立臥復(fù)合鏜銑頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：簡述立臥復(fù)合鏜銑頭的發(fā)展及在龍門加工中心上的應(yīng)用，闡釋了該類銑頭的結(jié)構(gòu)原理及自動(dòng)分度、自動(dòng)換刀流程；介紹了設(shè)計(jì)立臥復(fù)合銑頭的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：立臥復(fù)合銑頭；龍門加工中心；自動(dòng)分度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.016

0 引言

最初的數(shù)控龍門加工中心只配備立式銑頭，用來加工水平表面及垂直孔，而四周面的加工，需要將工件立起來加工，極不方便又效率底下，后來為滿足用戶及市場需求，多數(shù)廠商便在龍門加工中心上配備的臥式鏜銑頭，起初的臥式銑頭為手動(dòng)更換，后來漸漸地變成自動(dòng)更換，發(fā)展到今天多數(shù)的龍門機(jī)床都備有頭庫，高檔的龍門機(jī)床可能備有3到4件銑頭，包括立式銑頭、臥式銑頭、雙軸頭等。

本文提到的是一種無需交換的立臥復(fù)合鏜銑頭，在銑頭上配置垂直和水平兩個(gè)方向同時(shí)旋轉(zhuǎn)的復(fù)合主軸，當(dāng)加工不同的表面（水平面或四周面等）時(shí)，只需垂直和水平主軸安裝上對應(yīng)的刀具，既可實(shí)現(xiàn)立式和臥式加工。其優(yōu)點(diǎn)在于無需更換主軸頭，從而節(jié)省輔助時(shí)間，極大地提高了效率。

1 結(jié)構(gòu)原理

本文介紹的立臥復(fù)合鏜銑頭，要通過螺紋連接安裝在龍門機(jī)床滑枕的端部；主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來自于滑枕上端的主軸電機(jī)，臥式主軸通過螺旋傘齒輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，立式主軸通過圓柱斜齒輪實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輸出，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀、自動(dòng)分度。帶有刀柄清潔及中心出水等功能。

2 自動(dòng)分度及自動(dòng)換刀

2.1 自動(dòng)分度

在實(shí)際加工過程中，立臥復(fù)合鏜銑頭經(jīng)常要轉(zhuǎn)換不同的角度，因此鏜銑頭必須具自動(dòng)分度的功能，本例選用了高精度分度定位鼠牙盤，以更可靠地保證分度精度。其具體的動(dòng)作流程為，如圖2所示，在油腔2供油時(shí)，推動(dòng)活塞動(dòng)作，使分度齒輪咬合（其中活塞與下頭體把和為一個(gè)整體），同時(shí)，上下鼠牙盤脫開，此時(shí)，下頭體可以旋轉(zhuǎn)到預(yù)先設(shè)定的角度，完成分度；然后，油腔1供油，推動(dòng)活塞反向動(dòng)作，拉緊下頭體，與此同時(shí)，上下鼠牙盤咬合，實(shí)現(xiàn)精確定位。

2.2 自動(dòng)換刀

因?yàn)槭橇⑴P復(fù)合銑頭，所以換刀分立式主軸換刀和臥式主軸換刀兩種，立式主軸換刀過程為，卸刀油缸供油，壓縮碟璜組，使拉抓張開，此時(shí)換刀機(jī)械手將刀具送入主軸錐孔，控制系統(tǒng)得到指令后，油缸卸荷，碟璜復(fù)位，拉抓將刀具拉緊；而臥式主軸的換刀過程與其類似，需要注意的是，換刀時(shí)，下頭體必須復(fù)位，回到分度零點(diǎn)，以保證換刀機(jī)械手正常工作。

3 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 高精度、高剛性

高精度和高剛性是立臥復(fù)合銑頭的一般性要求，因此零部件及配套件均要求極高的精度，必要時(shí)，需要相關(guān)工藝保證。本例，主軸軸承選用前三后二的布置，前端為三列角接觸球軸承，后端為兩列深溝球軸承，可以很好的承受軸向力和徑向力；此外，傳動(dòng)齒輪、拉刀力等均需校核以保證主軸剛性。至于精度，這里與軸承內(nèi)外圈配合的主軸和頭體均需要配磨，以保證精度要求，而頭體的分度，選用高精度鼠牙盤以保證分度精度。

3.2 動(dòng)作循環(huán)

自動(dòng)換刀和自動(dòng)分度是立臥復(fù)合銑頭的兩大動(dòng)作，如何保證動(dòng)作的可靠和穩(wěn)定，需要注意以下兩點(diǎn)：其一，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；本例的用于頭體分度的活塞和油缸體比較特殊，既往復(fù)運(yùn)動(dòng)又相對轉(zhuǎn)動(dòng)，因此在活塞和油缸體之間設(shè)計(jì)一組滾針軸承，用于支撐和傳動(dòng)，而密封采用O型橡膠圈加格萊圈的組合密封結(jié)構(gòu)，且選用品質(zhì)有保證的品牌，以保證油路不串腔；其二，正確的動(dòng)作指令；用于頭體自動(dòng)分度的齒輪耦合器，在分度時(shí)嚙合，分度完成后脫開，為了保證其每次嚙合時(shí)不會(huì)出現(xiàn)打齒的故障，就要求控制系統(tǒng)在每次分度前，記錄其主軸的相位，以保證齒輪耦合器的順利嚙合。

4 結(jié)語

伴隨著立臥復(fù)合鏜銑頭在龍門類加工中心上的應(yīng)用日益廣泛，其作為一個(gè)獨(dú)立而關(guān)鍵的核心部件，也引起業(yè)內(nèi)更多的關(guān)注，本文通過具體案例，闡述了立臥復(fù)合鏜銑頭的結(jié)構(gòu)原理，并總結(jié)了該類銑頭設(shè)計(jì)過程中的要點(diǎn)，為后續(xù)設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供了理論依據(jù)及借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]薛兆云，康敏.基于力矩電機(jī)的雙擺動(dòng)銑頭設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代制造工程，2007（03）：107-108.

[2]劉磊，楊慶東.幾種擺式銑頭的結(jié)構(gòu)分析及精度保持性研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2009（38）：13-15.

作者簡介：葛陽（1982-），男，遼寧大連人，主要從事：龍門鏜銑類及五軸加工中心的設(shè)計(jì)研發(fā)工作。