本文從μ2000系列臥式加工中心所包括的產(chǎn)品、機(jī)床設(shè)計(jì)目標(biāo)和主參數(shù)的確定、總體布局方案及確定、具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)、整機(jī)靜動(dòng)態(tài)性能分析及試驗(yàn)、應(yīng)用等方面對(duì)這種機(jī)床的研究開(kāi)發(fā)工作進(jìn)行了介紹，特別針對(duì)自主創(chuàng)新的部分進(jìn)行了較為詳細(xì)的介紹。

當(dāng)前，汽車工業(yè)已經(jīng)成為中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力之一。汽車工業(yè)的發(fā)展對(duì)金屬切削機(jī)床的大量需求成為推動(dòng)機(jī)床行業(yè)發(fā)展的巨大動(dòng)力，同時(shí)，汽車工業(yè)對(duì)制造裝備的要求也越來(lái)越高，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

·加強(qiáng)推進(jìn)高效化。提高機(jī)床的動(dòng)靜剛度，通過(guò)數(shù)控機(jī)床高速化、高輸出功率扭矩，使其達(dá)到甚至超過(guò)專用的組合機(jī)床的生產(chǎn)效率。

·確保精度穩(wěn)定提升。用以滿足汽車向運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲低和壽命長(zhǎng)等方向發(fā)展而對(duì)加工精度提出的要求，并有足夠的精度儲(chǔ)備。通常以過(guò)程能力指數(shù)Cp來(lái)表徵，常取Cp=1.67-2.0,以保證獲得穩(wěn)定的加工精度。近十幾年，汽車的一些關(guān)鍵件，如發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、曲軸、制動(dòng)器以及模具等在精度要求上有明顯的提高。

·柔性化及信息化。具有調(diào)整的靈活性，能滿足汽車產(chǎn)品的更新和變型要求，并能方便地融入大批量生產(chǎn)、多機(jī)集成控制的制造系統(tǒng)中去。

·注重結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)約化。貫徹高剛性設(shè)計(jì)原則，降低故障率和提高可靠性，并有利于節(jié)約成本。

μ2000系列臥式加工中心即是我所針對(duì)汽車行業(yè)對(duì)以上幾個(gè)方面的要求所開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品，其定位精度可達(dá)0.008mm，重復(fù)定位精度可達(dá)0.004mm，稱為μ系列臥式加工中心，以體現(xiàn)其高精度、高剛度等性能。

本文從以下六個(gè)方面對(duì)μ2000系列臥式加工中心的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用進(jìn)行介紹。

一、μ2000系列臥式加工中心所包括的產(chǎn)品

μ2000系列臥式加工中心包括：μ2000/800H和μ2000/5-630H臥式加工中心兩種產(chǎn)品，其中μ2000/800H為帶自動(dòng)交換臺(tái)的結(jié)構(gòu)型式，而μ2000/5-630H則是五軸聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)型式，在兩種產(chǎn)品中均體現(xiàn)了高效率的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)在宜人性和環(huán)保方面進(jìn)行了較多考慮。

二、機(jī)床設(shè)計(jì)目標(biāo)和主參數(shù)的確定

由于本系列機(jī)床具有很強(qiáng)的針對(duì)性，特別是針對(duì)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體孔方面的特殊要求，詳細(xì)確定了機(jī)床的設(shè)計(jì)目標(biāo)。主要體現(xiàn)在機(jī)床的高剛性、高速度方面，從而為機(jī)床最后的高精度、高效率提供保障。

機(jī)床的主參數(shù)如表1所示。

表1 機(jī)床的主參數(shù)

三、總體布局方案及確定

總體設(shè)計(jì)的原則：（1）要滿足開(kāi)發(fā)輸入?yún)?shù)的要求，統(tǒng)籌考慮機(jī)床的加工精度、加工效率及高速性能；（2）確保機(jī)床具有相應(yīng)的剛度、抗振性、熱變形及噪聲水平；（3）應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)，減少開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，縮短開(kāi)發(fā)周期，最大限度地考慮機(jī)床的系列化和部件的通用化程度；（4）注重采用新技術(shù)，同時(shí)新技術(shù)的應(yīng)用及其風(fēng)險(xiǎn)要盡可能?。唬?）便于觀察加工過(guò)程，便于操作、調(diào)整和維修機(jī)床，便于輸送、裝卸工件和排除切屑，注意機(jī)床防護(hù)，確保安全生產(chǎn)；（6）考慮宜人性和環(huán)保要求；(7) 巿場(chǎng)前景好，開(kāi)發(fā)及生產(chǎn)成本低。

本系列產(chǎn)品在總體方案階段主要設(shè)計(jì)考慮了兩種技術(shù)方案。方案1為倒T字型結(jié)構(gòu)，整體床身及整體立柱、工作臺(tái)左右移動(dòng)，立柱前后移動(dòng)，主軸箱上下移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：該結(jié)構(gòu)對(duì)所正在生產(chǎn)銷售的傳統(tǒng)臥式加工中心具有借鑒性，如果采取新的設(shè)計(jì)手段和方法，采用新技術(shù)，在規(guī)格提升的同時(shí)大幅度提高剛性，在主軸及伺服進(jìn)給、刀庫(kù)及轉(zhuǎn)臺(tái)等方面有較大提高，技術(shù)相對(duì)成熟，可節(jié)約設(shè)計(jì)研發(fā)時(shí)間。其缺點(diǎn)主要表現(xiàn)在立柱上具有兩個(gè)直線坐標(biāo)軸的傳動(dòng)，因而較重，此方向的線性軸在高速移動(dòng)方面可能會(huì)有所犧牲。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

方案2為正T字型結(jié)構(gòu)，工作臺(tái)前后移動(dòng)，立柱左右移動(dòng)，主軸箱上下移動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)：立柱較輕，適合高速移動(dòng)。其缺點(diǎn)主要是：當(dāng)選用分度工作臺(tái)時(shí)，該結(jié)構(gòu)只可在前方配置回轉(zhuǎn)式雙工位交換工作臺(tái)，一般雙工位交換工作臺(tái)與主機(jī)為一體設(shè)計(jì)，為必選配置，不能根據(jù)用戶的要求，靈活選擇是否配置；同時(shí)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)品沒(méi)有較多借鑒性，設(shè)計(jì)研發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)。

根據(jù)總體設(shè)計(jì)原則，方案2雖然較方案1高速性能好，但與現(xiàn)有技術(shù)的兼容性差，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)高，研發(fā)周期較長(zhǎng)。對(duì)于方案1，通過(guò)選擇高特性伺服電機(jī)，可滿足對(duì)立柱、轉(zhuǎn)臺(tái)的驅(qū)動(dòng)要求，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)48m/min 的快速移動(dòng)。同時(shí)，通過(guò)減少結(jié)合部、非常規(guī)布筋等方式增強(qiáng)機(jī)床的剛度，可以滿足機(jī)床的精度要求。因此，方案1能夠更好地滿足總體設(shè)計(jì)的原則標(biāo)準(zhǔn)，最終確定按方案1進(jìn)行機(jī)床設(shè)計(jì)（圖1）。

圖1 μ2000系列臥式加工中心布局結(jié)構(gòu)

四、具體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

（一） 高剛性、高速度的主軸部件

衡量數(shù)控機(jī)床水平的高速精密電主軸在中國(guó)還主要依賴進(jìn)口，但我所在電主軸的技術(shù)方面一直擁有自主產(chǎn)權(quán)。

圖2的內(nèi)裝式電機(jī)主軸單元，由于是零傳動(dòng)的方式，降低了噪聲、發(fā)熱、振動(dòng)和功率損失，在加工中心的應(yīng)用上越來(lái)越廣泛。

圖2 本機(jī)床的主軸部件外形圖

1、主軸電機(jī)的選擇

主軸電機(jī)功率—扭矩曲線圖如圖3。

圖3 主軸電機(jī)功率—扭矩曲線圖

電機(jī)功率22/25kW，具有高速和低速雙繞組電機(jī)，短時(shí)間扭矩可達(dá)到600Nm ，允許使用較大刀具迅速通過(guò)低轉(zhuǎn)速的切削操作。主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)8000r/min，可實(shí)現(xiàn)低速大扭矩和高速切削的功能，在高剛性和高速度方面達(dá)到良好的統(tǒng)一。

2、 主軸軸承的選擇

采用角接觸球軸承與單列圓柱滾子軸承結(jié)合的支承方式，可承受徑向和軸向力，而單列圓柱滾子軸承的采用，克服了主軸熱伸長(zhǎng)造成的主軸彎曲變形。

3、 主軸的拉刀機(jī)構(gòu)

主軸錐柄標(biāo)準(zhǔn)配置為BT50，也可選用HSKA100錐柄。BT50為標(biāo)準(zhǔn)配置，可以滿足用戶需要通用性刀柄的情況。HSK是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，錐度為1：10，錐面接觸的同時(shí)端面也接觸，它的特點(diǎn)是：拉刀時(shí)靠刀柄的彈性變形與主軸錐面過(guò)盈配合，接觸角為自鎖角，這樣配合穩(wěn)定，不易松動(dòng)，刀柄拉緊后端面緊密接觸，使刀具接觸剛度好，提高切削剛度，傳遞大扭矩，提高切削能力和加工精度。由于端面接觸，所以與傳統(tǒng)主軸不同的是主軸端面和錐孔均有清潔空氣吹出，以保證刀具與主軸的配合精度。裝刀時(shí)刀具肩面與主軸靠上后開(kāi)始拉刀，拉刀力分解為徑向和軸向，故主軸端面處會(huì)有一定的過(guò)盈。另外，刀柄質(zhì)量較輕（空心柄），故轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，離心力小，適于高速運(yùn)轉(zhuǎn)和高速切削。

由于HSK型錐柄要求端面（控制刀具軸向尺寸變形）與錐面（主要是定心作用）同時(shí)與主軸貼緊，對(duì)主軸錐孔及端面均有較高要求，在設(shè)計(jì)及制造方面均是一個(gè)難題，我所對(duì)此難題進(jìn)行了攻關(guān)，并達(dá)到了良好的效果，積累了比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。

4、 主軸中心內(nèi)冷卻功能及高速回轉(zhuǎn)密封技術(shù)

主軸中心內(nèi)冷卻功能可滿足高速切削、小孔加工和深孔加工時(shí)對(duì)排屑暢通、及時(shí)帶走加工熱量的要求。本機(jī)床主軸單元內(nèi)冷卻最大壓力為30bar，高速回轉(zhuǎn)接頭使用碳化硅密封表面，確保密封可靠；采用軸承結(jié)構(gòu)，其獨(dú)特的彈性膜片，能夠使其在沒(méi)有冷卻壓力時(shí)使密封面“脫開(kāi)”，壓力恢復(fù)后再恢復(fù)閉合狀態(tài)，其鋁制擋油環(huán)組件能夠?qū)⒚芊鉂B漏從軸承中導(dǎo)至殼體出口，防止因軸承污染而引起接頭故障。 #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

5、 主軸的冷卻

高速加工時(shí)，發(fā)熱是必須首先考慮的問(wèn)題。

本機(jī)床前后軸承及內(nèi)裝式電機(jī)均采用室溫跟蹤式恒溫油冷卻的方式，使冷卻液循環(huán)通過(guò)主軸電機(jī)套筒、軸承套筒的循環(huán)槽，帶走主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的熱量，控制主軸發(fā)熱，防止主軸及主軸箱熱變形引起機(jī)床整體精度降低，提高主軸壽命，充分實(shí)現(xiàn)電機(jī)、軸承、主軸的高性能使用。無(wú)論環(huán)境溫度如何變化，主軸也能夠用一致的精度加工工件。設(shè)計(jì)中采用有限元分析的方法，對(duì)主軸的熱變形進(jìn)行了預(yù)期的分析和控制。

6、 主軸單元的動(dòng)平衡

主軸單元在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)動(dòng)平衡提出了較高的要求，才能保證主軸的高精度。本機(jī)床主軸采用兩次動(dòng)平衡，動(dòng)平衡精度高，最大可能地提高主軸運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低噪聲，減小振動(dòng)。平衡時(shí)采用增重的方式，采用螺釘增重，增重準(zhǔn)確易操作。

7、 主軸單元的實(shí)驗(yàn)裝置

在主軸單元裝配完成后，在試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行無(wú)負(fù)荷實(shí)驗(yàn)、溫升試驗(yàn)等項(xiàng)目，以保證主軸單元的可靠性。性能良好的主軸單元以單元的型式安裝到主軸箱即可。

8、 主軸的有限元分析

在主軸單元的設(shè)計(jì)中，除了對(duì)主軸軸承及各參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算之外，也借助了有限元分析的手段，對(duì)主軸的變形量及熱變形進(jìn)行了分析，對(duì)主軸懸伸量、主軸跨距等的確定及主軸結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)起到了很好的指導(dǎo)作用。同時(shí)對(duì)兩者進(jìn)行對(duì)比，可達(dá)到彼此驗(yàn)證的效果。

(二) 基礎(chǔ)件的高剛性設(shè)計(jì)

1、 整體床身的高剛性設(shè)計(jì)

作為機(jī)床最基本的支承基礎(chǔ)件，床身的剛性對(duì)機(jī)床的精度具有舉足輕重的作用。本機(jī)床采用整體床身的結(jié)構(gòu)型式（圖4），合理布筋，采用高規(guī)格鑄鐵鑄造，使整體床身達(dá)到很高的剛性。同時(shí)整體床身型式的采用，使機(jī)床的精度在加工階段得到很好的保證，便于裝配時(shí)的調(diào)整，提高了裝配的效率。

圖4 整體床身的外形圖和結(jié)構(gòu)圖

 2、 整體立柱部件的高剛性設(shè)計(jì)

本機(jī)床采用整體立柱的型式（圖5），立柱、立柱滑座及螺母座為一個(gè)整體，相對(duì)于傳統(tǒng)的立柱滑座和立柱分開(kāi)的結(jié)構(gòu)型式，具有更高的剛性，同時(shí)整體立柱型式的采用，使機(jī)床的精度在加工階段得到很好的保證，便于裝配時(shí)的調(diào)整，提高了裝配的效率。

圖5 整體立柱的外形圖和結(jié)構(gòu)圖

由于立柱要在機(jī)床上進(jìn)行Z向的運(yùn)動(dòng)，在高剛性的同時(shí)，還應(yīng)具有高速度的特性，因此立柱的設(shè)計(jì)除了保證高剛度，還采用了輕型設(shè)計(jì)的原則，降低了移動(dòng)部件的重量，為機(jī)床高速性的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

3、 主軸箱部件的高剛性設(shè)計(jì)

圖6為本機(jī)床的主軸箱的外形圖和結(jié)構(gòu)圖。

圖6 主軸箱的外形圖和結(jié)構(gòu)圖從結(jié)構(gòu)圖

可以看出，主軸箱也采用了多層布筋、對(duì)稱布置的型式，同時(shí)考慮主軸箱要在機(jī)床上進(jìn)行Y向運(yùn)動(dòng)，主軸箱也采用了輕型設(shè)計(jì)的原則，由于主軸直接安裝在主軸箱內(nèi)，主軸的發(fā)熱必然影響到主軸箱，因此主軸箱的設(shè)計(jì)同時(shí)兼顧了高剛性、高速度及熱對(duì)稱性。

4、基礎(chǔ)件設(shè)計(jì)中的有限元分析

在基礎(chǔ)件的設(shè)計(jì)中，利用有限元分析的手段，當(dāng)不同的布筋和開(kāi)孔情況下應(yīng)變及位移量均呈現(xiàn)不同的狀況，比較其受力及變形的情況，可進(jìn)行基礎(chǔ)件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（三）高特性的伺服進(jìn)給系統(tǒng) #p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

伺服進(jìn)給系統(tǒng)承擔(dān)了加工中心各直線坐標(biāo)軸的定位和切削進(jìn)給，伺服進(jìn)給系統(tǒng)不僅僅是帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件穩(wěn)定地運(yùn)動(dòng)，更重要的是要進(jìn)行精確定位，因此將直接影響整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)和精度指標(biāo)，而進(jìn)給傳動(dòng)鏈中的間隙及其剛度則直接影響著定位精度和重復(fù)定位精度。

本機(jī)床采用高精度超靜音滾珠絲杠（圖7），其dmn值可以達(dá)到18萬(wàn)，比普通的滾珠絲杠提高33%。與傳統(tǒng)的滾珠絲杠相比，其球徑相等，但球數(shù)增加，由外循環(huán)變成內(nèi)循環(huán)，其承載能力增加。滾珠絲杠副采用預(yù)緊的方式，在預(yù)緊后提高剛度和消除軸向間隙。

圖7 本機(jī)床的高速精密滾珠絲杠副伺服進(jìn)給系統(tǒng)

為了消除間隙，提高剛度，設(shè)計(jì)中采取了一系列措施：電機(jī)與絲杠采用鋼制波紋管聯(lián)軸器聯(lián)接，具有精度高、慣量低等優(yōu)良特性，并可補(bǔ)償軸偏移量；軸承采用高精度專用組合滾珠絲杠軸承；為了增加螺母座及絲杠軸承座與運(yùn)動(dòng)部件間結(jié)合面剛度，適當(dāng)增加了座的長(zhǎng)度，同時(shí)工藝上采取配刮研技術(shù)，保證精度的穩(wěn)定性。絲杠兩端均為固定支承，可以進(jìn)行預(yù)拉伸安裝，減少或消除因絲杠自重而產(chǎn)生的彎曲變形，減少或消除熱膨脹的影響。

（四）機(jī)床導(dǎo)軌

導(dǎo)軌的型式?jīng)Q定了摩擦力的大小，而摩擦力影響著伺服進(jìn)給系統(tǒng)的靜態(tài)誤差和動(dòng)態(tài)誤差，因此導(dǎo)軌對(duì)進(jìn)給系統(tǒng)起著重要的作用。為配合快速移動(dòng)的要求，三個(gè)坐標(biāo)軸的導(dǎo)軌均采用高精度、高剛性圓柱滾子直線滾動(dòng)導(dǎo)軌，具有定位精度高、進(jìn)給速度快、動(dòng)態(tài)性能好、壽命長(zhǎng)、性能可靠以及不需要費(fèi)時(shí)保養(yǎng)等優(yōu)良性能。滾動(dòng)導(dǎo)軌的采用，不僅節(jié)省了加工時(shí)間，更方便了產(chǎn)品的裝配，提高了產(chǎn)品的生產(chǎn)率。同時(shí)進(jìn)給系統(tǒng)的定位精度和重復(fù)定位精度也得到了更好的保證。

（五）潤(rùn)滑方式的全新選用和設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用電動(dòng)齒輪潤(rùn)滑泵與電子控制器組成機(jī)電一體化潤(rùn)滑裝置。內(nèi)裝有溢流閥，控制泵的工作壓力，防止?jié)櫥霉ぷ鲏毫Τ?fù)荷，以保護(hù)泵的工作安全；并具有自動(dòng)卸壓、低壓發(fā)訊與低油位發(fā)訊等功能，其運(yùn)行時(shí)只需在控制器上設(shè)定運(yùn)行和停止時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供送油劑；并在設(shè)定的運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，由電子控制器監(jiān)控系統(tǒng)異常發(fā)訊。

潤(rùn)滑系統(tǒng)采用定量加壓式稀油計(jì)量件，此計(jì)量件屬直壓動(dòng)作型，由潤(rùn)滑泵輸送的壓力油劑推動(dòng)內(nèi)設(shè)的活塞，將上次已儲(chǔ)存在計(jì)量腔內(nèi)的油劑強(qiáng)制地壓向潤(rùn)滑點(diǎn)，并采用兩道密封，以防止排出的油劑逆流，確保計(jì)量準(zhǔn)確、排油靈敏暢通。

定時(shí)定量潤(rùn)滑及故障報(bào)警技術(shù)確保了機(jī)床的潤(rùn)滑效果。在機(jī)床上不會(huì)出現(xiàn)由于潤(rùn)滑點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近和高低不同而造成潤(rùn)滑不均的可能，從而可確保機(jī)床的各個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)均可得到良好的潤(rùn)滑效果。

（六）關(guān)于機(jī)床轉(zhuǎn)臺(tái)、刀庫(kù)、雙工位交換臺(tái)、全封閉防護(hù)等部分，限于篇幅，本文不涉及。

五、整機(jī)靜動(dòng)態(tài)性能分析及試驗(yàn)

（一） 整機(jī)有限元分析

1、整機(jī)有限元模型的建立

對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的小圓角、小倒角全部以直角處理；小角度斜面以平面處理，對(duì)分析無(wú)影響或影響較小的搭子面、螺孔及孔內(nèi)部筋孔等去除，安裝地腳螺釘?shù)陌疾廴コ惭b導(dǎo)軌壓板的斜槽去除，安裝光柵的支撐臺(tái)去除，主軸以實(shí)心處理；主軸與轉(zhuǎn)子及軸承內(nèi)圈做一體處理；定子與軸承外圈及外部支撐冷卻件做一體處理；工作臺(tái)以內(nèi)部布筋的箱體來(lái)簡(jiǎn)化，使計(jì)算模型與實(shí)際零件保持最大限度的同一性。有限元網(wǎng)格的劃分采用了局部手工劃分與自由劃分相結(jié)合的方法，選取SOLID45 8節(jié)點(diǎn)六面體單元作為局部劃分網(wǎng)格用單元，SOLID95 20節(jié)點(diǎn)六面體單元為程序自動(dòng)劃分網(wǎng)格用單元，選取 COMBIN14阻尼彈簧拉壓?jiǎn)卧?。絲杠、導(dǎo)軌及軸承移動(dòng)結(jié)合部采用了等效彈簧連接，固定結(jié)合部采用了粘接方式。共劃分單元數(shù)115226個(gè)，節(jié)點(diǎn)總數(shù)208914個(gè)。計(jì)算用圖依次為：實(shí)體裝配圖、結(jié)合部網(wǎng)格、主軸網(wǎng)格、主軸箱網(wǎng)格、整機(jī)有限元模型（圖8）。#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#

圖8 整機(jī)的有限元模型及網(wǎng)構(gòu)圖

2、 計(jì)算及檢測(cè)結(jié)果

對(duì)比來(lái)看，計(jì)算及檢測(cè)的結(jié)果之間具有相似性。X軸方向的靜、動(dòng)剛度較Y、Z軸方向低，機(jī)床的薄弱環(huán)節(jié)在X軸方向。對(duì)加工影響較大的兩種優(yōu)勢(shì)固有頻率的振型見(jiàn)圖9，從中可見(jiàn)，振動(dòng)的薄弱點(diǎn)均發(fā)生在大結(jié)構(gòu)件之間的導(dǎo)軌結(jié)合部處，因此，導(dǎo)軌結(jié)合部處的剛度成為機(jī)床整體剛度的薄弱環(huán)節(jié)，是今后改進(jìn)設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提高機(jī)床剛度、改進(jìn)機(jī)床性能的關(guān)鍵。

圖9 整機(jī)的有限元分析結(jié)果（兩種固有頻率下的振型）

（二） 機(jī)床主軸的熱變形及補(bǔ)償試驗(yàn)

補(bǔ)償方法：

在機(jī)床上有兩個(gè)溫度傳感器，一個(gè)設(shè)置于主軸外部作為基準(zhǔn)溫度，另一個(gè)設(shè)置于主軸內(nèi)部，測(cè)量主軸的溫度，二者之差作為補(bǔ)償溫度。

通過(guò)試驗(yàn)的方法得到溫度與主軸伸長(zhǎng)量的關(guān)系曲線，然后將此曲線的數(shù)據(jù)通過(guò)溫度輸入模塊輸入到PMC的數(shù)據(jù)表中，PMC用插補(bǔ)計(jì)算的方法將溫差計(jì)算出來(lái)并作為補(bǔ)償依據(jù)，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)主軸熱伸長(zhǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。

按照ISO230-3的測(cè)量方法及要求，使用HEIDENHAIN的熱效應(yīng)精密測(cè)量?jī)x、可伸縮式精密位移傳感器，對(duì)主軸進(jìn)行熱變形試驗(yàn)。

根據(jù)所測(cè)得的曲線，在系統(tǒng)里可對(duì)主軸進(jìn)行補(bǔ)償。主軸熱補(bǔ)償功能，可以消除因熱伸長(zhǎng)引起的誤差，從而提高機(jī)床精度。圖10為補(bǔ)償前和補(bǔ)償后的比較圖，補(bǔ)償前主軸熱伸長(zhǎng)為0.033mm，補(bǔ)償后為0.009mm，具有明顯的效果。

圖10 補(bǔ)償前后主軸熱伸長(zhǎng)的實(shí)測(cè)結(jié)果

六、μ2000系列臥式加工中心的應(yīng)用

μ系列臥式加工中心可用于加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體汽缸孔和曲軸頸孔、精密傳動(dòng)箱、泵體等箱體類零件，并可應(yīng)用于模具工業(yè)、軍工、航空航天等領(lǐng)域進(jìn)行空間復(fù)雜曲面的加工（圖11、12）。

圖11 μ2000/800H臥式加工中心用于某缸蓋廠

圖12 μ2000/5-630H以長(zhǎng)刀加工發(fā)動(dòng)機(jī)缸體