一種高精度直角銑頭結(jié)構(gòu)設(shè)計及其溫升形變檢測*

金 輝 佟 琨 郭志超 喻 鵬

(沈陽機床股份有限公司，遼寧 沈陽 110142)

直角銑頭作為立式車銑中心、龍門式鏜銑中心最常見的附件頭，是進(jìn)行切削加工的最終執(zhí)行機構(gòu)，其具有良好結(jié)構(gòu)，較小的溫升及形變是機床具有良好加工精度的重要保證。如何減小直角銑頭的溫升及形變是現(xiàn)代機床的重要研究課題。

本文提供了一種結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、裝配方便的直角銑頭結(jié)構(gòu)，通過溫升及形變的檢測證明了該直角銑頭結(jié)構(gòu)是具有較小溫升及小形變的優(yōu)良直角銑頭結(jié)構(gòu)。

1 高精度直角銑頭特點

本文介紹的一種高精度直角銑頭，其立軸支撐方式為上端采用兩個角接觸球軸承串聯(lián)下端采用3個角接觸球軸承串聯(lián)，上下軸承形成背對背的支撐方式；臥軸前段采用兩個角接觸球軸承形成背對背支撐方式，后端采用一個深溝球軸承進(jìn)行支撐，此種軸承布置形式剛性好，可以承受傾覆力矩；另外通過調(diào)整內(nèi)套與外套之間的高度差，使用鎖緊螺母對軸承進(jìn)行預(yù)緊，進(jìn)一步提升了直角銑頭的剛性及精度。前端采用迷宮形式進(jìn)行密封，且有高壓氣體進(jìn)入對主軸軸承進(jìn)行氣密封，防止加工時有雜質(zhì)進(jìn)入軸承，免使結(jié)構(gòu)損壞。前端具有錐孔吹氣功能，在換刀等無刀狀態(tài)下對主軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行清潔保護(hù)。整個直角銑頭采用一體式的設(shè)計結(jié)構(gòu)，在設(shè)計初期即考慮溫升及形變對結(jié)構(gòu)的影響，從而保證了具有此結(jié)構(gòu)的直角銑頭的精度保持性。

2 高精度直角銑頭結(jié)構(gòu)介紹

高精度直角銑頭結(jié)構(gòu)如圖1所示。臥軸前軸承外套1與臥軸前軸承內(nèi)套2用于調(diào)整前軸承8內(nèi)外環(huán)的高度差并使用前端鎖緊螺母9和265 N·m的預(yù)緊力對前軸承進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力通過查詢軸承樣本得到，兩個前軸承采用背靠背的安裝方式；前端密封蓋3用于對主軸前端密封。

拉刀機構(gòu)4、與錐孔套5用于刀具拉刀；主軸6為主要旋轉(zhuǎn)零件；前端蓋7用于對前端進(jìn)行密封；上端外軸承套10、上端內(nèi)軸承套11與立軸支撐套20用于調(diào)整立軸軸承19的內(nèi)外高度差，軸承用上端鎖緊螺母13鎖緊；上體12為上部主體，上端過渡墊18用于上體與上部連接套14連接，上端密封蓋15對上端進(jìn)行密封；傘齒輪16將立軸旋轉(zhuǎn)傳遞到臥軸旋轉(zhuǎn)；換頭感應(yīng)裝置17用于換頭感應(yīng)；中體21與中體過渡墊22構(gòu)成中體主體；臥軸后軸承23對臥軸后端進(jìn)行支撐，臥軸鎖緊螺母28對其進(jìn)行鎖緊，后端過渡套24、后端過渡墊25、后端蓋26、后端防塵蓋29組成臥軸后端結(jié)構(gòu)；內(nèi)冷接口27用于內(nèi)冷；后端鎖緊螺母30用于鎖緊臥軸傘齒輪32；后端過渡墊31用于調(diào)整間隙；下體33構(gòu)成下體主要結(jié)構(gòu)。

拉爪34用于直角銑頭與滑枕的結(jié)合；刀具松開接口35為刀具松開腔供油；定位鍵36用于滑枕與直角銑頭之間的定位；氣密封接口37為軸承前端氣密封壓縮空氣入口； 內(nèi)冷接口38提供刀具內(nèi)冷切削液；外冷39切削時提供外冷切削液；刀具夾緊切削液40為刀具夾緊腔供油；錐孔吹氣接口41為壓縮空氣入口。

3 高精度直角銑頭溫升與形變檢測

如圖2所示，將直角銑頭安裝到滑枕上，與滑枕形成一體式結(jié)構(gòu)。分別在直角銑頭的前向、后面、頂部、后上位置安裝溫度傳感器，用于檢測直角銑頭在轉(zhuǎn)動過程中隨著時間的推移各部的溫升如圖3所示；在直銑頭的X、Y、Z方向分別設(shè)置3個位置傳感器用于檢測直角銑頭在轉(zhuǎn)動過程中，隨著時間的推移3個方向的形變?nèi)鐖D4所示。測試中主軸最高轉(zhuǎn)速為2 500 r/min，測試時間為從上午07：56至下午15:10。

如圖3溫升曲線所示，頂部溫升最高，其次依次為后上、前向、后向，且4個檢測位置都在轉(zhuǎn)速達(dá)到2 500 r/min時溫度發(fā)生階躍式提高，20 min內(nèi)溫度最大可升高7 ℃。

如圖4所示，X軸的最大形變?yōu)?.095 mm；Y軸的最大形變?yōu)?.033 mm；Z軸的最大形變?yōu)?.118 mm。

從試驗結(jié)果看出該結(jié)構(gòu)的直角銑頭具有良好的溫升及形變特性，可以保證此結(jié)構(gòu)直角銑頭在長時間運行的狀況下仍然保持高精度，使其具有穩(wěn)定的加工能力。

4 結(jié)語

本文提供了一種高精度直角銑頭結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)的合理性，結(jié)構(gòu)設(shè)計階段即考慮了溫升對直角銑頭的影響，根據(jù)軸承要求對軸承采取合理的定壓預(yù)緊，使整機直角銑頭結(jié)構(gòu)具有低溫升特性及良好的保持小形變能力。并通過測試驗證了直角銑頭的溫升、形變特性，為以后其他形式或規(guī)格的直角銑頭設(shè)計和其他形式的附件頭設(shè)計提供參考，由于其具有良好的精度保持性，大大提升了國產(chǎn)機床的整體性能。

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