機床設計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)行和實施設計師完成整個制造過程的一個系統(tǒng)工程，制造和裝配的工藝決定著機床最終的靜態(tài)幾何精度和動態(tài)精度的好壞，對于數(shù)控機床這一環(huán)節(jié)來講更為重要。
1. 工藝不同導致結(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雜零件比較理想的選擇，但對新機床有嚴格的精度要求，同時要做到新機床在用戶地點安裝時的精度指標與出廠預驗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式的設備。目前，這種機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)，從而能達到在強力切削時的高剛性。在二次安裝的過程中比較容易找到機床床身和立柱的相互位置，不會造成安裝錯位和偏差。但是，在實際的應用過程中會因溫度變化而使機床床身變形，造成兩立柱的前傾或后仰情況，特別是加工箱體零件時會嚴重影響同軸度的精度。
圖1
另一種就是圖1中所示的機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床床身和立柱二者定位難度加大，因為德國瓦德里西·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軌與床身導軌的自由度，保證導軌的垂直直線度和保證床身導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軌上平面預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)整就可以達到出廠的標準和要求了。
圖4
但是，我們一些生產(chǎn)制造廠家就是沒有注重細節(jié)，既沒有很好的工藝保證，裝配上又嚴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軌與床身導軌的垂直直線嚴重超出標準，兩側(cè)立柱的16個基礎螺釘14個已經(jīng)緊靠立柱底座孔而無法對兩立柱進行旋轉(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。同時為了檢驗機床基礎和基礎螺釘?shù)馁|(zhì)量問題，圖5、6是防止在交驗機床時發(fā)生糾紛，在工藝上做的工作。
圖5
圖6
2. 設計理念決定使用效果
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的軋滾磨進行了跟蹤分析，發(fā)現(xiàn)它 存在兩個原則性的問題：該機床大部分的結(jié)構(gòu)與普通的外圓磨床差不多，臺面分上下兩層，在工作臺中心設有一個旋轉(zhuǎn)中心軸，在它們中間均勻裝有多個滑動體可以使上層臺面在外力的作用下以旋轉(zhuǎn)中心軸為中心進行擺動。上層臺面設有支撐產(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責左右運動。根據(jù)軋滾的不同技術(shù)要求，軋滾磨可以通過本身設計中可以調(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，最大誤差有時超過0.16mm，是技術(shù)要求的16倍。根據(jù)機床的結(jié)構(gòu)可以分析得出：在工件越長越重時，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)擺動的要求就高，從而在磨削狀態(tài)下上層工作臺左右擺動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)律性試驗時發(fā)現(xiàn)，當上層工作臺的靠模觸頭靠在靠模尺做磨削移動時，靠模尺的基座因剛性差（見圖5），床身右側(cè)架子微量飄移，特別是移動到靠模尺兩端時飄移現(xiàn)象更為嚴重，造成上層工作臺也隨著飄移，沒有按照靠模尺做直線運動，致使兩端頭的尺寸精度很難控制。找到原因后采取了相應的措施，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到0.005mm。
3. 設計與實際存在偏差
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床的自動化程度。目前我們使用的龍門五面體加工中心可以實現(xiàn)附件銑頭自動裝卸，并且通過機械手也實現(xiàn)了自動裝卸刀具。但是，在實際使用的過程中我們經(jīng)常會碰到不管是自動還是手動，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動頂開碟形彈簧拉緊刀具的裝置，從而在程序控制下實現(xiàn)自動拉刀和松刀的功能。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)象和動作原理進行逐步分析。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，當?shù)谝话训都庸ね戤吅笠詣舆M行更換刀具，此時主軸電動機旋轉(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，因為碟形彈簧拉緊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)下運行，形成兩平面本應有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。設計時考慮得很好，但在應用中還是出現(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. 機床首看功能部件
機床功能部件的好壞，反映出一個國家在裝備制造業(yè)的整體實力；一臺機床的長期質(zhì)量穩(wěn)定及服務好壞，反映出一個制造廠的整體水平。在當今形勢下，制造廠苦煉內(nèi)功提升技術(shù)水平是最好的時機，把前期因求數(shù)量而忽略質(zhì)量的問題盡快解決，給用戶有一個良好信譽，要在生產(chǎn)廠家形成一個“第一臺不用我的設備是用戶你的錯，第二臺再也不用我的設備是生產(chǎn)廠家錯”的銷售理念。圖10、圖11就是功能部件的質(zhì)量問題引起機床不能正常工作的情況。
圖10
圖11
本文作者系江蘇興業(yè)機電設備有限公司虞行國、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！
