機床復(fu)合化足數控機床(chuang)從單(dan)一功能(neng)向多(duo)功能(neng)方(fang)向發展(zhan)的(de)最新趨(qu)勢(shi)。車銑復(fu)(fu)(fu)合、車磨復(fu)(fu)(fu)合、銑磨復(fu)(fu)(fu)合等復(fu)(fu)(fu)合加丁機(ji)床(chuang)隨著零(ling)件(jian)加工(gong)(gong)(gong)要求的(de)變化(hua)而(er)相繼(ji)出(chu)現。這類機(ji)床(chuang)的(de)出(chu)現，改(gai)變了(le)傳(chuan)統數(shu)控機(ji)床(chuang)的(de)布(bu)局和(he)結構，能(neng)夠實現一機(ji)多(duo)用(yong)，工(gong)(gong)(gong)件(jian)一次(ci)裝夾就(jiu)可以(yi)完成(cheng)全部或大部分工(gong)(gong)(gong)序的(de)加工(gong)(gong)(gong)，從而(er)減少(shao)了(le)工(gong)(gong)(gong)件(jian)裝夾次(ci)數(shu)，提高了(le)機(ji)床(chuang)加工(gong)(gong)(gong)效率，減少(shao)機(ji)床(chuang)使(shi)用(yong)臺數(shu)，節約能(neng)源。
車銑復合加工機(ji)床是復合加工機(ji)床中發展最(zui)快、使用(yong)最(zui)廣泛的(de)數控設備。對高速(su)精密(mi)車銑復(fu)合數控機床(chuang)來說，其主(zhu)軸系統是電主軸結(jie)構，機(ji)床的(de)加工精(jing)度(du)很(hen)大程(cheng)度(du)上取決于機(ji)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(ji)床整機(ji)動(dong)態性能的(de)影響。因此在車銑(xian)復合機(ji)床(chuang)制造與裝配過(guo)程(cheng)中如何提高(gao)電主軸(zhou)系統的精度、提高(gao)刀架的位置精度、改(gai)善機(ji)(ji)床(chuang)的整機(ji)(ji)動態性能是機(ji)(ji)床(chuang)設計(ji)的關(guan)鍵(jian)。本文從以下(xia)幾方面來分析影響車銑(xian)復合機(ji)(ji)床(chuang)加工精度的因素，并提出相應的解決方法(fa)。
1電主軸系統的精度(du)
1.1電主軸系統的分度精度和準停精度
車銑復(fu)合加工(gong)機床電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)是考(kao)核機床主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)一個重要指標，是影響機床加工(gong)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)重要因素。為了實現電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統高的(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)，國際上數控(kong)車銑復(fu)合加工(gong)中心均采用內藏(zang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)式電(dian)機(簡稱電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子裝(zhuang)配成一體，減少中間傳動環節對主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)影響。工(gong)作時，電(dian)機轉(zhuan)(zhuan)子回轉(zhuan)(zhuan)即帶動主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)(zhuan)。主(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)回轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)速度(du)(du)環和(he)位置環采用高精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)反饋元件(jian)，實現全閉環控(kong)制(zhi)，反饋元件(jian)采集到的(de)(de)位置信號經數控(kong)系統分(fen)(fen)頻處理，使主(zhu)軸分(fen)(fen)度的分(fen)(fen)辨率達(da)到(dao)0.001°(主(zhu)軸最小(xiao)分(fen)(fen)度單位為3.6”)或(huo)更小(xiao)，從而使機床主(zhu)軸系統具有很(hen)高的分(fen)(fen)度精度和準停(ting)精度。
為實現上述目的，采(cai)取如下解決方法：
a.電(dian)機轉(zhuan)子與機床(chuang)主軸(zhou)采取(qu)特殊的裝配工藝，保證機床(chuang)主軸(zhou)與電(dian)機轉(zhuan)子內孔的連(lian)接剛度，能傳(chuan)遞大的切削(xue)扭矩。
; b.電主軸組(zu)裝配時采用較高(gao)等級的高(gao)速動平(ping)衡(heng)，降低主軸組(zu)的剩(sheng)余不平(ping)衡(heng)量，保證主軸在高(gao)速回轉(zhuan)時的平(ping)穩性。
c.電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統采(cai)用主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)制(zhi)動(dong)和阻尼裝置(zhi)，在需要(yao)主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)準(zhun)停銑(xian)(xian)(xian)削(xue)或(huo)鉆削(xue)時，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)處(chu)制(zhi)動(dong)狀(zhuang)態，以保(bao)證銑(xian)(xian)(xian)削(xue)時主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)不晃(huang)動(dong)。在連續分度銑(xian)(xian)(xian)削(xue)時，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)處(chu)于(yu)阻尼狀(zhuang)態，以保(bao)證銑(xian)(xian)(xian)削(xue)時主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回轉(zhuan)的(de)平穩(wen)性。制(zhi)動(dong)狀(zhuang)態和阻尼狀(zhuang)態可以自動(dong)切換，由編程(cheng)設定。通過以上措施，電主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)的(de)分度定位精(jing)度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)分度的(de)重復(fu)定位精(jing)度≤12”。
1.2電主軸(zhou)系統的回(hui)轉精度
數控(kong)車銑復合加(jia)工(gong)中心為高精度加(jia)工(gong)機床，主軸組是(shi)關鍵部件，主軸組的(de)回轉(zhuan)精度直接影響加(jia)工(gong)工(gong)件的(de)精度。
為保證(zheng)主軸(zhou)(zhou)(zhou)組(zu)具有高的回轉(zhuan)精度，在電(dian)主軸(zhou)(zhou)(zhou)系(xi)統中，主軸(zhou)(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機轉(zhuan)子的連接、定子外套與(yu)主軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體的配合、主軸(zhou)(zhou)(zhou)兩端與(yu)軸(zhou)(zhou)(zhou)承組(zu)的配合等采取了以下一(yi)系(xi)列的工藝(yi)措施：
a.在電(dian)主軸(zhou)(zhou)裝配前先(xian)保(bao)證主軸(zhou)(zhou)箱體孔(kong)的(de)精度(du)(du)，孔(kong)的(de)圓(yuan)度(du)(du)、尺寸公(gong)差(cha)、前后軸(zhou)(zhou)承孔(kong)的(de)同軸(zhou)(zhou)度(du)(du)都在要求(qiu)的(de)范(fan)圍內;主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的(de)徑(jing)向跳動(dong)、前后軸(zhou)(zhou)頸的(de)同軸(zhou)(zhou)度(du)(du)以及主軸(zhou)(zhou)端(duan)(duan)部的(de)徑(jing)向跳動(dong)和端(duan)(duan)面跳動(dong)公(gong)差(cha)均(jun)控制在0.002mm之內。
b.裝配時根據軸承(cheng)外圈的尺寸，研磨主(zhu)軸箱體孔，并(bing)使其(qi)與軸承(cheng)外圓的配合公(gong)差嚴(yan)格控(kong)制在規定的范圍;電主(zhu)軸的電機轉子與主(zhu)軸采取特殊的裝配技術(shu)等。
采取以上措施(shi)后，電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統的回轉精度得到了(le)保證，主(zhu)軸(zhou)的徑向跳動和端面(mian)跳動都(dou)在0.002mm之內，為保證工(gong)件的加(jia)工(gong)精度奠定了(le)基礎。電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統的熱(re)平衡
1.3電主軸系(xi)統的熱平衡
電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統中電機(ji)是個發熱(re)(re)體(ti)，高速回轉的(de)前后軸(zhou)(zhou)承也是發熱(re)(re)體(ti)，這會(hui)使電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)的(de)溫度(du)上升(sheng)，影響(xiang)電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的(de)加工(gong)精度(du)。如何(he)消(xiao)除熱(re)(re)源(yuan)對機(ji)床主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)精度(du)的(de)影響(xiang)，實現(xian)電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)系統的(de)熱(re)(re)平衡(heng)是車銑復合加工(gong)機(ji)床設計和制造過程中要解(jie)決的(de)關(guan)鍵(jian)問題。為(wei)此采取(qu)以下幾項(xiang)措(cuo)施：
a.主(zhu)軸箱體采取熱(re)(re)(re)對稱設計，箱體外(wai)的(de)(de)散(san)熱(re)(re)(re)筋兩邊(bian)對稱分布，讓主(zhu)軸箱產生(sheng)的(de)(de)熱(re)(re)(re)量盡快通過(guo)散(san)熱(re)(re)(re)筋散(san)發(fa)掉，同時(shi)由于(yu)散(san)熱(re)(re)(re)筋是對稱分布的(de)(de)，主(zhu)軸發(fa)熱(re)(re)(re)時(shi)主(zhu)軸軸線(xian)不會(hui)產生(sheng)偏(pian)移。
b.對主(zhu)軸軸承的預(yu)加載荷和(he)潤(run)滑條(tiao)件(jian)按設計要(yao)求予以控制(zhi)，既保證(zheng)主(zhu)軸的剛度，又保證(zheng)主(zhu)軸在高速回(hui)轉時軸承發熱量最小。
c.對電機(ji)這個主要發熱(re)源(yuan)采(cai)用(yong)外循環冷(leng)(leng)卻(que)措(cuo)施。在(zai)電主軸的定子外套外面裝(zhuang)有循環冷(leng)(leng)卻(que)水套，冷(leng)(leng)卻(que)水由獨立(li)的溫(wen)控裝(zhuang)置進行控制，溫(wen)度控制在(zai)22±1℃，電機(ji)產生的熱(re)量通(tong)過定子外面的冷(leng)(leng)卻(que)水套的循環冷(leng)(leng)卻(que)水迅速帶走。
通過(guo)以上技術措施，保證了主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)在高(gao)速回轉時前軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承溫升(sheng)不超過(guo)25℃，后軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承溫升(sheng)不超過(guo)20℃，實現了電主軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)系統的熱平衡。
2車銑復合加工機(ji)床動態性能
a.機床(chuang)電(dian)主軸(zhou)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)動(dong)(dong)態性(xing)(xing)能。機床(chuang)加工(gong)精度(du)不僅受到(dao)前面各項(xiang)因素的(de)影響，還要受到(dao)電(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)動(dong)(dong)態特性(xing)(xing)的(de)影響，而機床(chuang)的(de)振(zhen)動(dong)(dong)就取(qu)決電(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)動(dong)(dong)態特性(xing)(xing)。由(you)于(yu)電(dian)主軸(zhou)一(yi)軸(zhou)承(cheng)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)是一(yi)個復雜的(de)振(zhen)動(dong)(dong)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)，其動(dong)(dong)態特性(xing)(xing)不僅與(yu)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)的(de)阻尼(ni)和靜剛(gang)度(du)有關，還與(yu)由(you)系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)(tong)結構
所(suo)決(jue)定(ding)的(de)(de)(de)振型有(you)關。因此在進行(xing)機床設(she)計(ji)時，要進行(xing)動力學分析，計(ji)算出主(zhu)軸(zhou)箱(xiang)體的(de)(de)(de)一階、二階固(gu)(gu)(gu)有(you)頻率，使其一階固(gu)(gu)(gu)有(you)頻率要避(bi)開(kai)主(zhu)軸(zhou)的(de)(de)(de)最(zui)低轉(zhuan)速，二階固(gu)(gu)(gu)有(you)頻率要避(bi)開(kai)電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)的(de)(de)(de)最(zui)高(gao)轉(zhuan)速，以避(bi)免電(dian)(dian)主(zhu)軸(zhou)系統產生共振，消除由于振動造成的(de)(de)(de)對機床加(jia)工精度的(de)(de)(de)影響。
b.機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身整體剛(gang)度對(dui)車銑復合(he)加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的加(jia)工(gong)精度影(ying)響很大，在機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)設計時還(huan)要對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)(chuang)，身進行有(you)限(xian)元分析，優(you)化機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)身結構(gou)，提高(gao)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的床(chuang)(chuang)(chuang)身剛(gang)度，改(gai)善機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)的整機(ji)動態性(xing)能，避免機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)局(ju)部剛(gang)度不足引(yin)起(qi)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)結構(gou)的變形(xing)，造(zao)成對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)精度的影(ying)響。
3刀架分(fen)度(du)定(ding)位精(jing)度(du)及位置精(jing)度(du)
車(che)銑復合加工(gong)中心刀架的(de)每(mei)個(ge)工(gong)位(wei)既可安(an)裝車(che)削(xue)刀具，又可安(an)裝徑向和(he)軸向動力刀具，并根據被加工(gong)工(gong)件的(de)需要配置刀具的(de)種類和(he)數量。電動刀架(jia)的(de)位(wei)置精度(du)是影響車(che)銑復合(he)機床加(jia)工精度(du)的(de)重(zhong)要因素，在機床設計和(he)制(zhi)造(zao)過程中要加(jia)以(yi)重(zhong)視。為提(ti)高(gao)刀架的(de)分(fen)度(du)定(ding)位(wei)精度(du)和(he)位(wei)置精度(du)，可(ke)采取如下解決(jue)方(fang)法：
a.刀(dao)架(jia)分度(du)定位(wei)一(yi)致(zhi)性的高低(di)，對(dui)加工(gong)工(gong)件的尺寸一(yi)致(zhi)性影響很大。為此選擇高分度(du)精度(du)的電(dian)動刀(dao)架(jia)，并對(dui)刀(dao)架(jia)采用專門的裝配(pei)工(gong)藝，保證刀(dao)架(jia)分度(du)定位(wei)精度(du)≤0.005mm。
b.實現刀架X紀向伺服(fu)運動的(de)X/Z軸的(de)位置精度(du)也是_項重(zhong)要的(de)精度(du)指標，該項精度(du)與加(jia)工工件(jian)的(de)尺(chi)寸(cun)分散度(du)及一致性(xing)直接(jie)有(you)關。這是一項綜合精度(du)，涉及到(dao)滾珠(zhu)絲杠和軸承(cheng)的(de)精度、刀(dao)架拖板的(de)伺服(fu)靈敏度、拖板的(de)伺服(fu)慣(guan)(guan)量與負載慣(guan)(guan)量的(de)匹(pi)配等多(duo)方面。 機(ji)械加工
