升降銑削頭及其相關部件的研究開發

徐英

（大連海洋學校，遼寧大連116023）

升降銑削頭及其相關部件的研究開發

徐英

（大連海洋學校，遼寧大連116023）

數控銑削機床設計中，研究開發了升降銑削頭、框架式立柱滑臺以及平衡油缸等結構，同時機床中還采用了日本NSK軸承以及主軸氣封技術等，保證了機床的高精度、高效率加工，效果良好。

升降銑削頭；平衡油缸；立柱；滑臺

0 引言

凸輪軸軸承蓋數控自動線是為某汽車有限公司設計制造的，這條自動線是我國自行開發研制用于30萬輛橋車生產的第一條高精度、高生產率、多品種的自動線。該自動線采用了多種先進技術和許多特殊結構，共有五臺加工機床，其中在第二臺機床中采用了升降銑削頭、平衡油缸以及框架式立柱滑臺等結構，這些機構保證了機床的正常加工，效果良好。

1 升降銑削頭結構

圖1

通常的銑削頭是配置傳動裝置安裝在機床滑臺上，其隨滑臺進行快速進給運動和工作進給運動，以完成銑削平面加工。升降銑削頭結構與通常的銑削頭結構有所不同，其具體結構如圖1所示，升降銑削頭2具有兩個主軸；框架式機床立柱1兼有滑臺底座的功能；機床滑臺導軌3通過螺釘和機床立柱1相連接。升降銑削頭在滾珠絲杠的作用下，在機床立柱導軌上作垂直移動以完成銑削加工。

1.1 主軸結構

圖2

升降銑削頭具有兩根主軸并列排列，其具體結構如圖2所示。兩個主軸內部結構形式相同，兩軸距離為340 mm，主軸轉速都為500 r/min。為了保證主軸精度，主軸上采用日本NSK軸承，主軸前后端支承均為雙列短圓柱滾子軸承，前端支承采用了60°角接觸雙列推力向心球軸承，這種軸承安裝在前支承里側，可減少主軸的懸伸，同時具有軸向剛度高和精度高的優點。主軸精度的調整主要是調整前支承與軸肩的間隙量，是靠修磨調整墊來保證。主軸的鎖緊螺母采用帶鎖緊槽的圓螺母，其特點是：（1）結構簡單，裝卸方便；（2）鎖緊力大且均勻，可補償偏心負載；（3）具有螺母齒形防松墊圈的作用；（4）螺母擰緊時靠部分變形使其前半部分和后半部分以不同齒面與主軸螺紋相接觸，從而保證螺母工作端面與主軸軸線相垂直，同時，鎖緊均勻，消除螺紋側隙，更好地調整滾動軸承的游隙，完全消除端面跳動。

1.2 傳動裝置結構

為了保證主軸在回轉中的平穩和高效，與升降銑削頭配套的傳動裝置，一是采用了齒形帶傳動，使得傳動平穩，線速度可達40 m/s；二是采用主軸卸荷裝置，即傳動載荷不允許作用在主軸上。該結構可以將主軸產生的軸向力轉化為幾個零件之間的內力，從而避免了主軸承受的軸向力過大，改善了主軸軸承的工作環境，提高了主軸軸承的旋轉精度、性能，特別是可以大大地延長主軸軸承的使用壽命，降低機床使用成本。

1.3 升降銑削頭結構

升降銑削頭結構實際上是一個帶有銑削主軸箱的滑臺，通過安裝在銑削頭上面的滾珠絲杠傳動，銑削頭在立柱導軌上作上下移動以完成銑削加工。導軌是雙封閉結構，其表面貼有聚四氟乙烯板，即貼塑導軌，使其動態性能好，剛度高。采用滾珠絲杠結構，保證了可靠的運動性能。另外主軸潤滑采用在軸承處填入航空潤滑脂，保證了潤滑部位高溫長期正常工作，有效地防護軸承的金屬部件不受外界侵蝕。

1.4 氣封技術

氣封技術是常用的密封技術，其作用原理如圖2所示，φA與φB之間存在尺寸差值，φC與φD之間也存在尺寸差值，直徑上間隙都為0.2 mm。通過往主軸前端法蘭盤1和后端法蘭盤2徑向孔通入0.17 MPa的空氣，法蘭盤里面壓力大于法蘭盤外面壓力，形成一壓差，使得主軸前后端的灰塵和冷卻液不能進入到主軸內，從而凈化了軸承的工作空間，延長了軸承壽命，保證了主軸精度。另外，采用的氣封技術對主軸也有一定的冷卻作用。

2 滾珠絲杠結構

升降銑削頭的升降移動是靠滾珠絲杠結構來實現的。如圖3所示滾珠絲杠裝置安裝在銑削頭上端，另一端與機床立柱相連接。其采用雙螺母法蘭式墊片預緊方式，具有高效率、高剛度和高壽命、反應靈敏，同步性和隨動性好等優點。

圖3

3 平衡油缸結構

本機床設計采用了油缸來代替以往的立柱平衡重，即平衡油缸。此平衡油缸對以往的常用油缸進行了改進，如圖4所示。其特點是：1）盡量減小缸體的壁厚，油缸體采用無縫鋼管進行焊接，從而減少加工余量，節約材料和節省加工工時；2）活塞和活塞桿不作為一體，而是分開加工，這樣可以各自使用不同的材料，活塞部分采用耐磨材料，活塞桿采用45鋼；3）油缸體和油缸下端的法蘭盤采用焊接方式，節省了材料。

圖4

4 立柱結構

立柱采用框架結構，形成回字形，其本身帶有導軌槽，和升降銑削頭形成立柱滑臺，這和以往的滑臺大不相同。

升降銑削頭及其部件研究開發了以上結構，在使用中都達到了設計要求，用戶反映良好。

［1］ 金振華.組合機機床及其調整與使用［M］.北京：機械工業出版社，1990.

［2］ 大連組合機床研究所.組合機床設計［M］.北京：機械工業出版社，1975.

（編輯：啟 迪）

Research and Development on the Lift Milling Head and Its Related Parts

XU Ying
（Dalian Ocean School,Dalian 116023,China）

The lift milling head,frame columns slide and other structure such as balance cylinder in CNC milling machine are designed.The machine’s precision and high efficiency are realized using Japanese NSK bearings and shaft gas seal technology.

the lift milling head;balance cylinder;column;slide

TG 502

B

1002－2333（2014）04－0172－02

徐英（1962—），女，高級講師，高級工程師，主要從事機械方面的教學、研究與設計等。

2014-02-12