雙主軸雙排刀復合機床的機械結構與工作原理分析

歐杰

摘要：文章先介紹了雙主軸雙排刀車銑復合機床，然后對復合機床的機械結構與工作原理進行分析。

關鍵詞：雙主軸;垂直雙排刀;機械結構;工作原理

復合機床在設計過程中主要布局呈現對稱性，并且還利用模塊化設計，實現了底座和床身一體化。X、Y、Z導軌在設計中基本都選擇使用滾珠直線導軌，并且各個坐標軸都使用交流伺服電動機做動力源進行拖動，從而可以實現重心驅動。設計完成以后整個機床實用性強、操作簡單。

一、機械結構及特點

1.床身

整個雙主軸雙排刀復合機床中，床身占據重要位置，機床所有的功能基本上都是以床身為載體。雙主軸雙排刀車銑復合機床在實際應用中主要以T型床身為框架，在箱中箱框架結構支撐下，利用大圓弧過渡筋板，進行合理鑄造。結合人工處理作業，可以促使雙主軸雙排刀車銑復合機床形成兩端對稱的軌道結構，在保證其抗震性能的同時，也可以提高雙主軸雙排刀車銑復合機床吸震性能^[1]。

2.左右主軸箱

雙主軸雙排刀車銑復合機床左右主軸箱主要以電主軸結構為支撐，依據主軸承對稱原理，將機床旋轉主軸組件進行有機整合。由于雙主軸雙排刀車銑復合機床省略了機械齒輪的傳動環節，在實際應用過程中，精準度較高、轉動速度快、速度調整方位大、噪音小、空間占用率低。同時由于雙主軸雙排刀車銑復合機床左右兩電主軸均為內置式電機結構，在實際運行中，可以通過對線圈的合理切換，實現低速度、大扭矩、高功率運行。結合內置編碼器、C軸制動器盤、雙主軸、雙垂直溜板排刀的合理設置，可以保證高難度銑削加工作業自動、高速進行，整體加工效率較高。

3.垂直溜板排刀

雙主軸雙排刀車銑復合機床中垂直溜板排刀的優點主要表現在：

（1）垂直溜板立體排刀結構的應用，可以通過簡單的構件組裝，簡化維護步驟，降低故障檢修時間損耗;換刀間隔時間短，成本較低。同時，垂直溜板刀具安裝位置較多，應用中可以根據工件的不同安裝不同的刀具，刀具也可用從多方向、多位置進行裝夾，可以針對時間需求進行加工。同時依據實際情況，在雙主軸雙排刀車銑復合機床垂直溜板立體排刀結構中可進行多種刀具模式的設置，如立銑刀水平安裝、盤銑刀垂直安裝、鉆頭傾斜安裝等。

（2）為了進一步提高工件的精確度，在垂直溜板排刀結構機床應用中，應控制垂直溜板排刀結構機床車刀刀具、主軸中心間高度差在0.015mm內。同時考慮到垂直溜板為垂直溜板排刀結構機床車刀刀夾剛性安裝主要位置。因此，在垂直溜板排刀結構機床運行過程中，可以垂直溜板為載體，進行上、下兩個方向移動作業，從而提高刀尖、主軸中心的控制精確度。同時控制車刀、溜板呈90°上下排列狀態，避免上下相連刀具刀尖間距對工件加工規格的限制^[2]。

二、機床工作原理

在雙主軸雙排刀車銑復合機床運行過程中，由于雙主軸雙排刀車銑復合機床左、右電主軸單元在溜板上（如圖1 所示），伺服電動機為主要動力源，可以驅動雙主軸雙排刀車銑復合機床左右電主軸在溜板上運動。據此，將雙主軸雙排刀車銑復合機床底座作為基底，將雙主軸雙排刀車銑復合機床左右電主軸單元與伺服電機底座相連。隨后以直接連接的方式，逐步將伺服電動機、聯軸器、滾珠絲杠副兩相連，可保證整體工件加工精確程度。通過絲杠專用材料軸承支撐結構的設置，結合預拉伸調整及滾珠絲杠副的應用，可利用絲母座直線運動代替伺服模塊旋轉運動，從而避免絲杠系統熱變形對系統加工效果的影響。

如圖2可知在電主軸旋轉結構運行過程中，主要是在電動機定子熱裝處理的基礎上，將雙主軸雙排刀車銑復合機床電動機固定在定子外套的適當位置。同時采用螺釘加熱裝的方式，將電動機定子外套與主軸箱體、電動機轉子與轉子內套進行逐一連接。在這個基礎上，可采用錐度鎖緊螺母，將轉子內套與機床主軸穩定連接。

依據上述結構布局，可在雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸箱體內，促使轉子內套與軸承支撐之間具有足夠的接觸面;而在電動機定子線圈運作過程中，可利用電動機定子外套、主軸箱體間環形槽，為冷卻液通過提供通道。結合室溫調節型油冷卻機的利用，可促使雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸定子正常作業。在這個基礎上，利用電感式編碼器，將主軸、系統設定為閉環控制模式。通過電感式編碼器對主軸轉速、C軸分度的控制，可以設定工件銑削程序，促使雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸制動器緊抱剎車盤，以實現雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸定向準停，降低其主軸震動對工件銑削過程的影響。而雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸回轉動力液壓缸的運行，主要是將主軸套筒拉桿、動力卡盤緊密連接，為被加工工件自動夾緊提供輔助支撐。

雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸內套筒拉桿內孔中主要模塊為定長軸。其主要經螺母套，與回轉油缸內套、拉桿套筒內孔小間隙連接，以實現雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸穩定運動。同時在雙主軸雙排刀車銑復合機床主軸滑軸彈簧的作用下，促使滑軸固定在工件適當位置左右移動。若被加工工件已加工完畢，在電感式編碼器控制下，動力卡盤會經彈簧作用自動張開，隨后驅動滑軸向前移動。進而控制水平刀座、車刀刀座、動力箱裝置停止動作，結束復雜工件的復合加工作業。

三、總結

綜上所述，本文通過雙主軸雙排刀復合機床的機械結構與工作原理分析，明確了復雜工件的復合加工過程。在雙主軸雙排刀復合機床運行過程中，可利用電子編碼器對某些環節合理調整，在一定程度上保證了復雜工件的質量。

參考文獻

[1]周保牛，周岳，葉穗，等. 雙主軸倒立車銑復合柔性制造單元的研制[J]. 制造技術與機床，2018（4）：123-145.

[2]孫彥旭. 雙主軸雙排刀復合機床的研制[J]. 制造技術與機床，2017（9）：51-54.