機床復合化足數(shu)控機床從(cong)單一(yi)(yi)功能(neng)向(xiang)多功能(neng)方向(xiang)發展的(de)最新(xin)趨勢(shi)。車銑復(fu)合、車磨復(fu)合、銑磨復(fu)合等(deng)復(fu)合加(jia)(jia)丁機(ji)床隨著零件(jian)加(jia)(jia)工(gong)要(yao)求的(de)變(bian)(bian)化而相(xiang)繼(ji)出(chu)現。這類機(ji)床的(de)出(chu)現，改變(bian)(bian)了傳統(tong)數控機(ji)床的(de)布局(ju)和結構，能(neng)夠(gou)實現一(yi)(yi)機(ji)多用(yong)，工(gong)件(jian)一(yi)(yi)次(ci)裝夾就可(ke)以(yi)完成全(quan)部或大(da)部分(fen)工(gong)序(xu)的(de)加(jia)(jia)工(gong)，從(cong)而減(jian)少(shao)了工(gong)件(jian)裝夾次(ci)數，提高了機(ji)床加(jia)(jia)工(gong)效率，減(jian)少(shao)機(ji)床使用(yong)臺(tai)數，節約(yue)能(neng)源。
車銑復合加(jia)工機床是復合加(jia)工機床中發展最快、使(shi)用(yong)最廣(guang)泛的數(shu)控(kong)設備。對高速精密車(che)銑復合數(shu)控機床來說，其主軸系統是電主軸結構，機床的(de)加工(gong)精度很(hen)大程度上取(qu)決于機床的(de)電(dian)主軸系統的(de)精度，并受刀(dao)架位置(zhi)精度和機床整(zheng)機動(dong)態性能的(de)影響(xiang)。因(yin)此在車銑(xian)復合機(ji)床(chuang)制造與裝配過(guo)程中(zhong)如何(he)提(ti)(ti)高(gao)電主軸系統的(de)精度、提(ti)(ti)高(gao)刀架(jia)的(de)位置精度、改善(shan)機(ji)床(chuang)的(de)整機(ji)動態性能是機(ji)床(chuang)設計的(de)關鍵。本文(wen)從以(yi)下幾方面來分析(xi)影響(xiang)車銑復合機(ji)床(chuang)加工精度的(de)因素(su)，并(bing)提(ti)(ti)出相應的(de)解決方法。
1電主軸系(xi)統(tong)的精度
1.1電(dian)主軸系統的分度(du)精度(du)和準停(ting)精度(du)
車銑復合(he)加(jia)工機(ji)(ji)(ji)床電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)的(de)(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停(ting)精(jing)(jing)度(du)(du)是考核機(ji)(ji)(ji)床主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)一個重要指標，是影響機(ji)(ji)(ji)床加(jia)工精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)重要因素(su)。為了實現(xian)電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統(tong)高的(de)(de)(de)分度(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)和(he)準停(ting)精(jing)(jing)度(du)(du)，國際上(shang)數控(kong)車銑復合(he)加(jia)工中(zhong)心均采(cai)用內藏主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)式電(dian)機(ji)(ji)(ji)(簡稱電(dian)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou))，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)與(yu)電(dian)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)裝配成(cheng)一體，減少(shao)中(zhong)間(jian)傳動(dong)環(huan)節對主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)影響。工作時，電(dian)機(ji)(ji)(ji)轉(zhuan)子(zi)回(hui)轉(zhuan)即帶動(dong)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)。主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)回(hui)轉(zhuan)的(de)(de)(de)速度(du)(du)環(huan)和(he)位置(zhi)環(huan)采(cai)用高精(jing)(jing)度(du)(du)的(de)(de)(de)反饋(kui)(kui)元(yuan)件，實現(xian)全閉環(huan)控(kong)制，反饋(kui)(kui)元(yuan)件采(cai)集到的(de)(de)(de)位置(zhi)信號經(jing)數控系統分頻處(chu)理，使(shi)主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)分度(du)(du)的分辨(bian)率(lv)達到0.001°(主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)最(zui)小(xiao)分度(du)(du)單位(wei)為(wei)3.6”)或更小(xiao)，從而使(shi)機床(chuang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)系統具有很高的分度(du)(du)精(jing)度(du)(du)和準停精(jing)度(du)(du)。
為實現上(shang)述目的(de)，采取如下(xia)解(jie)決方法：
a.電機轉(zhuan)(zhuan)子與(yu)機床主(zhu)軸采取特殊的(de)裝配工藝(yi)，保證機床主(zhu)軸與(yu)電機轉(zhuan)(zhuan)子內(nei)孔的(de)連(lian)接剛度，能傳遞大的(de)切削(xue)扭矩。
b.電主(zhu)軸組(zu)裝配時(shi)采用較高(gao)(gao)等級的(de)高(gao)(gao)速(su)動平(ping)衡，降低主(zhu)軸組(zu)的(de)剩余不平(ping)衡量，保證主(zhu)軸在高(gao)(gao)速(su)回轉時(shi)的(de)平(ping)穩性。
c.電(dian)主軸(zhou)系統采用(yong)主軸(zhou)制(zhi)動(dong)和(he)阻尼裝置，在需要(yao)主軸(zhou)準停銑(xian)(xian)(xian)削或鉆削時(shi)(shi)(shi)，主軸(zhou)處制(zhi)動(dong)狀態，以保(bao)證銑(xian)(xian)(xian)削時(shi)(shi)(shi)主軸(zhou)不晃動(dong)。在連續分度(du)(du)銑(xian)(xian)(xian)削時(shi)(shi)(shi)，主軸(zhou)處于阻尼狀態，以保(bao)證銑(xian)(xian)(xian)削時(shi)(shi)(shi)主軸(zhou)回轉的(de)平穩(wen)性。制(zhi)動(dong)狀態和(he)阻尼狀態可以自動(dong)切換，由編程設定。通過以上措施(shi)，電(dian)主軸(zhou)系統主軸(zhou)的(de)分度(du)(du)定位(wei)精(jing)度(du)(du)≤24”，主軸(zhou)分度(du)(du)的(de)重復定位(wei)精(jing)度(du)(du)≤12”。
1.2電主(zhu)軸系統的回轉精度
數(shu)控車(che)銑復合(he)加(jia)工(gong)中心為高精度加(jia)工(gong)機床，主軸組(zu)是(shi)關鍵部件(jian)，主軸組(zu)的回轉精度直(zhi)接(jie)影響加(jia)工(gong)工(gong)件(jian)的精度。
為保證(zheng)主(zhu)軸組具有高的(de)回轉精度，在(zai)電主(zhu)軸系統中，主(zhu)軸與電機轉子的(de)連(lian)接、定子外套(tao)與主(zhu)軸箱體的(de)配(pei)合(he)、主(zhu)軸兩(liang)端與軸承組的(de)配(pei)合(he)等采取了以下一系列的(de)工藝措施：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)裝配前先保(bao)證主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體(ti)孔(kong)的精度(du)，孔(kong)的圓度(du)、尺寸公差、前后軸(zhou)(zhou)承(cheng)孔(kong)的同(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)都在要(yao)求的范圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)頸的徑向跳動(dong)、前后軸(zhou)(zhou)頸的同(tong)軸(zhou)(zhou)度(du)以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)端部的徑向跳動(dong)和端面跳動(dong)公差均控制在0.002mm之內。
b.裝配時根(gen)據軸(zhou)承外圈(quan)的(de)(de)尺寸，研磨主軸(zhou)箱體孔，并(bing)使其與(yu)軸(zhou)承外圓的(de)(de)配合公差(cha)嚴格(ge)控(kong)制在規定(ding)的(de)(de)范圍;電主軸(zhou)的(de)(de)電機(ji)轉子與(yu)主軸(zhou)采取(qu)特殊的(de)(de)裝配技(ji)術等。
采取以上措(cuo)施后，電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的(de)回轉精度得到了保證，主(zhu)軸(zhou)的(de)徑向跳動和(he)端(duan)面跳動都(dou)在0.002mm之內(nei)，為(wei)保證工(gong)件的(de)加工(gong)精度奠定了基礎。電(dian)主(zhu)軸(zhou)系統(tong)的(de)熱(re)平衡
1.3電主軸系統的熱平衡(heng)
電主(zhu)軸系(xi)統(tong)中電機是(shi)個發熱(re)(re)體(ti)，高速回(hui)轉的(de)前后軸承也是(shi)發熱(re)(re)體(ti)，這會使電主(zhu)軸的(de)溫(wen)度(du)上(shang)升，影響電主(zhu)軸系(xi)統(tong)的(de)加工(gong)精度(du)。如何消除熱(re)(re)源對機床(chuang)主(zhu)軸精度(du)的(de)影響，實現電主(zhu)軸系(xi)統(tong)的(de)熱(re)(re)平衡是(shi)車銑(xian)復合加工(gong)機床(chuang)設計和制造(zao)過程中要解決的(de)關鍵問(wen)題。為(wei)此采取以下幾(ji)項措施：
a.主軸(zhou)(zhou)(zhou)箱體采(cai)取熱(re)對(dui)(dui)稱(cheng)設計，箱體外(wai)的(de)(de)散(san)(san)熱(re)筋兩邊對(dui)(dui)稱(cheng)分布(bu)，讓主軸(zhou)(zhou)(zhou)箱產(chan)生(sheng)的(de)(de)熱(re)量盡快(kuai)通過散(san)(san)熱(re)筋散(san)(san)發掉，同(tong)時由于散(san)(san)熱(re)筋是(shi)對(dui)(dui)稱(cheng)分布(bu)的(de)(de)，主軸(zhou)(zhou)(zhou)發熱(re)時主軸(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)線不會產(chan)生(sheng)偏移。
b.對主(zhu)軸(zhou)軸(zhou)承的預加載荷和潤滑(hua)條件按設計(ji)要求(qiu)予(yu)以控制，既保(bao)證主(zhu)軸(zhou)的剛度，又(you)保(bao)證主(zhu)軸(zhou)在高速回轉(zhuan)時軸(zhou)承發熱量最小。
c.對電機(ji)這個(ge)主要發(fa)熱(re)源采用外循(xun)環冷卻(que)措施(shi)。在電主軸的(de)定子外套外面裝有循(xun)環冷卻(que)水套，冷卻(que)水由獨立(li)的(de)溫(wen)控(kong)裝置進(jin)行控(kong)制，溫(wen)度控(kong)制在22±1℃，電機(ji)產生(sheng)的(de)熱(re)量通過定子外面的(de)冷卻(que)水套的(de)循(xun)環冷卻(que)水迅速帶走。
通(tong)過以上技術措(cuo)施，保證了(le)主軸(zhou)在高(gao)速回轉時前軸(zhou)承(cheng)溫(wen)升(sheng)(sheng)不(bu)(bu)超過25℃，后軸(zhou)承(cheng)溫(wen)升(sheng)(sheng)不(bu)(bu)超過20℃，實現(xian)了(le)電主軸(zhou)系統的熱平衡。
2車銑復(fu)合加工機床動態性能
a.機床電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)性能。機床加工精度不僅受(shou)到(dao)前面各項(xiang)因素的(de)(de)(de)影(ying)響，還要受(shou)到(dao)電(dian)主軸(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)特性的(de)(de)(de)影(ying)響，而機床的(de)(de)(de)振(zhen)動就取決電(dian)主軸(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)動態(tai)特性。由于電(dian)主軸(zhou)(zhou)一軸(zhou)(zhou)承系(xi)(xi)統(tong)(tong)是一個(ge)復雜的(de)(de)(de)振(zhen)動系(xi)(xi)統(tong)(tong)，其(qi)動態(tai)特性不僅與系(xi)(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)阻尼和靜剛度有關，還與由系(xi)(xi)統(tong)(tong)結構
所決定的(de)振型有關。因此在進行(xing)機(ji)床設計時，要進行(xing)動(dong)力學分析，計算出主(zhu)(zhu)軸(zhou)箱(xiang)體的(de)一(yi)階(jie)、二階(jie)固有頻(pin)率，使其一(yi)階(jie)固有頻(pin)率要避(bi)開主(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)最低轉(zhuan)速，二階(jie)固有頻(pin)率要避(bi)開電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)的(de)最高轉(zhuan)速，以避(bi)免電(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統產生(sheng)共振，消(xiao)除由于振動(dong)造成的(de)對機(ji)床加工精(jing)度的(de)影響。
b.機(ji)(ji)(ji)(ji)床床身(shen)整體剛(gang)度(du)(du)對(dui)(dui)車(che)銑復(fu)合加工(gong)機(ji)(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)加工(gong)精度(du)(du)影響很(hen)大，在(zai)機(ji)(ji)(ji)(ji)床設計時(shi)還要對(dui)(dui)機(ji)(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)床，身(shen)進行有限(xian)元分析(xi)，優化(hua)機(ji)(ji)(ji)(ji)床床身(shen)結構(gou)，提高機(ji)(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)床身(shen)剛(gang)度(du)(du)，改善機(ji)(ji)(ji)(ji)床的(de)(de)整機(ji)(ji)(ji)(ji)動態性能，避免機(ji)(ji)(ji)(ji)床局部(bu)剛(gang)度(du)(du)不足引(yin)起機(ji)(ji)(ji)(ji)床結構(gou)的(de)(de)變(bian)形，造成對(dui)(dui)機(ji)(ji)(ji)(ji)床加工(gong)精度(du)(du)的(de)(de)影響。
3刀(dao)架分度定位精(jing)度及(ji)位置精(jing)度
車銑復合(he)加工中心刀架的(de)(de)每個工位(wei)既可安(an)裝(zhuang)(zhuang)車削(xue)刀具(ju)(ju)，又可安(an)裝(zhuang)(zhuang)徑向和(he)軸向動力刀具(ju)(ju)，并根(gen)據被加工工件的(de)(de)需(xu)要配置刀具(ju)(ju)的(de)(de)種類和(he)數量。電動刀架的位置(zhi)精度(du)是(shi)影(ying)響車(che)銑復合機床(chuang)加工精度(du)的重(zhong)要因素，在機床(chuang)設(she)計和制造(zao)過程中要加以重(zhong)視。為提高刀架的分度(du)定(ding)位精度(du)和位置(zhi)精度(du)，可采取如下解決(jue)方法(fa)：
a.刀架分度(du)(du)(du)定位一(yi)致(zhi)性的(de)高(gao)低，對加工工件的(de)尺寸(cun)一(yi)致(zhi)性影響很大。為此選擇(ze)高(gao)分度(du)(du)(du)精(jing)度(du)(du)(du)的(de)電動刀架，并(bing)對刀架采(cai)用(yong)專門(men)的(de)裝配工藝，保(bao)證刀架分度(du)(du)(du)定位精(jing)度(du)(du)(du)≤0.005mm。
b.實現刀(dao)架(jia)X紀向伺(si)服運動的(de)X/Z軸的(de)位置精(jing)(jing)度(du)也是_項重要的(de)精(jing)(jing)度(du)指標(biao)，該項精(jing)(jing)度(du)與(yu)加(jia)工工件(jian)的(de)尺寸分散度(du)及一致性直接有關。這是一項綜合精(jing)(jing)度(du)，涉及到滾珠絲(si)杠和軸承的(de)精度(du)、刀架拖板(ban)(ban)的(de)伺服靈(ling)敏度(du)、拖板(ban)(ban)的(de)伺服慣量與負(fu)載(zai)慣量的(de)匹配等多方(fang)面。 機械加(jia)工
