一種銑車復(fù)合加工中心的主軸定位鎖緊裝置設(shè)計(jì)*＊

楊錦斌

(西部礦業(yè)股份有限公司，青海 西寧810001)

銑車復(fù)合加工中心是數(shù)控機(jī)床中難度最大、應(yīng)用范圍最廣的機(jī)床，代表機(jī)床制造業(yè)最高水平，國際上把復(fù)合加工設(shè)備作為衡量一個(gè)國家裝備制造業(yè)水平的標(biāo)志，它集機(jī)、電、液、光于一體，主要用于復(fù)雜曲面的高效、精密、自動(dòng)加工，復(fù)合加工中心是發(fā)電、船舶、汽車、航空航天、高精儀器等民用工業(yè)和軍工部門迫切需要的關(guān)鍵加工設(shè)備。通常，復(fù)合加工中心加工效率相當(dāng)于2 臺(tái)三軸機(jī)床，甚至可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資，大大節(jié)約空間和不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間與費(fèi)用。在銑車復(fù)合加工中心中，主軸銑車轉(zhuǎn)換定位鎖緊技術(shù)是銑車功能轉(zhuǎn)換中至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一，它的定位鎖緊方式影響著主軸銑車功能轉(zhuǎn)換，其穩(wěn)定性及可靠性直接影響著銑車復(fù)合加工中心的加工精度和整機(jī)性能。因此，主軸銑車轉(zhuǎn)換定位鎖緊技術(shù)是整個(gè)銑車復(fù)合加工中心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中所要考慮的重點(diǎn)要素之一。

1 銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置構(gòu)成

銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置主要由三片式端面鼠牙盤鎖緊機(jī)構(gòu)、等裝置組成。

1.1 三片式端面鼠牙盤鎖緊機(jī)構(gòu)

銑車復(fù)合加工中心的主軸除了無需鎖緊的銑削功能外，還需要可靠鎖緊主軸的車削功能。無需鎖緊的銑削功能是為了滿足銑車復(fù)合加工中心高速銑削加工功能而設(shè)計(jì)的，可靠鎖緊主軸的車削功能是為了實(shí)現(xiàn)銑車復(fù)合加工中心的車削功能而設(shè)計(jì)的。為了能銑車復(fù)合加工中心主軸的高強(qiáng)度鎖緊，實(shí)現(xiàn)其主軸強(qiáng)力車削加工功能，主軸定位鎖緊裝置必須采用三片式端面鼠牙盤鎖緊機(jī)構(gòu)。

1.2 自動(dòng)恒壓液壓控制系統(tǒng)

在液壓系統(tǒng)設(shè)置液壓泵的工作狀態(tài)，對(duì)維持液壓系統(tǒng)工作壓力的恒定起著十分關(guān)鍵作用。為維持系統(tǒng)工作壓力恒定，除了可以采用一些液壓元件和一些蓄能措施以外，主要還是通過對(duì)主軸定位鎖緊裝置油腔的壓力進(jìn)行在線檢測，按照壓力控制信號(hào)，控制系統(tǒng)按壓力大小給出變頻調(diào)速指令，變頻器變頻調(diào)速液壓泵變頻電動(dòng)機(jī)，液壓系統(tǒng)向油腔供油，使之油腔工作壓力保持動(dòng)態(tài)恒定。

2 銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置設(shè)計(jì)

2010 年筆者公司承擔(dān)了國家科技重大專項(xiàng)——“動(dòng)梁無滑枕銑車復(fù)合加工中心”課題攻關(guān)任務(wù)。在課題研究過程中，應(yīng)用已經(jīng)成熟的三片式端面鼠牙盤鎖緊技術(shù)、自動(dòng)恒壓液壓系統(tǒng)控制技術(shù)等新技術(shù)，解決了主軸定位鎖緊裝置的準(zhǔn)確定位、可靠鎖緊及鎖緊力恒定等技術(shù)難題。

銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置的結(jié)構(gòu)見圖1，主軸定位鎖緊裝置結(jié)構(gòu)一:主軸箱1 設(shè)置在主軸16上肩部外側(cè)，上齒盤4 通過螺栓固定在主軸箱1 上側(cè)L 型階梯角部，活塞齒盤6 裝在主軸箱1 內(nèi)側(cè)上齒盤4下端，油缸體8 固定在主軸箱1 內(nèi)側(cè)活塞齒盤6 下端，活塞齒盤6 和油缸體8 上與主軸箱1 內(nèi)側(cè)壁接觸部位裝有密封圈12，活塞齒盤6 上臺(tái)階處與主軸箱1 下臺(tái)階處形成油腔5，油缸體8 與主軸箱1 內(nèi)側(cè)壁接觸部位的上臺(tái)階與活塞齒盤6 下端面部位形成油腔7，油缸體8 外沿止口通過螺栓18 固定在主軸箱1 下端面，主軸箱1 上裝有進(jìn)油口2 并加工有油孔與油腔5 相通，主軸箱1 上與進(jìn)油口2 相對(duì)一側(cè)裝有進(jìn)油口11 并加工有油孔與油腔7 相通;上齒盤3 通過螺栓固定在主軸16 上側(cè)L 型階梯角部并與上齒盤4 平齊，上隔套10、軸承13、中隔套14、軸承15 從上至下依次裝在主軸16 上齒盤3 的下方，并用法蘭9 和螺栓18 固定在主軸16 下端部。

主軸定位鎖緊裝置結(jié)構(gòu)二:油缸體8 與主軸箱1內(nèi)側(cè)壁接觸部位的上臺(tái)階與活塞齒盤6 下端面部位形成空腔7，空腔7 內(nèi)裝有碟形彈簧組件替代油腔7 中的液壓介質(zhì)，其余部分與主軸定位鎖緊裝置結(jié)構(gòu)一相同。

3 銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置的工作運(yùn)行

銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置的工作運(yùn)行過程如下:

(1)主軸定位鎖緊裝置結(jié)構(gòu)一工作運(yùn)行過程:當(dāng)主軸功能轉(zhuǎn)換為車削時(shí)，發(fā)出主軸定位鎖緊指令，進(jìn)油口11 供油，油腔7 注入壓力油，油腔5 卸壓，活塞齒盤6 上移，主軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞齒盤6 上的齒部與上齒盤4 和3 完全嚙合，主軸車削功能定位鎖緊完成，卸去主軸驅(qū)動(dòng)力，工作臺(tái)按指令旋轉(zhuǎn)，即可進(jìn)行車削加工;當(dāng)主軸功能轉(zhuǎn)換為銑削時(shí)，發(fā)出主軸定位鎖緊脫離指令，進(jìn)油口2 供油，油腔5 注入壓力油，油腔7 卸壓，活塞齒盤6 下移，活塞齒盤6 上的齒部與上齒盤4 和上齒盤3 完全脫離，主軸銑削功能轉(zhuǎn)換完成，加載主軸驅(qū)動(dòng)力，主軸按指令旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)按指令工作(可旋轉(zhuǎn)，也可不旋轉(zhuǎn))，即可進(jìn)行銑削加工(見圖1)。

(2)主軸定位鎖緊裝置結(jié)構(gòu)二工作運(yùn)行過程:當(dāng)主軸功能轉(zhuǎn)換為車削時(shí)，發(fā)出主軸定位鎖緊指令，在空腔7 內(nèi)碟形彈簧組件作用下，油腔5 卸壓，活塞齒盤6 上移，主軸慢速轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞齒盤6 上的齒部與上齒盤4 和3 完全嚙合，主軸車削功能定位鎖緊完成，卸去主軸驅(qū)動(dòng)力，工作臺(tái)按指令旋轉(zhuǎn)，即可進(jìn)行車削加工;當(dāng)主軸功能轉(zhuǎn)換為銑削時(shí)，發(fā)出主軸定位鎖緊脫離指令，進(jìn)油口2 供油，油腔5 注入液壓介質(zhì)，空腔7 內(nèi)碟形彈簧組件被壓縮，活塞齒盤6 下移，活塞齒盤6 上的齒部與上齒盤4 和3 完全脫離，主軸銑削功能轉(zhuǎn)換完成，加載主軸驅(qū)動(dòng)力，主軸按指令旋轉(zhuǎn)，工作臺(tái)按指令工作(可旋轉(zhuǎn)，也可不旋轉(zhuǎn))，即可進(jìn)行銑削加工(見圖1)。

4 銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置的優(yōu)點(diǎn)分析

銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置具有主軸鎖緊剛性高、可靠性強(qiáng)、定位準(zhǔn)確等特點(diǎn)，其具體的優(yōu)點(diǎn)有:

(1)具有結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，主軸銑車功能轉(zhuǎn)換可靠、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。

(2)可大幅度提高加工效率，甚至可以完全省去某些大型自動(dòng)化生產(chǎn)線的投資，大大節(jié)約空間和不同制造單元之間的周轉(zhuǎn)運(yùn)輸時(shí)間與費(fèi)用。

5 結(jié)語

配備主軸定位鎖緊裝置的銑車復(fù)合加工中心已投入用戶使用，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。該主軸定位鎖緊裝置已獲得新型實(shí)用專利授權(quán)(專利號(hào):ZL201120286708.X)。銑車復(fù)合加工中心主軸定位鎖緊裝置有效地消除了人為誤差，更加符合企業(yè)質(zhì)量管理和工業(yè)生產(chǎn)過程控制的要求，提高了銑車復(fù)合加工中心工作過程的可靠性和安全性，能在銑車復(fù)合加工中心上方便快捷地實(shí)現(xiàn)銑削、車削功能，對(duì)發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的潛能實(shí)現(xiàn)高效加工有非凡的現(xiàn)實(shí)意義。