機床復(fu)合化足數控(kong)機床從(cong)單(dan)一功(gong)能(neng)(neng)向(xiang)多功(gong)能(neng)(neng)方向(xiang)發展的(de)(de)最(zui)新趨勢(shi)。車(che)銑(xian)復(fu)合(he)、車(che)磨復(fu)合(he)、銑(xian)磨復(fu)合(he)等復(fu)合(he)加(jia)(jia)丁(ding)機(ji)床隨著零件加(jia)(jia)工(gong)要求的(de)(de)變化(hua)而(er)相繼出現(xian)(xian)。這類機(ji)床的(de)(de)出現(xian)(xian)，改變了(le)(le)傳統數控機(ji)床的(de)(de)布局和結構，能(neng)(neng)夠實現(xian)(xian)一機(ji)多用，工(gong)件一次(ci)裝夾(jia)就可(ke)以完成全部或大部分(fen)工(gong)序(xu)的(de)(de)加(jia)(jia)工(gong)，從(cong)而(er)減(jian)少了(le)(le)工(gong)件裝夾(jia)次(ci)數，提(ti)高了(le)(le)機(ji)床加(jia)(jia)工(gong)效率，減(jian)少機(ji)床使用臺數，節約能(neng)(neng)源。
車銑復合(he)加工機床是復合(he)加工機床中發展(zhan)最快、使用最廣(guang)泛(fan)的數控設備(bei)。對高速精密(mi)車銑(xian)復合數控機床來說，其(qi)主軸(zhou)系統(tong)是(shi)電主(zhu)軸結構，機(ji)床(chuang)的(de)加(jia)工精度(du)(du)很大程度(du)(du)上取決于機(ji)床(chuang)的(de)電主軸(zhou)系統的(de)精度(du)(du)，并(bing)受刀架位置精度(du)(du)和(he)機(ji)床(chuang)整機(ji)動態性能的(de)影(ying)響。因(yin)此在車銑復合機床(chuang)制造與(yu)裝配(pei)過程中如何提(ti)(ti)高(gao)電(dian)主(zhu)軸系統的精(jing)度(du)、提(ti)(ti)高(gao)刀架的位置精(jing)度(du)、改善機(ji)床(chuang)的整機(ji)動態性能是機(ji)床(chuang)設計的關鍵。本文(wen)從(cong)以下(xia)幾方面(mian)來分(fen)析影響車(che)銑復合(he)機(ji)床(chuang)加(jia)工精(jing)度(du)的因素，并提(ti)(ti)出相(xiang)應的解決(jue)方法(fa)。
1電主軸(zhou)系(xi)統的精度
1.1電主軸系(xi)統(tong)的分度(du)精度(du)和準停精度(du)
車銑(xian)復(fu)合加工(gong)機(ji)(ji)床電(dian)主軸(zhou)(zhou)系統(tong)的(de)(de)(de)分度(du)(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)(du)是考核機(ji)(ji)床主軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)一個重要(yao)指標，是影響(xiang)(xiang)機(ji)(ji)床加工(gong)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)重要(yao)因素(su)。為了(le)實現電(dian)主軸(zhou)(zhou)系統(tong)高的(de)(de)(de)分度(du)(du)(du)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)和(he)準停精(jing)(jing)度(du)(du)(du)，國際上數控車銑(xian)復(fu)合加工(gong)中(zhong)心均采(cai)(cai)用(yong)內藏主軸(zhou)(zhou)式電(dian)機(ji)(ji)(簡稱電(dian)主軸(zhou)(zhou))，主軸(zhou)(zhou)與電(dian)機(ji)(ji)轉子(zi)裝(zhuang)配成一體(ti)，減少中(zhong)間傳動(dong)環節(jie)對主軸(zhou)(zhou)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)影響(xiang)(xiang)。工(gong)作時(shi)，電(dian)機(ji)(ji)轉子(zi)回(hui)轉即帶動(dong)主軸(zhou)(zhou)回(hui)轉。主軸(zhou)(zhou)回(hui)轉的(de)(de)(de)速度(du)(du)(du)環和(he)位置(zhi)環采(cai)(cai)用(yong)高精(jing)(jing)度(du)(du)(du)的(de)(de)(de)反(fan)(fan)饋(kui)元(yuan)件，實現全閉(bi)環控制(zhi)，反(fan)(fan)饋(kui)元(yuan)件采(cai)(cai)集到的(de)(de)(de)位置(zhi)信號經(jing)數控系統(tong)分(fen)(fen)頻(pin)處理，使主軸分(fen)(fen)度的分(fen)(fen)辨率達到(dao)0.001°(主軸最小分(fen)(fen)度單位為3.6”)或更小，從而使機床主軸系統具(ju)有很高的分(fen)(fen)度精(jing)度和(he)準停精(jing)度。
為(wei)實現上述目的，采取如下解(jie)決(jue)方法：
a.電機(ji)轉子與機(ji)床(chuang)主軸采取特殊的(de)裝(zhuang)配工藝，保證機(ji)床(chuang)主軸與電機(ji)轉子內孔的(de)連接剛度，能(neng)傳(chuan)遞大的(de)切削扭矩(ju)。
b.電主軸(zhou)組裝配時采用較高(gao)等級的(de)高(gao)速(su)動平(ping)(ping)衡(heng)，降低主軸(zhou)組的(de)剩余不平(ping)(ping)衡(heng)量，保證主軸(zhou)在高(gao)速(su)回轉時的(de)平(ping)(ping)穩性。
c.電主(zhu)(zhu)軸系(xi)統(tong)采用(yong)主(zhu)(zhu)軸制動(dong)(dong)和阻(zu)尼(ni)裝置，在(zai)需(xu)要主(zhu)(zhu)軸準停銑(xian)削(xue)(xue)(xue)或(huo)鉆削(xue)(xue)(xue)時，主(zhu)(zhu)軸處制動(dong)(dong)狀態，以(yi)(yi)保(bao)證(zheng)銑(xian)削(xue)(xue)(xue)時主(zhu)(zhu)軸不(bu)晃動(dong)(dong)。在(zai)連(lian)續分(fen)度銑(xian)削(xue)(xue)(xue)時，主(zhu)(zhu)軸處于阻(zu)尼(ni)狀態，以(yi)(yi)保(bao)證(zheng)銑(xian)削(xue)(xue)(xue)時主(zhu)(zhu)軸回轉的(de)平穩性。制動(dong)(dong)狀態和阻(zu)尼(ni)狀態可以(yi)(yi)自動(dong)(dong)切換，由編程設定。通過以(yi)(yi)上措施，電主(zhu)(zhu)軸系(xi)統(tong)主(zhu)(zhu)軸的(de)分(fen)度定位(wei)精度≤24”，主(zhu)(zhu)軸分(fen)度的(de)重復定位(wei)精度≤12”。
1.2電主軸(zhou)系(xi)統的回轉精度
數(shu)控(kong)車銑(xian)復(fu)合(he)加(jia)工中(zhong)心為高精度加(jia)工機床，主(zhu)軸(zhou)組是關鍵部件，主(zhu)軸(zhou)組的回轉精度直接影響加(jia)工工件的精度。
為保(bao)證主(zhu)軸(zhou)組(zu)具有高的回轉精度(du)，在電主(zhu)軸(zhou)系(xi)(xi)統(tong)中，主(zhu)軸(zhou)與電機轉子的連接、定子外套與主(zhu)軸(zhou)箱體的配合、主(zhu)軸(zhou)兩端與軸(zhou)承(cheng)組(zu)的配合等采取了(le)以下(xia)一系(xi)(xi)列的工藝措(cuo)施：
a.在(zai)電(dian)主軸(zhou)裝配前(qian)(qian)(qian)先保證(zheng)主軸(zhou)箱體孔的(de)精度，孔的(de)圓度、尺寸公差(cha)、前(qian)(qian)(qian)后軸(zhou)承孔的(de)同(tong)(tong)軸(zhou)度都在(zai)要求的(de)范圍內(nei);主軸(zhou)軸(zhou)頸的(de)徑向(xiang)跳(tiao)(tiao)動(dong)、前(qian)(qian)(qian)后軸(zhou)頸的(de)同(tong)(tong)軸(zhou)度以及主軸(zhou)端(duan)部的(de)徑向(xiang)跳(tiao)(tiao)動(dong)和端(duan)面跳(tiao)(tiao)動(dong)公差(cha)均控(kong)制在(zai)0.002mm之內(nei)。
b.裝配(pei)時(shi)根(gen)據軸承外圈的(de)尺(chi)寸，研磨主(zhu)軸箱體(ti)孔，并使其與(yu)軸承外圓的(de)配(pei)合公差嚴格控制在規定的(de)范圍;電(dian)主(zhu)軸的(de)電(dian)機(ji)轉子與(yu)主(zhu)軸采取(qu)特殊(shu)的(de)裝配(pei)技術等。
采取以(yi)上(shang)措施后，電主軸系統的回轉(zhuan)精度(du)得到了保(bao)證，主軸的徑向跳(tiao)動和(he)端面跳(tiao)動都在0.002mm之內(nei)，為保(bao)證工件的加工精度(du)奠(dian)定了基礎。電主軸系統的熱(re)平衡
1.3電主(zhu)軸系統(tong)的熱平衡
電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)(xi)統中電(dian)機(ji)是個發(fa)熱(re)(re)體(ti)，高速(su)回轉的(de)(de)前后軸(zhou)(zhou)承也(ye)是發(fa)熱(re)(re)體(ti)，這會(hui)使電(dian)主軸(zhou)(zhou)的(de)(de)溫度上(shang)升，影響電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)(xi)統的(de)(de)加(jia)工精度。如何消(xiao)除熱(re)(re)源對(dui)機(ji)床主軸(zhou)(zhou)精度的(de)(de)影響，實現電(dian)主軸(zhou)(zhou)系(xi)(xi)統的(de)(de)熱(re)(re)平衡是車銑復合加(jia)工機(ji)床設計和制(zhi)造過程中要解決的(de)(de)關(guan)鍵(jian)問題。為(wei)此采取以下幾項措施：
a.主軸(zhou)(zhou)箱體(ti)采取熱對稱設計，箱體(ti)外的散熱筋(jin)兩邊對稱分布(bu)，讓(rang)主軸(zhou)(zhou)箱產生的熱量盡快通過散熱筋(jin)散發(fa)掉(diao)，同時由于散熱筋(jin)是對稱分布(bu)的，主軸(zhou)(zhou)發(fa)熱時主軸(zhou)(zhou)軸(zhou)(zhou)線(xian)不會產生偏移(yi)。
b.對主軸軸承(cheng)的預加(jia)載荷和潤滑條(tiao)件按設計要求予(yu)以控制，既保證主軸的剛度，又保證主軸在高速回轉(zhuan)時軸承(cheng)發熱量最(zui)小。
c.對電機這(zhe)個主要發熱源采用(yong)外(wai)(wai)循(xun)環冷(leng)(leng)卻(que)(que)措施。在(zai)電主軸(zhou)的(de)(de)定子外(wai)(wai)套(tao)外(wai)(wai)面(mian)裝(zhuang)有循(xun)環冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)套(tao)，冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)由獨立的(de)(de)溫控(kong)裝(zhuang)置進行(xing)控(kong)制，溫度控(kong)制在(zai)22±1℃，電機產(chan)生的(de)(de)熱量通(tong)過定子外(wai)(wai)面(mian)的(de)(de)冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)套(tao)的(de)(de)循(xun)環冷(leng)(leng)卻(que)(que)水(shui)迅(xun)速(su)帶(dai)走。
通過以上技術措施，保證了主軸(zhou)(zhou)(zhou)在高速回(hui)轉時(shi)前軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)溫升不超過25℃，后軸(zhou)(zhou)(zhou)承(cheng)溫升不超過20℃，實現了電主軸(zhou)(zhou)(zhou)系統的熱平衡。
2車銑復(fu)合(he)加工機(ji)床動態性(xing)能(neng)
a.機床(chuang)電主(zhu)軸系(xi)統(tong)(tong)的(de)動(dong)態(tai)性(xing)能(neng)。機床(chuang)加工精度不僅受到(dao)前面(mian)各項因素的(de)影響(xiang)，還(huan)要受到(dao)電主(zhu)軸一(yi)(yi)軸承系(xi)統(tong)(tong)的(de)動(dong)態(tai)特(te)(te)性(xing)的(de)影響(xiang)，而機床(chuang)的(de)振動(dong)就取決(jue)電主(zhu)軸一(yi)(yi)軸承系(xi)統(tong)(tong)的(de)動(dong)態(tai)特(te)(te)性(xing)。由于(yu)電主(zhu)軸一(yi)(yi)軸承系(xi)統(tong)(tong)是(shi)一(yi)(yi)個復雜的(de)振動(dong)系(xi)統(tong)(tong)，其(qi)動(dong)態(tai)特(te)(te)性(xing)不僅與系(xi)統(tong)(tong)的(de)阻尼和靜(jing)剛度有關(guan)，還(huan)與由系(xi)統(tong)(tong)結構
所(suo)決定的(de)振(zhen)型(xing)有關。因此在進(jin)行機床(chuang)設計時，要(yao)進(jin)行動(dong)力學(xue)分析，計算出(chu)主(zhu)軸(zhou)箱體的(de)一階(jie)(jie)、二階(jie)(jie)固有頻率，使其一階(jie)(jie)固有頻率要(yao)避(bi)開(kai)主(zhu)軸(zhou)的(de)最低轉速，二階(jie)(jie)固有頻率要(yao)避(bi)開(kai)電主(zhu)軸(zhou)的(de)最高轉速，以(yi)避(bi)免電主(zhu)軸(zhou)系統產生共振(zhen)，消除由于(yu)振(zhen)動(dong)造成的(de)對(dui)機床(chuang)加工精(jing)度的(de)影響。
b.機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)整體(ti)剛(gang)度對(dui)車銑復合(he)加(jia)工機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)加(jia)工精(jing)度影(ying)響(xiang)很大(da)，在機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)設計時(shi)還要對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)，身(shen)進行有限元分析(xi)，優化(hua)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)結構，提高機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)身(shen)剛(gang)度，改善機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)的(de)整機(ji)動(dong)態性能，避免機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)局部(bu)剛(gang)度不足(zu)引起機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)結構的(de)變形(xing)，造成對(dui)機(ji)床(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)(chuang)加(jia)工精(jing)度的(de)影(ying)響(xiang)。
3刀(dao)架分(fen)度(du)定位精(jing)(jing)度(du)及(ji)位置(zhi)精(jing)(jing)度(du)
車銑復合加工(gong)(gong)(gong)中心刀(dao)架的(de)每個(ge)工(gong)(gong)(gong)位既可安裝(zhuang)車削刀(dao)具，又(you)可安裝(zhuang)徑(jing)向和軸向動力刀(dao)具，并根據被加工(gong)(gong)(gong)工(gong)(gong)(gong)件的(de)需要配(pei)置刀(dao)具的(de)種類和數量。電動(dong)刀架的(de)位置精(jing)度是(shi)影(ying)響車銑復合機(ji)床(chuang)加工(gong)精(jing)度的(de)重要(yao)因素，在(zai)機(ji)床(chuang)設計和制造過程(cheng)中要(yao)加以重視。為提高刀(dao)架的(de)分度定位精(jing)度和位置精(jing)度，可(ke)采取如下解決(jue)方(fang)法(fa)：
; a.刀(dao)架分(fen)度(du)(du)定(ding)位(wei)(wei)一致(zhi)性的(de)高低，對(dui)加工工件的(de)尺(chi)寸一致(zhi)性影響很大。為此選擇高分(fen)度(du)(du)精度(du)(du)的(de)電(dian)動刀(dao)架，并對(dui)刀(dao)架采用專門的(de)裝配工藝(yi)，保(bao)證刀(dao)架分(fen)度(du)(du)定(ding)位(wei)(wei)精度(du)(du)≤0.005mm。
; b.實現刀(dao)架(jia)X紀向伺服運(yun)動(dong)的(de)X/Z軸(zhou)的(de)位置精度(du)(du)也是(shi)_項(xiang)重要的(de)精度(du)(du)指標，該項(xiang)精度(du)(du)與加工工件的(de)尺(chi)寸分散度(du)(du)及一(yi)致(zhi)性直接有關。這是(shi)一(yi)項(xiang)綜合精度(du)(du)，涉及到滾珠(zhu)絲(si)杠和軸承的精度、刀架拖板的伺(si)服(fu)靈敏度、拖板的伺(si)服(fu)慣量與負載(zai)慣量的匹配等(deng)多方面。 機械加(jia)工
