銑頭自動交換技術在A/C軸雙擺角銑頭中的應用*

高秀峰 孫 璐

（①沈陽機床（集團）設計研究院有限公司，遼寧沈陽 110142;②沈陽鐵路局沈陽通信段，遼寧沈陽 110020）

為了適應工件結構的日益多樣化及復雜化，具有高柔性的多功能加工中心通常具有一個銑頭庫及多個附件銑頭，如直銑頭、加長銑頭、直角銑頭、角度銑頭以及專用銑頭等，所有銑頭與滑枕具有相同的交換接口，各個銑頭之間可以任意交換。隨著加工效率的逐漸提高，銑頭的自動交換技術已經逐步取代了以往的手動交換技術。

1 A/C軸雙擺角銑頭

A/C軸雙擺角銑頭是中、大規格五軸聯動加工中心的核心功能部件［1－2］，常用于加工具有復雜曲面的大型精密零部件［3］。為了有效保證待加工工件的加工精度，避免因二次裝夾等因素引起的加工誤差，通常需要在一臺加工中心上完成從粗加工到精加工的全部工序，即現在的機床設計中倡導的“Done in one理念”，這樣的加工背景需要A/C軸雙擺角銑頭應當具有A軸自動交換功能。

如圖1所示為意大利JOBS公司生產的銑頭庫，C軸與主軸動力均內置在滑枕中，銑頭庫包含1個低速大扭矩A軸、1個高速輕切削A軸以及1個直銑頭，3個附件銑頭具有相同的交換接口，可以分別與C軸實現自動對接，從而可以實現從粗加工到精加工的全部工序。

2 A軸自動交換技術

如圖2所示，A/C軸雙擺角銑頭的A/C軸自動交換接口包括C軸交換接口與A軸交換接口。

2．1 A軸自動交換原理

如圖2所示，A/C軸自動交換接口包括16對液壓快接插頭、4對電氣快接插頭、4對拉釘、2個定位銷以及1對齒盤，一共5種對接元件。在A軸自動交換時，必須遵循這樣一套原理:C軸首先將欲換下的A軸放到銑頭庫的相應位置上并松開，然后滑枕帶動C軸上移并移動到即將換取的A軸正上方，此時，必須保證C軸與A軸所有的對接元件在對接之前的位置一一對應，不允許有錯位的現象發生，否則會損壞對接元件;在定位準確之后，滑枕帶動C軸緩慢下移開始抓取A軸，在抓取A軸時，C軸與A軸交換接口中對接行程長的元件先對接，對接行程短的元件后對接;當C軸完成抓取A軸時，所有的對接元件同時完成對接。C軸完成抓取A軸后，滑枕帶動雙擺角銑頭上移脫離銑頭庫，此時，完成了A軸自動交換的全部過程。

2．2 A軸自動交換過程

松開A軸是抓取A軸的逆過程。因此，以下將以抓取A軸為例詳細闡述各元件的對接過程。

圖3為A/C軸自動交換接口的展開圖。由圖所示，在A軸交換接口上，定位銷的高度高于其他所有的對接元件，原因在于2個夾角為90°的定位銷用于抓取A軸時的粗定位。如圖4所示，總的對接行程為42 mm，在2個定位銷粗定位22 mm后，4對電氣快接插頭開始對接，并且電氣快接公插頭在下，電氣快接母插頭在上，目的是防止液壓系統泄漏而流入電氣快接插頭中;當總行程對接到26.3 mm時，液壓快接插頭1開始對接，并且液壓快接母插頭在下，液壓快接公插頭在上，目的是防止對接過程中液壓快接插頭對接時產生的泄漏;當總行程對接到32.5 mm時，液壓快接插頭2開始對接，對接原理與液壓快接插頭1相同;當總行程對接到38.39 mm時，上下齒盤開始對接用于抓取A軸的精確定位，此時必須保證2個齒盤的齒頂正確對應齒槽，否則會損壞其他對接元件;當總行程對接到42 mm時，液壓系統對4個拉釘同時供油，拉釘進油拉緊A軸并自鎖，至此完成了抓取A軸的全部過程。

2．3 A軸自動交換的技術難點

A軸自動交換的技術難點主要包括對接元件的過定位問題以及A軸與銑頭庫的定位問題。

2．3．1 過定位問題

在A軸自動交換的過程中，每一種對接元件均存在徑向定位、周向定位與軸向定位，因此，所有的對接元件在對接過程中，都會產生嚴重的過定位問題，詳情如表1所示。

表1 A軸自動交換接口過定位問題

為了解決如表1所示的過定位問題，可以采取如下方法。

（1）粗定位過定位的解決方法有如下2種:一是可以依靠機械加工的手段，保證各零部件的位置精度及尺寸精度應當在其正常工作的允許范圍之內;二是可以采用自適應的方法來確定其工作位置，如在設計時可以讓電氣快接插頭在對接過程中通過對自身位置的變動進行自適應調整。

（2）精確定位過定位可以依靠調整措施來解決。如圖3所示，可以在C軸與A軸接口之間以及拉釘端蓋下方安裝調整墊，通過配磨調整墊來實現精確定位的精確調整。但仍然值得注意的是，由于調整墊的調整范圍有限，因此，為了減小調整環節的調整量，接口周邊結構的尺寸鏈誤差在設計時必須經過精確計算。

2．3．2A軸與銑頭庫的定位問題

該問題的解決方法有如下2種:

（1）采用一面兩銷的定位方式。如圖1所示，兩銷可以采用1個圓柱銷與1個削邊銷，近年來，國外某些雙擺角銑頭廠家通過精密加工的方式，采用2個圓柱銷。

（2）采用1個錐孔加4個橫銷的定位方式。圖5為德國Cytec的解決方案，通過在A軸兩側插入4個橫銷，然后利用主軸錐孔插入到銑頭庫中心的錐柄上，用以A軸在銑頭庫中的定位。

3 結語

通過對銑頭自動交換技術的深入研究，有效地解決了A/C軸雙擺角銑頭A軸自動交換的過程中，A軸自動交換的原理、對接元件的對接過程、對接元件的過定位問題以及A軸與銑頭庫的定位問題。我公司已將該技術成功應用到具有A軸自動交換功能的直驅式A/C軸雙擺角銑頭MH30fhc產品中，通過樣機試制以及對A軸進行自動交換驗證，取得了非常滿意的效果，充分證明了該技術的正確性與合理性。

［1］林劍峰，閆明，鄭鵬，等．直驅式A/C軸雙擺角銑頭模態分析［J］．機械傳動，2010，34（4）:61－63．

［2］林劍峰，閆明，鄭鵬，等．直驅式雙擺角銑頭C軸傳動部分有限元分析［J］．機械傳動，2010，34（5）:59－61．

［3］Muditha Dassanayake K M，Masaomi Tsutsumi，Akinori Saito．A strategy for identifying static deviations in universal spindle head type multiaxismachining centres［J］． InternationalJournalofMachine tools＆Manufacture，2006，46:1097 －1106．