一種多主軸動力頭的設計

摘 要：介紹了一種新型結構的多主軸動力頭，每個主軸上可安裝不同的刀具，可單獨伸縮快速移動，單獨運轉，并且每根主軸的傳遞力矩和轉速獨立可調。在數控系統控制下使用此動力頭可對機械零件進行多工位、多工序的連續加工，且設備制造成本低，生產效率高。

關鍵詞：多主軸；動力頭；多刀具；連續加工

1 設計背景

對機械零件某個部位點、線和面的加工很多情況下需要多把刀具才能完成。通常，在通用機床上是人工更換刀具，換刀時必須重新對刀，效率低，工人勞動強度大，對操作工人的技術要求高；在數控機床上則使用刀庫和機械手自動換刀，數控機床成本高，控制復雜，換刀時間長；現在一般使用的傳統多軸動力頭可提高生產效率，如多孔鉆動力頭，這種動力頭的幾個主軸同時進退和旋轉，每種動力頭的加工對象只能是一種零件的一道工序，零件稍復雜就需要大量的動力頭及配套設備才能完成一種零件的加工，其專用性很強，成本高，設備的調試復雜。

針對上述問題，改進設計了一種新型結構的多軸多刀具動力頭，每個主軸上可安裝不同的刀具（如鉆頭、絲攻、鉸刀、銑刀等），每個主軸均可獨立進退，單獨轉動，轉速可調，并且具有力矩保護功能，刀具一次安裝后即可進行不同孔位、孔徑或不同加工平面的連續加工，當某個主軸在進行加工時其他主軸不會旋轉、不會快速移動，。這樣，在零件加工過程中，該動力頭可以對機械零部件的點、線和面連續進行多工位、多工序的加工，刀具主軸柔性強，當刀具遇到突變阻力時，有一定緩伸，并且刀具轉速重新可調。

2 新型多主軸動力頭的設計

2.1 設計方案簡介

本多主軸動力頭設計原理就是直接將空心的電動機轉子裝在主軸上，定子通過冷卻套固定在主軸箱體孔內，形成一個完整的主軸單元，通電后轉子直接帶動主軸運轉。其設計多根刀具主軸，每根主軸一端根據加工需要安裝上不同的刀具，另一端則加工成花鍵軸，主軸裝在一主軸套筒活塞內，主軸套筒活塞兩端分別裝有兩對角接觸軸承和一個推力球軸承以支承主軸，主軸套筒活塞則裝在一多孔主軸箱內，主軸箱的每個安裝主軸套筒活塞的孔就是一個油缸，這樣，主軸套筒活塞的兩端通過液壓閥控制分別進油或泄油，就可使主軸套筒活塞帶動主軸伸縮。在主軸箱的主軸花鍵端是一與主軸箱相連的傳動箱，傳動箱內有與主軸箱的主軸對應的沿圓周方向均勻分布的多個從動齒輪，每個從動齒輪上都裝有一帶內花鍵的電磁離合器與主軸的花鍵相連，在多個從動齒輪的中心裝有一主傳動齒輪，帶動多個從動齒輪旋轉，因此，當電磁離合器沒有吸合時，從動齒輪空轉。當需要使用某根主軸工作時，某根主軸上的電磁離合器通電，主軸旋轉，同時，主軸套筒活塞的一端通油（或壓縮空氣），使主軸套筒活塞伸出，而其他主軸則不會旋轉和伸出。改變電磁離合器的通電電流的大小，就可改變該離合器傳遞力矩的大小。當需要改變某根主軸的轉速時，改變電動機的轉速，就可改變每個主軸的轉速。如果將此動力頭安裝在一三維工作臺上，通過一套NC程序的控制，就可根據需要選擇任一主軸上的刀具進行加工，也可很方便地修改任一根主軸的轉速、傳遞力矩。本設計方案可實現每根刀具主軸轉速可調并且力矩的大小可控制，每根刀具主軸可單獨或同時快速移動，（根據工作需要一般一次一根刀具主軸快速移動），刀具主軸快速移動使刀具接近工件之后，切削進刀由三維工作臺運動完成，每根刀具主軸可單獨或同時進行加工（一般一次一根刀具主軸工作），在刀具主軸上按要求安裝了不同的刀具，把整個動力頭安裝在一三維工作臺上，配上一套NC系統，再按加工需要設計一套自動控制程序，就成為一臺多功能的加工設備。

2.2 主要結構

3 結語

本多刀多主軸動力頭，屬金屬切削機床的一個功能部件，其動力頭的多根主軸上可安裝多種刀具，主軸、主軸套筒活塞裝在液壓油缸或氣缸內，每根主軸由液壓油缸或氣缸推動作伸縮運動，主軸的轉矩由電磁離合器來控制，轉速由一調速電動機控制，因此，每根刀具主軸可單獨伸縮快速移動，單獨運轉，并且每根主軸的傳遞力矩和轉速獨立可調，將本動力頭裝在一三維（或四維、五維）工作臺上后，通過NC系統控制，就可作為一臺加工中心使用，從而可對機械零件的點、線和面進行多工位、多工序的連續加工。實際制造和使用表明，使用此動力頭制造的設備比加工中心少了刀庫和換刀機構，價格更便宜，而且換刀時間大大減少，效率更高。

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作者簡介：陳繼紅（1966-），男，湖北云夢人，本科，湖北職業技術學院教授，主要研究機械制造技術及加工工藝等。