立臥復合鏜銑頭的結構設計

摘 要：簡述立臥復合鏜銑頭的發展及在龍門加工中心上的應用，闡釋了該類銑頭的結構原理及自動分度、自動換刀流程；介紹了設計立臥復合銑頭的設計要點。

關鍵詞：立臥復合銑頭；龍門加工中心；自動分度

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

0 引言

最初的數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更換，后來漸漸地變成自動更換，發展到今天多數的龍門機床都備有頭庫，高檔的龍門機床可能備有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合鏜銑頭，在銑頭上配置垂直和水平兩個方向同時旋轉的復合主軸，當加工不同的表面（水平面或四周面等）時，只需垂直和水平主軸安裝上對應的刀具，既可實現立式和臥式加工。其優點在于無需更換主軸頭，從而節省輔助時間，極大地提高了效率。

1 結構原理

本文介紹的立臥復合鏜銑頭，要通過螺紋連接安裝在龍門機床滑枕的端部；主運動的動力來自于滑枕上端的主軸電機，臥式主軸通過螺旋傘齒輪實現動力輸出，立式主軸通過圓柱斜齒輪實現動力輸出，可實現自動換刀、自動分度。帶有刀柄清潔及中心出水等功能。

2 自動分度及自動換刀

2.1 自動分度

在實際加工過程中，立臥復合鏜銑頭經常要轉換不同的角度，因此鏜銑頭必須具自動分度的功能，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。其具體的動作流程為，如圖2所示，在油腔2供油時，推動活塞動作，使分度齒輪咬合（其中活塞與下頭體把和為一個整體），同時，上下鼠牙盤脫開，此時，下頭體可以旋轉到預先設定的角度，完成分度；然后，油腔1供油，推動活塞反向動作，拉緊下頭體，與此同時，上下鼠牙盤咬合，實現精確定位。

2.2 自動換刀

因為是立臥復合銑頭，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，此時換刀機械手將刀具送入主軸錐孔，控制系統得到指令后，油缸卸荷，碟璜復位，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，下頭體必須復位，回到分度零點，以保證換刀機械手正常工作。

3 設計要點

3.1 高精度、高剛性

高精度和高剛性是立臥復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，需要相關工藝保證。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 動作循環

自動換刀和自動分度是立臥復合銑頭的兩大動作，如何保證動作的可靠和穩定，需要注意以下兩點：其一，合理的結構設計；本例的用于頭體分度的活塞和油缸體比較特殊，既往復運動又相對轉動，因此在活塞和油缸體之間設計一組滾針軸承，用于支撐和傳動，而密封采用O型橡膠圈加格萊圈的組合密封結構，且選用品質有保證的品牌，以保證油路不串腔；其二，正確的動作指令；用于頭體自動分度的齒輪耦合器，在分度時嚙合，分度完成后脫開，為了保證其每次嚙合時不會出現打齒的故障，就要求控制系統在每次分度前，記錄其主軸的相位，以保證齒輪耦合器的順利嚙合。

4 結語

伴隨著立臥復合鏜銑頭在龍門類加工中心上的應用日益廣泛，其作為一個獨立而關鍵的核心部件，也引起業內更多的關注，本文通過具體案例，闡述了立臥復合鏜銑頭的結構原理，并總結了該類銑頭設計過程中的要點，為后續設計及優化提供了理論依據及借鑒。

參考文獻：

[1]薛兆云，康敏.基于力矩電機的雙擺動銑頭設計[J].現代制造工程，2007（03）：107-108.

[2]劉磊，楊慶東.幾種擺式銑頭的結構分析及精度保持性研究[J].機械制造與自動化，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計研發工作。