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3 課題“精密臥式加工中心設計制造關鍵技術"中， 所研制的臥式加工中心 M /800H 樣機性能指標: 主軸高轉速 12 000 r / min，直線坐標定位精度 0. 003 mm，重復定位精度 0. 0 015 mm，轉臺定位精度 3″，重復定位精度 1. 5″。其中，機床的精密裝配技術成為必不可少的關鍵研究內容。M /800H 臥式加工中心的整機裝配可以劃分為: 移動部件裝配、主軸單元部件裝配、數控轉臺部件裝配、固定結合面裝配等，以下進行部分 介紹。

1 移動部件導軌裝配技術

高精度臥式加工中心的移動部件導軌結合部的裝 配精度對機床的定位、重復定位精度及機床加工精度

具有重要的影響。目前，國內外的通用方法仍然是通過導軌基面刮研方式，來保證導軌副的裝配精度。在實踐中發現，盡管導軌基面可以達到很高的刮研精度， 但導軌裝配后的幾何精度不一定會提高，這是由于導軌的誤差、大件的結構、剛度等綜合因素造成了導軌裝配后的結構變形，同樣，移動部件在機床上裝配后，由于移動部件的重量、大件刮研時的放置方向與部件裝配后工作方向的差異，也會導致整機與關鍵部件的結構變形，進而影響直線坐標的精度，達不到機床精度要求。為解決這一問題，在 M /800H 高精度臥式加工中心裝配中，基于對裝配過程的靜力學仿真，得到 X、Y 和 Z 三組導軌每個裝配步驟的靜變形規律，確定導軌面各點綜合變形值。對比裝配前部件變形誤差和整機裝配后的變形誤差，利用反變形原理，修正導軌安裝基面，以提高直線移動部件的幾何精度和運動精度［1－2］。

1. 1 導軌基面修正方法

精密臥式加工中心的 X、Y 和 Z 三向導軌分別安裝在立柱、溜板和床身上，實際刮研調整時，立柱、溜板和床身平放在地面或墊鐵上，對床身來說，調整時的重力方向和工作狀態下的重力方向相同，但是，對于立柱和溜板來說，調整時的重力方向與工作狀態下的重力方向不同。設移動部件在導軌上的行程為 S，將該行程均分為 n 段，則應計算的變形節點位置有 n + 1 個， 記每個裝配狀態下各個節點位置的導軌變形為 δi ，其

中 i = 1，2，3，…，n+1，m = 0，1，2，3，4，5，表示各裝配步驟。對X、Y 導軌，調整時重力作用下的變形和工作狀態下的變形不同，設在實際調整狀態下，導軌面的重力變形為 δ'i ，直線度設計要求為 δ，則 X、Y 導軌安裝面修正后的調整量應為:

δ = δ5 +δ0 －δ

ai i i

對于 Z 向導軌，調整方向的重力和工作狀態下的重力方向相同，δ0 = 0。

1. 2 導軌靜變形仿真分析方法

使用軟件 Creo 2. 0 建立整機大件的三維模型，并對結構進行簡化。固定結合面主要是螺栓連接結合 部，在進行等效時，選定螺栓連接處作為等效結合點， 并對兩個結合點建立三向剛度關系。等效方式如圖1a 所示。滑動結合面主要包括滾動直線導軌—滑塊結合面，進行等效時，在導軌和滑塊上對應位置設置等效結合點，對兩個結合點建立兩向剛度，等效方式如圖1b 所示。各結合面結合點的等效剛度值，如表 1 所示。

考慮在重力作用下，精密臥式加工中心裝配過程中的導軌偏差傳遞與積累規律［3］。該精密臥式加工中心床身采用三點支撐方式，對床身三個支撐面施加全約束，床身－立柱結合面，導軌－ 滑塊結合面等均通過創建結合點施加剛度來進行等效處理。施加載荷時，全局沿－Y 向施加重力載荷( 加速度為 9 800 mm / s2 ) 。在進行有限元仿真時，按 照“床身—立柱—溜板—主軸箱—工作臺"的裝配序列進行，如表 2 所示。

對各個裝配狀態進行靜力學仿真，并提取導軌法向的靜變形誤差運用 Matlab 軟件進行畫圖，得出不同裝配狀態下的各向導軌靜變形曲線。從而根據反變形 原理，對三向導軌的刮研面進行刮研調整。

1. 3 各向導軌刮研調整前后的誤差

( 1) X 向導軌

通過靜力學分析仿真，對 X 向導軌進行刮研調整。各裝配狀態下，調整前和調整后的直線度誤差和角度誤差如圖 2 所示。從圖中可以看出，調整前終直線度誤差為 13. 16 μm，大角度誤差為 0. 015 μm / mm; 按照導軌面反變形調整方法，調整后的直線度誤差終減小為 4. 49 μm，大角度誤差減小為 0. 008μm / mm，符合設計要求。

( 2) Y 向導軌

同理可得，Y 向導軌各裝配狀態下，調整前和調整后的直線度誤差如圖 3 所示。從圖中可以看出，調整前終直線度誤差為 63. 1 μm，直線度誤差隨著裝配過程逐漸增加，大角度誤差為 0. 045 μm / mm; 調整后的直線度誤差終減小為 5. 000 μm，角度誤差減小為 0. 002 μm / mm，符合設計要求。

( 3) Z 向導軌

同理可得，Z 向導軌各裝配狀態下，調整前和調整后的直線度誤差如圖 4 所示。從圖中可以看出，調整前終直線度誤差為 6. 57 μm，直線度誤差隨著裝配過程逐漸增加，調整后的直線度誤差為 5. 000 μm，角度誤差與調整前相比，略有減小，且大角度偏差為0. 01 μm / mm，符合設計要求。

1 主軸單元部件的裝配技術

主軸單元部件是高精度臥式加工中心的關鍵部 件之一。其靜動態精度是機床實現高精度的基礎條 件。M / 800H 臥式加工中心采用了內裝主軸驅動電動機后置式分體主軸單元，見圖 5。相比傳統的內裝電動機主軸單元，電動機熱量、振動被有效隔離。刀 具主軸軸承采用定位預緊，以保持加工端的高剛度。驅動主軸軸承采用定壓預緊，以減小軸承發熱。分體后，不僅要考慮分體后的刀具軸端與驅動軸端兩部分的裝配，還要考慮把兩部分裝配成一個整體，因此增 加了裝配難度。為保證裝配質量，主要采用了以下工藝技術措施。

( 1) 主軸箱箱體的加工，前后配合孔的同軸度公差要在 0. 008 mm 以內，要求一次性加工完成，固定端面與孔的垂直度要在 0. 01 mm 以內，必要時進行刮研處理。

( 2) 預裝檢測。裝配前要認真檢測零件的清潔度，保證零件的清潔，避免異物混入; 使用檢具及工裝認真檢測零件的尺寸及精度，保證各零件之間相互位置及配合關系的正確性。

( 3) 熱裝工藝。根據轉速及配合直徑，按設計要求控制合適的過盈量，然后進行熱裝，包括電動機轉子 與轉子套之間的熱裝、驅動主軸與轉子－ 轉子套組件的熱裝、反饋環支架與反饋元件的熱裝、電動機定子與 冷卻套之間的熱裝以及刀具主軸與軸承的熱裝。

( 4) 壓裝工藝。驅動主軸與前軸承的壓裝，刀具主軸與軸承座的壓裝等。

( 5) 插裝工藝。刀具軸端與驅動軸端的插裝、松拉刀桿前后兩部分的插裝。

( 6) 動平衡。包括刀具軸端的動平衡、驅動軸端的動平衡及總裝完成后的動平衡。

2 數控轉臺部件裝配技術

M /800H 臥式加工中心數控轉臺采用靜壓支撐力

矩電動機直接驅動，其結構見圖 6。數控轉臺的裝配關鍵: 保證靜*承與回轉部件之間的軸向間隙( 油膜厚度) 0. 02±0. 0 025 mm，徑向間隙( 油膜厚度) 0. 02

～ 0. 025 mm，軸承配合表面的平面度 0. 005 mm，配合表面間的平行度 0. 005 mm; 回轉零件之間的同軸度

≤0. 005 mm; 密封完好，內部循環液壓介質不準泄露，外部異物不準進入轉臺內部; 夾持機構的夾緊松開對數控轉臺的精度影響很小或沒有影響。為此，主要采 取了以下工藝技術措施。

( 1) 預裝檢測。裝配前認真檢測零件的清潔度， 保證零件的清潔，避免異物混入。使用檢具及工裝認 真檢測零件的尺寸及精度，保證各零件之間相互位置 及配合關系的正確性。

( 2) 檢測軸承內孔尺寸，配磨與軸承配合的轉盤外圓表面，保證與軸承的徑向配合間隙 0. 02 mm。檢測軸承的軸向尺寸，刮研電動機轉子支架與軸承的配合面，保證與軸承的軸向配合間隙 0. 02 ～ 0. 025 mm。

( 3) 以轉臺基座底孔為統一的裝配基準，依次對電動機定子裝配和接油盒裝配、靜*承安裝座裝配、 靜*承裝配進行同軸度找正定位，然后依次對電動 機定子、接油盒和靜*承安裝座進行裝配。

( 4) 對靜*承進行預裝配，在靜*承固定到安裝座后，應檢查靜*承上表面的平面度≤0. 005 mm， 必要時對安裝座安裝面進行刮研處理。

( 5) 把靜*承裝入轉盤與轉子支架之間，并把轉子固定在轉子支架上，形成回轉組件，通過軸承與其 安裝座之間的固定連接一起裝入基座上。裝配完成后，進行通油檢查，檢查轉盤及其固定件回轉是否靈活，無阻滯現象，回油是否通暢，密封是否完好。

( 6) 夾持機構固定在安裝座上，然后與基座裝配固定后，在保證靜*承通油的同時，夾持機構通油進 行夾緊，松開安裝座與基座之間的固定螺栓，進行自適 應浮動找正，螺栓擰緊，通過多次調整，使轉臺回轉徑 向跳動量達到小。

結語

高精度臥式加工中心的裝配質量，是保證機床整機性能質量的關鍵。M /800H 高精度臥式加工中心通過裝配工藝技術的研究，嚴格控制機床的裝配質量，取 得了較好的效果，達到了機床的設計要求。本文以 M /800H 高精度臥式加工中心為例，對移動部件導軌裝配、主軸單元裝配、數控轉臺的裝配工藝技術進行了介 紹，對今后深入研究高精度機床的精密裝配技術具有一定的借鑒作用。