機床復合化足數控機(ji)床從單一(yi)功(gong)能向(xiang)多功(gong)能方向(xiang)發展(zhan)的(de)(de)最新趨勢。車銑(xian)復(fu)合(he)(he)(he)、車磨復(fu)合(he)(he)(he)、銑(xian)磨復(fu)合(he)(he)(he)等復(fu)合(he)(he)(he)加(jia)(jia)丁機(ji)床隨著零件(jian)(jian)加(jia)(jia)工(gong)要(yao)求(qiu)的(de)(de)變(bian)化(hua)而相(xiang)繼(ji)出現。這類機(ji)床的(de)(de)出現，改變(bian)了傳統數(shu)控機(ji)床的(de)(de)布(bu)局(ju)和結構，能夠實現一(yi)機(ji)多用(yong)，工(gong)件(jian)(jian)一(yi)次裝夾就可以完成(cheng)全部或大部分工(gong)序(xu)的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)，從而減少(shao)(shao)了工(gong)件(jian)(jian)裝夾次數(shu)，提高了機(ji)床加(jia)(jia)工(gong)效率，減少(shao)(shao)機(ji)床使用(yong)臺數(shu)，節約(yue)能源。
車銑復合加(jia)工機(ji)床(chuang)是復合加(jia)工機(ji)床(chuang)中發(fa)展最(zui)快(kuai)、使用(yong)最(zui)廣泛的數控(kong)設備(bei)。對高速精(jing)密車銑復合數控機(ji)床來說，其主軸(zhou)系統是電主軸結構，機(ji)(ji)床(chuang)的(de)加(jia)工精(jing)度很(hen)大程度上(shang)取決(jue)于機(ji)(ji)床(chuang)的(de)電(dian)主軸(zhou)系統的(de)精(jing)度，并受刀(dao)架位(wei)置精(jing)度和機(ji)(ji)床(chuang)整機(ji)(ji)動(dong)態性能(neng)的(de)影響。因此在(zai)車銑復合機(ji)床(chuang)制造與裝配過(guo)程(cheng)中如何提(ti)高(gao)電(dian)主軸系統的(de)(de)精度(du)、提(ti)高(gao)刀(dao)架的(de)(de)位(wei)置精度(du)、改善機(ji)床(chuang)的(de)(de)整機(ji)動態性能是機(ji)床(chuang)設計的(de)(de)關鍵。本文從以下(xia)幾(ji)方面(mian)來分(fen)析影響車銑復合(he)機(ji)床(chuang)加(jia)工精度(du)的(de)(de)因素，并提(ti)出相應的(de)(de)解決(jue)方法。
1電主軸系統的精度
1.1電主軸系(xi)統的分度(du)(du)(du)精度(du)(du)(du)和準停精度(du)(du)(du)
車(che)銑復合(he)加(jia)工機(ji)(ji)床電(dian)(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統的(de)(de)(de)(de)分度(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)和準停精(jing)(jing)(jing)度(du)是考核機(ji)(ji)床主(zhu)(zhu)軸(zhou)精(jing)(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)一個重要指標，是影(ying)響機(ji)(ji)床加(jia)工精(jing)(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)重要因(yin)素。為了(le)實(shi)(shi)現(xian)電(dian)(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou)系統高(gao)的(de)(de)(de)(de)分度(du)精(jing)(jing)(jing)度(du)和準停精(jing)(jing)(jing)度(du)，國(guo)際上數控車(che)銑復合(he)加(jia)工中心均采(cai)用內藏(zang)主(zhu)(zhu)軸(zhou)式電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)(簡稱電(dian)(dian)(dian)主(zhu)(zhu)軸(zhou))，主(zhu)(zhu)軸(zhou)與電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)轉子裝(zhuang)配成一體，減少中間傳動環節對主(zhu)(zhu)軸(zhou)精(jing)(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)影(ying)響。工作時，電(dian)(dian)(dian)機(ji)(ji)轉子回(hui)轉即帶動主(zhu)(zhu)軸(zhou)回(hui)轉。主(zhu)(zhu)軸(zhou)回(hui)轉的(de)(de)(de)(de)速度(du)環和位置環采(cai)用高(gao)精(jing)(jing)(jing)度(du)的(de)(de)(de)(de)反饋(kui)元件，實(shi)(shi)現(xian)全閉環控制，反饋(kui)元件采(cai)集(ji)到(dao)的(de)(de)(de)(de)位置信號經數控系統(tong)分頻處理，使主軸(zhou)分度(du)的分辨率(lv)達到0.001°(主軸(zhou)最(zui)小(xiao)分度(du)單位(wei)為3.6”)或更小(xiao)，從而使機床(chuang)主軸(zhou)系(xi)統具有很高(gao)的分度(du)精(jing)度(du)和準停精(jing)度(du)。
為實(shi)現上述目的(de)，采(cai)取如下解決方法(fa)：
a.電機(ji)轉子與機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)采(cai)取特殊(shu)的裝(zhuang)配工藝，保證機(ji)床(chuang)主(zhu)軸(zhou)與電機(ji)轉子內孔的連接剛(gang)度，能(neng)傳(chuan)遞大(da)的切(qie)削扭矩(ju)。
b.電主(zhu)軸(zhou)組裝配時(shi)(shi)采用(yong)較(jiao)高等(deng)級的(de)高速(su)動平(ping)(ping)衡(heng)，降低主(zhu)軸(zhou)組的(de)剩余不平(ping)(ping)衡(heng)量，保證主(zhu)軸(zhou)在(zai)高速(su)回轉時(shi)(shi)的(de)平(ping)(ping)穩性。
c.電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)采(cai)用主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)制(zhi)動(dong)和阻(zu)尼(ni)裝(zhuang)置，在需要(yao)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)準停(ting)銑(xian)(xian)削或鉆削時(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處制(zhi)動(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以保證(zheng)(zheng)銑(xian)(xian)削時(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)不晃動(dong)。在連續分度銑(xian)(xian)削時(shi)，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)處于阻(zu)尼(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)，以保證(zheng)(zheng)銑(xian)(xian)削時(shi)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)回(hui)轉的平穩性。制(zhi)動(dong)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)和阻(zu)尼(ni)狀(zhuang)(zhuang)態(tai)可以自動(dong)切換(huan)，由編程設定(ding)。通過以上措施，電主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)系(xi)統(tong)主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)的分度定(ding)位精度≤24”，主(zhu)(zhu)(zhu)軸(zhou)分度的重復定(ding)位精度≤12”。
; 1.2電(dian)主軸系(xi)統(tong)的回轉精(jing)度
; 數控車銑復合(he)加(jia)工中心為高(gao)精(jing)度加(jia)工機床，主軸組是關鍵部件(jian)，主軸組的(de)回轉精(jing)度直接影響加(jia)工工件(jian)的(de)精(jing)度。
為保證(zheng)主軸(zhou)(zhou)組具有高(gao)的(de)回轉精度，在電主軸(zhou)(zhou)系統(tong)中，主軸(zhou)(zhou)與(yu)電機轉子的(de)連接(jie)、定子外套(tao)與(yu)主軸(zhou)(zhou)箱體的(de)配(pei)合(he)、主軸(zhou)(zhou)兩(liang)端(duan)與(yu)軸(zhou)(zhou)承組的(de)配(pei)合(he)等采取了(le)以下一(yi)系列的(de)工藝(yi)措施：
a.在電主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)裝配前(qian)先保證主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)箱體孔的(de)(de)精度，孔的(de)(de)圓度、尺(chi)寸公差、前(qian)后軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)承孔的(de)(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)度都在要求的(de)(de)范圍內;主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)(de)徑(jing)向跳(tiao)動(dong)、前(qian)后軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)頸的(de)(de)同(tong)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)度以及主(zhu)軸(zhou)(zhou)(zhou)(zhou)端部的(de)(de)徑(jing)向跳(tiao)動(dong)和端面跳(tiao)動(dong)公差均控制(zhi)在0.002mm之內。
b.裝(zhuang)(zhuang)配(pei)(pei)時根(gen)據軸(zhou)承(cheng)外圈的尺(chi)寸，研磨主軸(zhou)箱(xiang)體孔，并使其(qi)與軸(zhou)承(cheng)外圓的配(pei)(pei)合(he)公(gong)差嚴(yan)格控制(zhi)在規定的范圍;電主軸(zhou)的電機轉子(zi)與主軸(zhou)采(cai)取特(te)殊的裝(zhuang)(zhuang)配(pei)(pei)技術等。
采取以(yi)上措施后(hou)，電主(zhu)軸(zhou)系統的(de)(de)回轉(zhuan)精度得到了(le)保(bao)證，主(zhu)軸(zhou)的(de)(de)徑向(xiang)跳動(dong)和端面(mian)跳動(dong)都在0.002mm之(zhi)內，為(wei)保(bao)證工件的(de)(de)加(jia)工精度奠定了(le)基礎。電主(zhu)軸(zhou)系統的(de)(de)熱平衡
1.3電主(zhu)軸系統(tong)的(de)熱(re)平衡
電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統中電(dian)機是(shi)個發熱體(ti)，高速(su)回轉(zhuan)的(de)(de)(de)前后軸(zhou)承也(ye)是(shi)發熱體(ti)，這會(hui)使電(dian)主(zhu)軸(zhou)的(de)(de)(de)溫(wen)度上升，影響電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統的(de)(de)(de)加工精度。如何消除熱源(yuan)對機床主(zhu)軸(zhou)精度的(de)(de)(de)影響，實(shi)現電(dian)主(zhu)軸(zhou)系(xi)統的(de)(de)(de)熱平衡是(shi)車銑復合加工機床設計和制造過程中要解決的(de)(de)(de)關鍵問題。為此采取以下幾項措施：
a.主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱體(ti)采取熱(re)對稱(cheng)設計，箱體(ti)外的(de)散熱(re)筋(jin)兩(liang)邊對稱(cheng)分(fen)布，讓(rang)主(zhu)軸(zhou)(zhou)箱產(chan)生的(de)熱(re)量(liang)盡快通過散熱(re)筋(jin)散發(fa)(fa)掉，同時由于散熱(re)筋(jin)是對稱(cheng)分(fen)布的(de)，主(zhu)軸(zhou)(zhou)發(fa)(fa)熱(re)時主(zhu)軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線不會產(chan)生偏移(yi)。
b.對主(zhu)軸軸承的預加載荷和潤滑(hua)條件按設(she)計要求予以控制，既保(bao)證(zheng)主(zhu)軸的剛度，又保(bao)證(zheng)主(zhu)軸在高速回(hui)轉時(shi)軸承發(fa)熱量最小。
c.對電機這個(ge)主要發熱(re)源采用外循(xun)環冷(leng)卻措施。在(zai)電主軸的(de)(de)定(ding)子外套(tao)外面裝有循(xun)環冷(leng)卻水套(tao)，冷(leng)卻水由(you)獨立的(de)(de)溫控(kong)(kong)裝置進行控(kong)(kong)制，溫度控(kong)(kong)制在(zai)22±1℃，電機產生(sheng)的(de)(de)熱(re)量通過定(ding)子外面的(de)(de)冷(leng)卻水套(tao)的(de)(de)循(xun)環冷(leng)卻水迅速(su)帶走。
通(tong)過(guo)以上技術措施，保證了主軸(zhou)(zhou)在高速回(hui)轉時前軸(zhou)(zhou)承溫升(sheng)不超過(guo)25℃，后軸(zhou)(zhou)承溫升(sheng)不超過(guo)20℃，實現了電主軸(zhou)(zhou)系統的熱平衡(heng)。
2車銑復合(he)加工機床動(dong)態性能
a.機(ji)床電(dian)(dian)主軸(zhou)系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)態(tai)性(xing)能。機(ji)床加(jia)工精度不僅(jin)受到(dao)前面各項因素的(de)(de)影(ying)響，還要受到(dao)電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)態(tai)特性(xing)的(de)(de)影(ying)響，而機(ji)床的(de)(de)振動(dong)就取決電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系(xi)統(tong)的(de)(de)動(dong)態(tai)特性(xing)。由(you)于電(dian)(dian)主軸(zhou)一(yi)(yi)軸(zhou)承系(xi)統(tong)是(shi)一(yi)(yi)個復雜(za)的(de)(de)振動(dong)系(xi)統(tong)，其(qi)動(dong)態(tai)特性(xing)不僅(jin)與(yu)系(xi)統(tong)的(de)(de)阻(zu)尼和靜剛度有關，還與(yu)由(you)系(xi)統(tong)結(jie)構
所(suo)決(jue)定(ding)的(de)振(zhen)型有關。因此(ci)在進(jin)行(xing)機床(chuang)設計(ji)時，要進(jin)行(xing)動(dong)力(li)學(xue)分析，計(ji)算出主(zhu)軸箱(xiang)體(ti)的(de)一(yi)階、二(er)階固(gu)有頻(pin)率，使其一(yi)階固(gu)有頻(pin)率要避(bi)開(kai)主(zhu)軸的(de)最低(di)轉(zhuan)速，二(er)階固(gu)有頻(pin)率要避(bi)開(kai)電(dian)主(zhu)軸的(de)最高轉(zhuan)速，以避(bi)免電(dian)主(zhu)軸系統產生共振(zhen)，消(xiao)除(chu)由于振(zhen)動(dong)造成(cheng)的(de)對機床(chuang)加工精度的(de)影響。
b.機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身整體剛(gang)度(du)對(dui)車銑復合(he)加(jia)工(gong)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加(jia)工(gong)精度(du)影響很大，在機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時(shi)還要對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身進行有限元分析(xi)，優化機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身結構，提(ti)高機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身剛(gang)度(du)，改善機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)動態(tai)性能，避(bi)免機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部(bu)剛(gang)度(du)不足(zu)引起機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)變形，造成對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工(gong)精度(du)的(de)影響。
3刀架分度(du)定位精(jing)度(du)及位置精(jing)度(du)
車銑復(fu)合加工(gong)中心刀(dao)(dao)架的每個(ge)工(gong)位既可安(an)裝(zhuang)車削(xue)刀(dao)(dao)具(ju)，又可安(an)裝(zhuang)徑向(xiang)和軸(zhou)向(xiang)動力刀(dao)(dao)具(ju)，并根據被加工(gong)工(gong)件的需要配置(zhi)刀(dao)(dao)具(ju)的種(zhong)類和數量。電動(dong)刀架的(de)位(wei)置精(jing)(jing)度(du)(du)(du)是影響車銑復合機床加工精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)重(zhong)要因素，在機床設計(ji)和制造(zao)過程中要加以(yi)重(zhong)視。為(wei)提高(gao)刀架(jia)的(de)分(fen)度(du)(du)(du)定(ding)位(wei)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)和位(wei)置精(jing)(jing)度(du)(du)(du)，可采取如(ru)下解決方法：
a.刀架(jia)(jia)分度(du)(du)定位(wei)一致性的高低，對加(jia)工(gong)工(gong)件的尺寸一致性影響很大。為此(ci)選擇高分度(du)(du)精度(du)(du)的電動刀架(jia)(jia)，并對刀架(jia)(jia)采用專(zhuan)門(men)的裝(zhuang)配工(gong)藝，保證刀架(jia)(jia)分度(du)(du)定位(wei)精度(du)(du)≤0.005mm。
b.實現刀(dao)架X紀向伺(si)服運動的X/Z軸的位置精度也是_項重要(yao)的精度指標，該項精度與(yu)加工工件的尺寸(cun)分散度及(ji)一(yi)致性直(zhi)接有關(guan)。這是一(yi)項綜合精度，涉及(ji)到(dao)滾珠絲杠和軸(zhou)承(cheng)的(de)精度、刀架拖板的(de)伺服靈(ling)敏度、拖板的(de)伺服慣量(liang)與負載慣量(liang)的(de)匹(pi)配等(deng)多方面。 機械加工(gong)
