機(jī)床設(shè)計(jì)的合理性決定它的使用壽命和在惡劣環(huán)境下能否表現(xiàn)出具有良好的穩(wěn)定性和出色的操控性，對制造和裝配工藝來講，它是貫徹執(zhí)行和實(shí)施設(shè)計(jì)師完成整個(gè)制造過程的一個(gè)系統(tǒng)工程，制造和裝配的工藝決定著機(jī)床最終的靜態(tài)幾何精度和動(dòng)態(tài)精度的好壞，對于數(shù)控機(jī)床這一環(huán)節(jié)來講更為重要。

1. 工藝不同導(dǎo)致結(jié)果不同

數(shù)控龍門五面體加工中心是加工箱體零件和型腔復(fù)雜零件比較理想的選擇，但對新機(jī)床有嚴(yán)格的精度要求，同時(shí)要做到新機(jī)床在用戶地點(diǎn)安裝時(shí)的精度指標(biāo)與出廠預(yù)驗(yàn)收的精度保持一致是很難做到的。

為此，各生產(chǎn)廠家在制造和裝配的工藝上想盡了辦法。德國瓦德里西·科堡設(shè)備有限公司就有自行的一套解決方案。在此，我們只針對數(shù)控龍門五面體加工中心臺面移動(dòng)式來分析對照。

圖1是德國瓦德里西·科堡數(shù)控龍門五面體加工中心臺面移動(dòng)式的設(shè)備。目前，這種機(jī)床床身和立柱連接有兩種典型的形式，一種是兩立柱直接和床身連接，并且通過橫梁的連接形成整體框架結(jié)構(gòu)，從而能達(dá)到在強(qiáng)力切削時(shí)的高剛性。在二次安裝的過程中比較容易找到機(jī)床床身和立柱的相互位置，不會造成安裝錯(cuò)位和偏差。但是，在實(shí)際的應(yīng)用過程中會因溫度變化而使機(jī)床床身變形，造成兩立柱的前傾或后仰情況，特別是加工箱體零件時(shí)會嚴(yán)重影響同軸度的精度。

圖1

另一種就是圖1中所示的機(jī)床床身和立柱不直接連接的形式，其最大好處是避免因溫度問題影響產(chǎn)品的加工精度。但是帶來的問題是機(jī)床床身和立柱二者定位難度加大，因?yàn)榈聡叩吕镂?middot;科堡數(shù)控龍門五面體加工中心的立柱形式比較特殊，呈不規(guī)則的三角形（見圖2），兩立柱四條導(dǎo)軌又不在同一平面上，這給安裝帶來很大的困難，所以采用了一種對機(jī)床床身和立柱的多方位自由度控制的安裝工藝。控制兩立柱四條平面導(dǎo)軌與床身導(dǎo)軌的自由度，保證導(dǎo)軌的垂直直線度和保證床身導(dǎo)軌處于兩立柱的中心，采用圖3的工藝裝置，該裝置兩側(cè)都用兩根一頭固定在立柱經(jīng)過加工的工藝面上，而且是等長的管子（見圖3a），另一頭與床身導(dǎo)軌平行的經(jīng)過加工的工藝面上，并且保持有相等的間隙（見圖3b）。

圖2

圖3

這樣既保證了安裝精度又克服了兩立柱本身的旋轉(zhuǎn)度。在控制兩立柱相對床身導(dǎo)軌前后的定位上，又采用了把等高直尺固定在經(jīng)過加工而且與兩立柱導(dǎo)軌平行和有尺寸要求的平面上，通過等高直尺來測量出相對床身導(dǎo)軌上平面預(yù)先加工的工藝孔上的定位銷的距離，從而決定兩立柱的前后安置位置，如圖4所示。最后經(jīng)過精密調(diào)整就可以達(dá)到出廠的標(biāo)準(zhǔn)和要求了。

圖4

但是，我們一些生產(chǎn)制造廠家就是沒有注重細(xì)節(jié)，既沒有很好的工藝保證，裝配上又嚴(yán)重忽略了下道工序的技術(shù)要求，發(fā)生了在二次灌漿后兩立柱四條平面導(dǎo)軌與床身導(dǎo)軌的垂直直線嚴(yán)重超出標(biāo)準(zhǔn)，兩側(cè)立柱的16個(gè)基礎(chǔ)螺釘14個(gè)已經(jīng)緊靠立柱底座孔而無法對兩立柱進(jìn)行旋轉(zhuǎn)調(diào)整，造成了用戶對生產(chǎn)制造廠家質(zhì)量不信任的后果。同時(shí)為了檢驗(yàn)機(jī)床基礎(chǔ)和基礎(chǔ)螺釘?shù)馁|(zhì)量問題，圖5、6是防止在交驗(yàn)機(jī)床時(shí)發(fā)生糾紛，在工藝上做的工作。

圖5

圖6

2. 設(shè)計(jì)理念決定使用效果

對于軋滾磨床來講，要加工出優(yōu)良產(chǎn)品必須具備兩個(gè)最基本的條件：一是磨床功能齊全，磨削表現(xiàn)突出；二是不管使用什么方法的靠模和裝置，要合理并且剛性好，才能滿足軋滾磨磨削的要求。

我們對一臺新出廠磨削不合格的承重3t的軋滾磨進(jìn)行了跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)它 存在兩個(gè)原則性的問題：該機(jī)床大部分的結(jié)構(gòu)與普通的外圓磨床差不多，臺面分上下兩層，在工作臺中心設(shè)有一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心軸，在它們中間均勻裝有多個(gè)滑動(dòng)體可以使上層臺面在外力的作用下以旋轉(zhuǎn)中心軸為中心進(jìn)行擺動(dòng)。上層臺面設(shè)有支撐產(chǎn)品工件的頭架和尾座，下層工作臺主要承載上層工作臺和工件的重量并負(fù)責(zé)左右運(yùn)動(dòng)。根據(jù)軋滾的不同技術(shù)要求，軋滾磨可以通過本身設(shè)計(jì)中可以調(diào)整斜度的靠模尺（見圖7）控制磨削工件的尺寸，一般的軋滾兩端頭都是偏小，屬中高狀態(tài)，對于用在不同的場合和用途，大致在0.03～0.18m m左右的區(qū)域范圍內(nèi)，兩端頭的尺寸精度應(yīng)控制在0.01mm左右。

圖7

但是，我們在磨削中發(fā)現(xiàn)兩端頭的尺寸精度很難控制，并且尺寸公差沒有規(guī)律性，最大誤差有時(shí)超過0.16mm，是技術(shù)要求的16倍。根據(jù)機(jī)床的結(jié)構(gòu)可以分析得出：在工件越長越重時(shí)，對上層工作臺在外力和彈簧力的作用下沿靠模尺以旋轉(zhuǎn)軸為中心旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)的要求就高，從而在磨削狀態(tài)下上層工作臺左右擺動(dòng)的精度就決定著工件的兩端頭尺寸精度。針對尺寸公差沒有規(guī)律性試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)上層工作臺的靠模觸頭靠在靠模尺做磨削移動(dòng)時(shí)，靠模尺的基座因剛性差（見圖5），床身右側(cè)架子微量飄移，特別是移動(dòng)到靠模尺兩端時(shí)飄移現(xiàn)象更為嚴(yán)重，造成上層工作臺也隨著飄移，沒有按照靠模尺做直線運(yùn)動(dòng)，致使兩端頭的尺寸精度很難控制。找到原因后采取了相應(yīng)的措施，徹底解決了超差的現(xiàn)象，加工產(chǎn)品兩端頭的尺寸精度誤差達(dá)到0.005mm。

3. 設(shè)計(jì)與實(shí)際存在偏差

所謂龍門五面體加工中心，只有配置了各種型號的附件銑頭，才能實(shí)現(xiàn)對工件的一次性裝夾完成五面體加工。附件銑頭的精度決定了工件的精度，附件銑頭的功能決定了該機(jī)床的自動(dòng)化程度。目前我們使用的龍門五面體加工中心可以實(shí)現(xiàn)附件銑頭自動(dòng)裝卸，并且通過機(jī)械手也實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)裝卸刀具。但是，在實(shí)際使用的過程中我們經(jīng)常會碰到不管是自動(dòng)還是手動(dòng)，刀具無法裝上主軸和刀具無法從主軸上卸下來的情況。這種故障的出現(xiàn)原因有多種多樣，既有電氣信號造成的，也有機(jī)械部分引起的。

這里只分析一種現(xiàn)象，就是刀具無法從主軸上卸下。目前龍門加工中心典型的拉刀形式是采用碟形彈簧拉緊刀具，利用液壓缸壓力的直線運(yùn)動(dòng)頂開碟形彈簧拉緊刀具的裝置，從而在程序控制下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拉刀和松刀的功能。針對這種故障檢查了所有的信號、液壓等相關(guān)的部位都沒有發(fā)現(xiàn)問題，只能通過現(xiàn)象和動(dòng)作原理進(jìn)行逐步分析。圖8、圖9是分解后的現(xiàn)象，表面已經(jīng)修理過。主要是在執(zhí)行程序加工時(shí)，當(dāng)?shù)谝话训都庸ね戤吅笠詣?dòng)進(jìn)行更換刀具，此時(shí)主軸電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)還沒有完全停止，刀具和碟形彈簧拉緊裝置也隨著主軸在運(yùn)轉(zhuǎn)，控制液壓缸的繼電器和電磁鐵執(zhí)行了P L C程序，在壓力的作用下頂開碟形彈簧拉緊刀具的裝置，因?yàn)榈螐椈衫o刀具的裝置是跟隨主軸旋轉(zhuǎn)的，而液壓缸部分是固定不旋轉(zhuǎn)的，長期使這部分的平面在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下運(yùn)行，形成兩平面本應(yīng)有7～9m m 的間隙距離，因表面摩擦發(fā)熱而黏結(jié)形成一體，使碟形彈簧拉緊刀具的裝置無法完成打開拉刀爪，完成松刀的功能。設(shè)計(jì)時(shí)考慮得很好，但在應(yīng)用中還是出現(xiàn)了液壓缸回油速度太慢，沒有保證有7～9m m的間隙，以及在主軸沒有完全停止而執(zhí)行下一步程序，應(yīng)該可以考慮加主軸停止到位信號或者在更換刀具程序前加延時(shí)來防止因表面摩擦發(fā)熱而黏結(jié)現(xiàn)象的形成。

圖8

圖9

4. 機(jī)床首看功能部件

機(jī)床功能部件的好壞，反映出一個(gè)國家在裝備制造業(yè)的整體實(shí)力；一臺機(jī)床的長期質(zhì)量穩(wěn)定及服務(wù)好壞，反映出一個(gè)制造廠的整體水平。在當(dāng)今形勢下，制造廠苦煉內(nèi)功提升技術(shù)水平是最好的時(shí)機(jī)，把前期因求數(shù)量而忽略質(zhì)量的問題盡快解決，給用戶有一個(gè)良好信譽(yù)，要在生產(chǎn)廠家形成一個(gè)“第一臺不用我的設(shè)備是用戶你的錯(cuò)，第二臺再也不用我的設(shè)備是生產(chǎn)廠家錯(cuò)”的銷售理念。圖10、圖11就是功能部件的質(zhì)量問題引起機(jī)床不能正常工作的情況。

圖10

圖11

本文作者系江蘇興業(yè)機(jī)電設(shè)備有限公司虞行國、李麗，文章原載于《金屬加工（冷加工）》2009年第17期，金屬加工版權(quán)所有！