一種多主軸動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)

摘 要：介紹了一種新型結(jié)構(gòu)的多主軸動(dòng)力頭，每個(gè)主軸上可安裝不同的刀具，可單獨(dú)伸縮快速移動(dòng)，單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且每根主軸的傳遞力矩和轉(zhuǎn)速獨(dú)立可調(diào)。在數(shù)控系統(tǒng)控制下使用此動(dòng)力頭可對(duì)機(jī)械零件進(jìn)行多工位、多工序的連續(xù)加工，且設(shè)備制造成本低，生產(chǎn)效率高。

關(guān)鍵詞：多主軸；動(dòng)力頭；多刀具；連續(xù)加工

1 設(shè)計(jì)背景

對(duì)機(jī)械零件某個(gè)部位點(diǎn)、線和面的加工很多情況下需要多把刀具才能完成。通常，在通用機(jī)床上是人工更換刀具，換刀時(shí)必須重新對(duì)刀，效率低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)操作工人的技術(shù)要求高；在數(shù)控機(jī)床上則使用刀庫和機(jī)械手自動(dòng)換刀，數(shù)控機(jī)床成本高，控制復(fù)雜，換刀時(shí)間長(zhǎng)；現(xiàn)在一般使用的傳統(tǒng)多軸動(dòng)力頭可提高生產(chǎn)效率，如多孔鉆動(dòng)力頭，這種動(dòng)力頭的幾個(gè)主軸同時(shí)進(jìn)退和旋轉(zhuǎn)，每種動(dòng)力頭的加工對(duì)象只能是一種零件的一道工序，零件稍復(fù)雜就需要大量的動(dòng)力頭及配套設(shè)備才能完成一種零件的加工，其專用性很強(qiáng)，成本高，設(shè)備的調(diào)試復(fù)雜。

針對(duì)上述問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的多軸多刀具動(dòng)力頭，每個(gè)主軸上可安裝不同的刀具（如鉆頭、絲攻、鉸刀、銑刀等），每個(gè)主軸均可獨(dú)立進(jìn)退，單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可調(diào)，并且具有力矩保護(hù)功能，刀具一次安裝后即可進(jìn)行不同孔位、孔徑或不同加工平面的連續(xù)加工，當(dāng)某個(gè)主軸在進(jìn)行加工時(shí)其他主軸不會(huì)旋轉(zhuǎn)、不會(huì)快速移動(dòng)，。這樣，在零件加工過程中，該動(dòng)力頭可以對(duì)機(jī)械零部件的點(diǎn)、線和面連續(xù)進(jìn)行多工位、多工序的加工，刀具主軸柔性強(qiáng)，當(dāng)?shù)毒哂龅酵蛔冏枇r(shí)，有一定緩伸，并且刀具轉(zhuǎn)速重新可調(diào)。

2 新型多主軸動(dòng)力頭的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)介

本多主軸動(dòng)力頭設(shè)計(jì)原理就是直接將空心的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子裝在主軸上，定子通過冷卻套固定在主軸箱體孔內(nèi)，形成一個(gè)完整的主軸單元，通電后轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)主軸運(yùn)轉(zhuǎn)。其設(shè)計(jì)多根刀具主軸，每根主軸一端根據(jù)加工需要安裝上不同的刀具，另一端則加工成花鍵軸，主軸裝在一主軸套筒活塞內(nèi)，主軸套筒活塞兩端分別裝有兩對(duì)角接觸軸承和一個(gè)推力球軸承以支承主軸，主軸套筒活塞則裝在一多孔主軸箱內(nèi)，主軸箱的每個(gè)安裝主軸套筒活塞的孔就是一個(gè)油缸，這樣，主軸套筒活塞的兩端通過液壓閥控制分別進(jìn)油或泄油，就可使主軸套筒活塞帶動(dòng)主軸伸縮。在主軸箱的主軸花鍵端是一與主軸箱相連的傳動(dòng)箱，傳動(dòng)箱內(nèi)有與主軸箱的主軸對(duì)應(yīng)的沿圓周方向均勻分布的多個(gè)從動(dòng)齒輪，每個(gè)從動(dòng)齒輪上都裝有一帶內(nèi)花鍵的電磁離合器與主軸的花鍵相連，在多個(gè)從動(dòng)齒輪的中心裝有一主傳動(dòng)齒輪，帶動(dòng)多個(gè)從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，因此，當(dāng)電磁離合器沒有吸合時(shí)，從動(dòng)齒輪空轉(zhuǎn)。當(dāng)需要使用某根主軸工作時(shí)，某根主軸上的電磁離合器通電，主軸旋轉(zhuǎn)，同時(shí)，主軸套筒活塞的一端通油（或壓縮空氣），使主軸套筒活塞伸出，而其他主軸則不會(huì)旋轉(zhuǎn)和伸出。改變電磁離合器的通電電流的大小，就可改變?cè)撾x合器傳遞力矩的大小。當(dāng)需要改變某根主軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，就可改變每個(gè)主軸的轉(zhuǎn)速。如果將此動(dòng)力頭安裝在一三維工作臺(tái)上，通過一套NC程序的控制，就可根據(jù)需要選擇任一主軸上的刀具進(jìn)行加工，也可很方便地修改任一根主軸的轉(zhuǎn)速、傳遞力矩。本設(shè)計(jì)方案可實(shí)現(xiàn)每根刀具主軸轉(zhuǎn)速可調(diào)并且力矩的大小可控制，每根刀具主軸可單獨(dú)或同時(shí)快速移動(dòng)，（根據(jù)工作需要一般一次一根刀具主軸快速移動(dòng)），刀具主軸快速移動(dòng)使刀具接近工件之后，切削進(jìn)刀由三維工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)完成，每根刀具主軸可單獨(dú)或同時(shí)進(jìn)行加工（一般一次一根刀具主軸工作），在刀具主軸上按要求安裝了不同的刀具，把整個(gè)動(dòng)力頭安裝在一三維工作臺(tái)上，配上一套NC系統(tǒng)，再按加工需要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)控制程序，就成為一臺(tái)多功能的加工設(shè)備。

2.2 主要結(jié)構(gòu)

3 結(jié)語

本多刀多主軸動(dòng)力頭，屬金屬切削機(jī)床的一個(gè)功能部件，其動(dòng)力頭的多根主軸上可安裝多種刀具，主軸、主軸套筒活塞裝在液壓油缸或氣缸內(nèi)，每根主軸由液壓油缸或氣缸推動(dòng)作伸縮運(yùn)動(dòng)，主軸的轉(zhuǎn)矩由電磁離合器來控制，轉(zhuǎn)速由一調(diào)速電動(dòng)機(jī)控制，因此，每根刀具主軸可單獨(dú)伸縮快速移動(dòng)，單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)，并且每根主軸的傳遞力矩和轉(zhuǎn)速獨(dú)立可調(diào)，將本動(dòng)力頭裝在一三維（或四維、五維）工作臺(tái)上后，通過NC系統(tǒng)控制，就可作為一臺(tái)加工中心使用，從而可對(duì)機(jī)械零件的點(diǎn)、線和面進(jìn)行多工位、多工序的連續(xù)加工。實(shí)際制造和使用表明，使用此動(dòng)力頭制造的設(shè)備比加工中心少了刀庫和換刀機(jī)構(gòu)，價(jià)格更便宜，而且換刀時(shí)間大大減少，效率更高。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：陳繼紅（1966-），男，湖北云夢(mèng)人，本科，湖北職業(yè)技術(shù)學(xué)院教授，主要研究機(jī)械制造技術(shù)及加工工藝等。