数控机床典型制造工艺及装配工艺实例分析

　　机床设计的合理性决定它的使用寿命和在恶劣环境下能否表现出具有良好的稳定性和出色的操控性，对制造和装配工艺来讲，它是贯彻执行和实施设计师完成整个制造过程的一个系统工程，制造和装配的工艺决定着机床最终的静态几何精度和动态精度的好坏，对于数控机床这一环节来讲更为重要。
　　1. 工艺不同导致结果不同
　　数控龙门五面体加工中心是加工箱体零件和型腔复杂零件比较理想的选择，但对新机床有严格的精度要求，同时要做到新机床在用户地点安装时的精度指标与出厂预验收的精度保持一致是很难做到的。
　　为此，各生产厂家在制造和装配的工艺上想尽了办法。德国瓦德里西·科堡设备有限公司就有自行的一套解决方案。在此，我们只针对数控龙门五面体加工中心台面移动式来分析对照。
　　图1是德国瓦德里西·科堡数控龙门五面体加工中心台面移动式的设备。目前，这种机床床身和立柱连接有两种典型的形式，一种是两立柱直接和床身连接，并且通过横梁的连接形成整体框架结构，从而能达到在强力切削时的高刚性。在二次安装的过程中比较容易找到机床床身和立柱的相互位置，不会造成安装错位和偏差。但是，在实际的应用过程中会因温度变化而使机床床身变形，造成两立柱的前倾或后仰情况，特别是加工箱体零件时会严重影响同轴度的精度。
　　图1
　　另一种就是图1中所示的机床床身和立柱不直接连接的形式，其最大好处是避免因温度问题影响产品的加工精度。但是带来的问题是机床床身和立柱二者定位难度加大，因为德国瓦德里西·科堡数控龙门五面体加工中心的立柱形式比较特殊，呈不规则的三角形（见图2），两立柱四条导轨又不在同一平面上，这给安装带来很大的困难，所以采用了一种对机床床身和立柱的多方位自由度控制的安装工艺。控制两立柱四条平面导轨与床身导轨的自由度，保证导轨的垂直直线度和保证床身导轨处于两立柱的中心，采用图3的工艺装置，该装置两侧都用两根一头固定在立柱经过加工的工艺面上，而且是等长的管子（见图3a），另一头与床身导轨平行的经过加工的工艺面上，并且保持有相等的间隙（见图3b）。
　　图2
　　a 图3
　　b 图3
　　这样既保证了安装精度又克服了两立柱本身的旋转度。在控制两立柱相对床身导轨前后的定位上，又采用了把等高直尺固定在经过加工而且与两立柱导轨平行和有尺寸要求的平面上，通过等高直尺来测量出相对床身导轨上平面预先加工的工艺孔上的定位销的距离，从而决定两立柱的前后安置位置，如图4所示。最后经过精密调整就可以达到出厂的标准和要求了。
　　图4
　　但是，我们一些生产制造厂家就是没有注重细节，既没有很好的工艺保证，装配上又严重忽略了下道工序的技术要求，发生了在二次灌浆后两立柱四条平面导轨与床身导轨的垂直直线严重超出标准，两侧立柱的16个基础螺钉14个已经紧靠立柱底座孔而无法对两立柱进行旋转调整，造成了用户对生产制造厂家质量不信任的后果。同时为了检验机床基础和基础螺钉的质量问题，图5、6是防止在交验机床时发生纠纷，在工艺上做的工作。
　　图5
　　图6
　　2. 设计理念决定使用效果
　　对于轧滚磨床来讲，要加工出优良产品必须具备两个最基本的条件：一是磨床功能齐全，磨削表现突出；二是不管使用什么方法的靠模和装置，要合理并且刚性好，才能满足轧滚磨磨削的要求。
　　我们对一台新出厂磨削不合格的承重3t的轧滚磨进行了跟踪分析，发现它存在两个原则性的问题：该机床大部分的结构与普通的外圆磨床差不多，台面分上下两层，在工作台中心设有一个旋转中心轴，在它们中间均匀装有多个滑动体可以使上层台面在外力的作用下以旋转中心轴为中心进行摆动。上层台面设有支撑产品工件的头架和尾座，下层工作台主要承载上层工作台和工件的重量并负责左右运动。根据轧滚的不同技术要求，轧滚磨可以通过本身设计中可以调整斜度的靠模尺（见图7）控制磨削工件的尺寸，一般的轧滚两端头都是偏小，属中高状态，对于用在不同的场合和用途，大致在0.03～0.18m m左右的区域范围内，两端头的尺寸精度应控制在0.01mm左右。
　　图7
　　但是，我们在磨削中发现两端头的尺寸精度很难控制，并且尺寸公差没有规律性，最大误差有时超过0.16m m，是技术要求的16倍。根据机床的结构可以分析得出：在工件越长越重时，对上层工作台在外力和弹簧力的作用下沿靠模尺以旋转轴为中心旋转摆动的要求就高，从而在磨削状态下上层工作台左右摆动的精度就决定着工件的两端头尺寸精度。针对尺寸公差没有规律性试验时发现，当上层工作台的靠模触头靠在靠模尺做磨削移动时，靠模尺的基座因刚性差（见图5），床身右侧架子微量飘移，特别是移动到靠模尺两端时飘移现象更为严重，造成上层工作台也随着飘移，没有按照靠模尺做直线运动，致使两端头的尺寸精度很难控制。找到原因后采取了相应的措施，彻底解决了超差的现象，加工产品两端头的尺寸精度误差达到0.005mm。
　　3. 设计与实际存在偏差
　　所谓龙门五面体加工中心，只有配置了各种型号的附件铣头，才能实现对工件的一次性装夹完成五面体加工。附件铣头的精度决定了工件的精度，附件铣头的功能决定了该机床的自动化程度。目前我们使用的龙门五面体加工中心可以实现附件铣头自动装卸，并且通过机械手也实现了自动装卸刀具。但是，在实际使用的过程中我们经常会碰到不管是自动还是手动，刀具无法装上主轴和刀具无法从主轴上卸下来的情况。这种故障的出现原因有多种多样，既有电气信号造成的，也有机械部分引起的。
　　这里只分析一种现象，就是刀具无法从主轴上卸下。目前龙门加工中心典型的拉刀形式是采用碟形弹簧拉紧刀具，利用液压缸压力的直线运动顶开碟形弹簧拉紧刀具的装置，从而在程序控制下实现自动拉刀和松刀的功能。针对这种故障检查了所有的信号、液压等相关的部位都没有发现问题，只能通过现象和动作原理进行逐步分析。图8、图9是分解后的现象，表面已经修理过。主要是在执行程序加工时，当第一把刀加工完毕后要自动进行更换刀具，此时主轴电动机旋转还没有完全停止，刀具和碟形弹簧拉紧装置也随着主轴在运转，控制液压缸的继电器和电磁铁执行了P L C程序，在压力的作用下顶开碟形弹簧拉紧刀具的装置，因为碟形弹簧拉紧刀具的装置是跟随主轴旋转的，而液压缸部分是固定不旋转的，长期使这部分的平面在旋转状态下运行，形成两平面本应有7～9m m 的间隙距离，因表面摩擦发热而黏结形成一体，使碟形弹簧拉紧刀具的装置无法完成打开拉刀爪，完成松刀的功能。设计时考虑得很好，但在应用中还是出现了液压缸回油速度太慢，没有保证有7～9m m的间隙，以及在主轴没有完全停止而执行下一步程序，应该可以考虑加主轴停止到位信号或者在更换刀具程序前加延时来防止因表面摩擦发热而黏结现象的形成。
　　图　9
　　4. 机床首看功能部件
　　机床功能部件的好坏，反映出一个国家在装备制造业的整体实力；一台机床的长期质量稳定及服务好坏，反映出一个制造厂的整体水平。在当今形势下，制造厂苦炼内功提升技术水平是最好的时机，把前期因求数量而忽略质量的问题尽快解决，给用户有一个良好信誉，要在生产厂家形成一个＂第一台不用我的设备是用户你的错，第二台再也不用我的设备是生产厂家错＂的销售理念。图10、图11就是功能部件的质量问题引起机床不能正常工作的情况。
　　图　10
　　图　11