統(tong)高的(de)(de)分(fen)(fen)度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準停精(jing)度(du)(du)，國際上數控(kong)車銑(xian)復(fu)合(he)加工(gong)中心均采(cai)(cai)用內藏主(zhu)軸(zhou)(zhou)式(shi)電(dian)機(ji)(簡稱電(dian)主(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)軸(zhou)(zhou)與電(dian)機(ji)轉子裝(zhuang)配(pei)成一體，減少中間傳動環節對主(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)度(du)(du)的(de)(de)影響(xiang)(xiang)。工(gong)作時，電(dian)機(ji)轉子回(hui)轉即帶動主(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉。主(zhu)軸(zhou)(zhou)回(hui)轉的(de)(de)速(su)度(du)(du)環和位置(zhi)環采(cai)(cai)用高精(jing)度(du)(du)的(de)(de)反饋(kui)元件，實(shi)現全(quan)閉環控(kong)制(zhi)，反饋(kui)元件采(cai)(cai)集到的(de)(de)位置(zhi)信號經數控(kong)系統(tong)分(fen)(fen)頻(pin)處理，使(shi)(shi)主軸(zhou)分(fen)(fen)度(du)(du)的分(fen)(fen)辨率達到0.001°(主軸(zhou)最(zui)小分(fen)(fen)度(du)(du)單位為3.6”)或(huo)更小，從而使(shi)(shi)機床主軸(zhou)系統具有(you)很高的分(fen)(fen)度(du)(du)精度(du)(du)和(he)準(zhun)停(ting)精度(du)(du)。
為實現上述目的，采取如下解決方法(fa)：
a.電機(ji)轉(zhuan)子(zi)與機(ji)床主軸采取特(te)殊(shu)的裝配工藝(yi)，保證機(ji)床主軸與電機(ji)轉(zhuan)子(zi)內(nei)孔的連接剛(gang)度，能傳(chuan)遞大的切削(xue)扭矩。
b.電主(zhu)軸組(zu)裝配時(shi)采用較高等級的高速動平(ping)衡(heng)，降低主(zhu)軸組(zu)的剩余不平(ping)衡(heng)量，保證主(zhu)軸在(zai)高速回轉時(shi)的平(ping)穩性。
c.電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統采用主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)制(zhi)動和阻(zu)尼裝置，在(zai)需要主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)準(zhun)停銑削(xue)(xue)或鉆削(xue)(xue)時(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)處制(zhi)動狀(zhuang)(zhuang)態，以(yi)保證(zheng)銑削(xue)(xue)時(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)不晃動。在(zai)連續分(fen)度銑削(xue)(xue)時(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)處于(yu)阻(zu)尼狀(zhuang)(zhuang)態，以(yi)保證(zheng)銑削(xue)(xue)時(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)回轉的(de)平穩(wen)性。制(zhi)動狀(zhuang)(zhuang)態和阻(zu)尼狀(zhuang)(zhuang)態可以(yi)自動切換，由編程設定。通(tong)過以(yi)上措施，電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)的(de)分(fen)度定位精度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)分(fen)度的(de)重復定位精度≤12”。
1.2電主軸系統的回轉精(jing)度
數控車銑復合加(jia)工(gong)中心為高精(jing)度加(jia)工(gong)機床，主軸組是關鍵部件(jian)，主軸組的(de)回(hui)轉精(jing)度直接影響加(jia)工(gong)工(gong)件(jian)的(de)精(jing)度。
為保證主軸(zhou)(zhou)組具有高的(de)回轉精度，在電主軸(zhou)(zhou)系(xi)統中(zhong)，主軸(zhou)(zhou)與電機轉子的(de)連接(jie)、定子外(wai)套(tao)與主軸(zhou)(zhou)箱體的(de)配(pei)合(he)、主軸(zhou)(zhou)兩(liang)端與軸(zhou)(zhou)承組的(de)配(pei)合(he)等(deng)采取了以下一系(xi)列(lie)的(de)工(gong)藝措施(shi)：
a.在(zai)(zai)(zai)電主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)裝配前先保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)箱體孔的(de)精度(du)，孔的(de)圓度(du)、尺寸(cun)公差、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)孔的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)度(du)都(dou)在(zai)(zai)(zai)要求的(de)范(fan)圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)徑向(xiang)跳(tiao)動、前后軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)度(du)以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)端部的(de)徑向(xiang)跳(tiao)動和端面跳(tiao)動公差均控制在(zai)(zai)(zai)0.002mm之內。
b.裝配時根(gen)據軸(zhou)承外圈的(de)(de)尺寸，研磨(mo)主(zhu)軸(zhou)箱體孔，并使其與(yu)軸(zhou)承外圓的(de)(de)配合公差嚴(yan)格控制在(zai)規定的(de)(de)范(fan)圍;電主(zhu)軸(zhou)的(de)(de)電機轉子與(yu)主(zhu)軸(zhou)采(cai)取特(te)殊的(de)(de)裝配技術(shu)等。
采取(qu)以上措施(shi)后(hou)，電(dian)主(zhu)軸系統的(de)(de)(de)回轉(zhuan)精度(du)得到了保(bao)證，主(zhu)軸的(de)(de)(de)徑向跳(tiao)動和端面跳(tiao)動都在0.002mm之(zhi)內，為(wei)保(bao)證工件(jian)的(de)(de)(de)加(jia)工精度(du)奠定了基礎。電(dian)主(zhu)軸系統的(de)(de)(de)熱(re)平(ping)衡
1.3電主軸系統的熱平衡(heng)
電(dian)主軸(zhou)系統中電(dian)機(ji)是(shi)(shi)個發(fa)熱(re)體，高速回轉的前后軸(zhou)承也是(shi)(shi)發(fa)熱(re)體，這會使電(dian)主軸(zhou)的溫度(du)上升，影(ying)響(xiang)電(dian)主軸(zhou)系統的加(jia)工精度(du)。如何消除熱(re)源對機(ji)床主軸(zhou)精度(du)的影(ying)響(xiang)，實現電(dian)主軸(zhou)系統的熱(re)平衡是(shi)(shi)車銑復合加(jia)工機(ji)床設計和制造過程中要解決的關鍵問題。為(wei)此采取以下幾項措施(shi)：
a.主(zhu)軸箱體(ti)采取(qu)熱(re)(re)對(dui)稱(cheng)設計(ji)，箱體(ti)外的散熱(re)(re)筋兩邊對(dui)稱(cheng)分布，讓主(zhu)軸箱產(chan)生(sheng)的熱(re)(re)量盡快通過散熱(re)(re)筋散發(fa)掉，同(tong)時(shi)由(you)于散熱(re)(re)筋是對(dui)稱(cheng)分布的，主(zhu)軸發(fa)熱(re)(re)時(shi)主(zhu)軸軸線(xian)不會產(chan)生(sheng)偏移。
b.對(dui)主(zhu)軸軸承的預加載荷和潤滑(hua)條件(jian)按(an)設(she)計要求予以控制，既(ji)保(bao)證(zheng)主(zhu)軸的剛度，又保(bao)證(zheng)主(zhu)軸在高速(su)回(hui)轉時軸承發熱量最小。
c.對(dui)電機(ji)這個主要發熱源采用外(wai)(wai)循環冷(leng)卻措施。在電主軸的(de)定(ding)子(zi)外(wai)(wai)套外(wai)(wai)面裝(zhuang)(zhuang)有(you)循環冷(leng)卻水(shui)套，冷(leng)卻水(shui)由(you)獨立的(de)溫控裝(zhuang)(zhuang)置進行控制(zhi)，溫度控制(zhi)在22±1℃，電機(ji)產生的(de)熱量通過定(ding)子(zi)外(wai)(wai)面的(de)冷(leng)卻水(shui)套的(de)循環冷(leng)卻水(shui)迅速(su)帶走。
通過(guo)(guo)以上(shang)技術(shu)措(cuo)施，保(bao)證了主(zhu)軸在高(gao)速(su)回轉時前軸承溫升(sheng)不超過(guo)(guo)25℃，后軸承溫升(sheng)不超過(guo)(guo)20℃，實現(xian)了電(dian)主(zhu)軸系統的熱平衡。
; 2車銑復(fu)合加工機床(chuang)動態性(xing)能
a.機(ji)床(chuang)(chuang)電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)(tong)的動(dong)(dong)態性能。機(ji)床(chuang)(chuang)加工精(jing)度(du)不僅受到前面各項因素的影響，還要受到電(dian)主(zhu)軸(zhou)一軸(zhou)承系(xi)統(tong)(tong)的動(dong)(dong)態特(te)性的影響，而機(ji)床(chuang)(chuang)的振動(dong)(dong)就取決電(dian)主(zhu)軸(zhou)一軸(zhou)承系(xi)統(tong)(tong)的動(dong)(dong)態特(te)性。由(you)于電(dian)主(zhu)軸(zhou)一軸(zhou)承系(xi)統(tong)(tong)是一個復雜的振動(dong)(dong)系(xi)統(tong)(tong)，其動(dong)(dong)態特(te)性不僅與系(xi)統(tong)(tong)的阻尼和(he)靜剛度(du)有關，還與由(you)系(xi)統(tong)(tong)結構
所決定(ding)的(de)振(zhen)型有關。因此在(zai)進行(xing)機床設計(ji)時，要進行(xing)動(dong)(dong)力學分析，計(ji)算出主(zhu)軸箱(xiang)體的(de)一階(jie)、二階(jie)固(gu)有頻(pin)(pin)率，使其一階(jie)固(gu)有頻(pin)(pin)率要避(bi)開主(zhu)軸的(de)最(zui)(zui)低轉速(su)，二階(jie)固(gu)有頻(pin)(pin)率要避(bi)開電主(zhu)軸的(de)最(zui)(zui)高轉速(su)，以避(bi)免電主(zhu)軸系(xi)統(tong)產生共振(zhen)，消除由于振(zhen)動(dong)(dong)造成的(de)對機床加工(gong)精度的(de)影響。
b.機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整體(ti)剛度(du)對車銑復合加工(gong)機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加工(gong)精(jing)度(du)影(ying)響很大，在機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時還(huan)要(yao)對機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有限(xian)元分析，優化機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結構，提高機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛度(du)，改善機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)(ji)動態(tai)性能，避免機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部剛度(du)不足引起機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)變形，造成(cheng)對機(ji)(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加工(gong)精(jing)度(du)的(de)影(ying)響。
3刀(dao)架分(fen)度(du)定位精度(du)及位置精度(du)
車銑復合加工中心(xin)刀架的(de)每個工位既可安裝車削刀具，又可安裝徑向(xiang)和軸向(xiang)動力(li)刀具，并根據被(bei)加工工件的(de)需要配置刀具的(de)種(zhong)類和數量(liang)。電(dian)動刀(dao)架(jia)的位置精(jing)度(du)(du)(du)是影響(xiang)車銑復合機(ji)床加(jia)工精(jing)度(du)(du)(du)的重(zhong)要(yao)因素，在機(ji)床設計(ji)和制造過程中要(yao)加(jia)以重(zhong)視。為提(ti)高刀架(jia)的分(fen)度(du)(du)(du)定位精(jing)度(du)(du)(du)和位置精(jing)度(du)(du)(du)，可采取如下解決方法(fa)：
a.刀(dao)(dao)架分度(du)定位一致(zhi)性的高(gao)低，對加工工件的尺寸一致(zhi)性影響(xiang)很大。為此選擇高(gao)分度(du)精(jing)度(du)的電動刀(dao)(dao)架，并對刀(dao)(dao)架采用專門的裝配工藝，保證刀(dao)(dao)架分度(du)定位精(jing)度(du)≤0.005mm。
; b.實現(xian)刀架X紀向伺服運動的(de)X/Z軸(zhou)的(de)位置精(jing)度(du)也是(shi)_項重要的(de)精(jing)度(du)指標，該(gai)項精(jing)度(du)與加工工件(jian)的(de)尺(chi)寸分散度(du)及一(yi)致性直接有(you)關。這是(shi)一(yi)項綜合精(jing)度(du)，涉及到(dao)滾珠絲杠(gang)和軸承的(de)精度(du)(du)、刀(dao)架拖(tuo)板的(de)伺(si)服(fu)靈敏(min)度(du)(du)、拖(tuo)板的(de)伺(si)服(fu)慣量與(yu)負(fu)載慣量的(de)匹配等多方面。 機械加(jia)工
