多主軸聯動龍門銑原理及其硬件實現

李慎旺　劉純祥　郭俊洪

摘 要：本文根據現代機械加工高速高效、高精度、高柔度、復合、智能和綠色化發展總趨勢，提出了多主軸聯動龍門銑的概念及其實現原理，多主軸聯動龍門銑采用了行星齒輪結構實現了切削運動的復合，通過多把立銑刀同時復合加工工件實現了加工的高速高效，極大地提高了超大型零件切削加工過程的加工效率。

關鍵詞：多主軸聯動；復合加工；超大型零件；高效加工

中圖分類號：TG54 文獻標識碼：A

Abstract：According to the modern machining high efficiency， high precision and high flexibility， composite， intelligent and green development trend， we put forward the concept of multi spindle gantry milling machine and its implementation principle. The planetary gear structure ofthe gantry milling machine realizes the composite cutting motion. Through multi milling cutter cutting the workpiece ，the processing efficiency of super large parts machining have been improvedgreatly.

Keywords：multi spindle linkage； compound machining； ultra large parts； high efficiency machining

0.引言

制造產業是一個國家國民經濟和綜合國力的重要表現，其中切削加工是制造技術的主要基礎工藝。隨著科學技術的發展，難加工材料得到了越來越廣泛的應用，這些材料所具有的高溫高強度、高硬度、高的硬質點含量及多相性等性能特征使其能很好地滿足使用要求，然而，難加工材料的這些特殊特性又使得在切削加工過程中產生高溫和高應力，導致加工條件惡化，刀具壽命短，加工效率低等問題。另一方面，在超大型零件加工中如何提高刀具壽命以滿足加工的要求、如何降低切削力以減小尤其時大型薄壁的變形、如何提高加工效率也是人們一直研究的課題。

因此，根據現代機械加工高速高效、高精度、高柔度、復合、智能和綠色化發展總趨勢，掌握難加工材料及超大型零件的切削規律，尋求技術措施研究難加工材料及超大型零件的高效切削新方法和對應的新高端加工裝備，通過新的高效切削方法和對應的高端加工裝備來降低難加工材料及超大型零件切削加工過程的切削力、提高難加工材料及超大型零件切削加工過程的刀具壽命、提高難加工材料及超大型零件切削加工過程的加工效率是切削加工領域的一個重要課題，具有重大的理論和現實意義。

1.多主軸聯動龍門銑原理

如圖1所示，主軸電機1的轉動通過齒輪18、主軸齒輪4傳遞到主軸2，主軸2帶動與其固連的旋轉刀盤11旋轉。主軸電機1可實現無級調速，因此旋轉刀盤11旋轉可實現無級調速。調速電機8的轉動通過調速軸7、調速軸錐齒輪5傳動到雙聯齒輪16，這樣調速電機8的轉動就傳遞到了雙聯齒輪16下端的圓柱齒輪（太陽輪）、旋轉刀盤11（行星架）和刀軸齒輪14（行星輪）組成差動輪系中。根據差動輪系的性質，當旋轉刀盤11（行星架）轉速一定時可通過改變調速電機8的轉速使刀軸15得到不同的轉速，也可以在旋轉刀盤11（行星架）轉速、轉向一定時通過控制調速電機8使刀軸15得到不同的轉向，刀軸15帶動與其固連的螺旋刃立銑刀12旋轉。

這樣螺旋刃立銑刀12除隨旋轉刀盤11一起轉動外還隨刀軸15繞自身軸線主動旋轉，而且當旋轉刀盤11轉速一定時可通過控制調速電機8使螺旋刃立銑刀12繞自身軸線主動旋轉得到不同的轉速和轉向。這就是多主軸聯動龍門銑的原理。

2.多主軸聯動龍門銑的硬件實現

將圖1所示部件稱為多主軸聯動龍門銑動力頭，多主軸聯動龍門銑動力頭即可以縱向安裝在龍門銑床的橫梁上，也可以橫向安裝在龍門銑床的立柱上（如圖2所示）。在圖2中頂架與立柱連接、立柱與床身連接、橫梁與立柱連接、工作臺位于床身上可沿床身移動。多主軸聯動龍門銑動力頭的螺旋刃立銑刀12除隨旋轉刀盤11一起轉動外還繞自身軸線主動旋轉，這樣多主軸聯動龍門銑動力頭的旋轉加工運動是旋轉刀盤11的旋轉運動和螺旋刃立銑刀12的旋轉運動的合成運動，8根螺旋刃立銑刀12除繞主軸2的軸線旋轉外還繞自身軸線旋轉，多主軸聯動龍門銑動力頭的旋轉加工合成運動配合工作臺的進給運動共同完成平面銑削。

結論

根據現代機械加工高速高效、高精度、高柔度、復合、智能和綠色化發展總趨勢，多主軸聯動龍門銑采用了行星齒輪結構實現了切削運動的復合，通過多把立銑刀同時復合加工工件實現了加工的高速高效，極大地提高了超大型零件切削加工過程的加工效率。

參考文獻

[1]Shenwang Li， Xibin Wang， LijingXie， Siqin Pang， Song Peng， Zhiqiang Liang， Li Jiao. The Milling-milling Machining Method and Its Realization..International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2015， 76：1151–1161.

[2]Savas V， Ozay C. Analysis of the surface roughness of tangential turn-milling for machining with end milling cutter[J].Journal of Materials Processing Technology， 2007， 186（1）： 279-283.

[3]Savas V， Ozay C. The optimization of the surface roughness in the process of tangential turn-milling using genetic algorithm[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology， 2008， 37（3-4）： 335-340.

[4]H， Spur G. High speed turn-milling—a new precision manufacturing technology for the machining of rotationally symmetrical workpieces[J]. CIRP Annals-Manufacturing Technology， 1990， 39（1）： 107-109.

[5]Pogacnik M，Kopac J. Dynamic stabilization of the turn-milling process by parameter optimization[J]. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part B： Journal of Engineering Manufacture， 2000， 214（2）：127-135.