雙主軸雙排刀復(fù)合機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)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(fù)合機(jī)床，然后對復(fù)合機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：雙主軸;垂直雙排刀;機(jī)械結(jié)構(gòu);工作原理

復(fù)合機(jī)床在設(shè)計(jì)過程中主要布局呈現(xiàn)對稱性，并且還利用模塊化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了底座和床身一體化。X、Y、Z導(dǎo)軌在設(shè)計(jì)中基本都選擇使用滾珠直線導(dǎo)軌，并且各個(gè)坐標(biāo)軸都使用交流伺服電動機(jī)做動力源進(jìn)行拖動，從而可以實(shí)現(xiàn)重心驅(qū)動。設(shè)計(jì)完成以后整個(gè)機(jī)床實(shí)用性強(qiáng)、操作簡單。

一、機(jī)械結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)

1.床身

整個(gè)雙主軸雙排刀復(fù)合機(jī)床中，床身占據(jù)重要位置，機(jī)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(fù)合機(jī)床在實(shí)際應(yīng)用中主要以T型床身為框架，在箱中箱框架結(jié)構(gòu)支撐下，利用大圓弧過渡筋板，進(jìn)行合理鑄造。結(jié)合人工處理作業(yè)，可以促使雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床形成兩端對稱的軌道結(jié)構(gòu)，在保證其抗震性能的同時(shí)，也可以提高雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床吸震性能^[1]。

2.左右主軸箱

雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床左右主軸箱主要以電主軸結(jié)構(gòu)為支撐，依據(jù)主軸承對稱原理，將機(jī)床旋轉(zhuǎn)主軸組件進(jìn)行有機(jī)整合。由于雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床省略了機(jī)械齒輪的傳動環(huán)節(jié)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，精準(zhǔn)度較高、轉(zhuǎn)動速度快、速度調(diào)整方位大、噪音小、空間占用率低。同時(shí)由于雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床左右兩電主軸均為內(nèi)置式電機(jī)結(jié)構(gòu)，在實(shí)際運(yùn)行中，可以通過對線圈的合理切換，實(shí)現(xiàn)低速度、大扭矩、高功率運(yùn)行。結(jié)合內(nèi)置編碼器、C軸制動器盤、雙主軸、雙垂直溜板排刀的合理設(shè)置，可以保證高難度銑削加工作業(yè)自動、高速進(jìn)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(fù)合機(jī)床中垂直溜板排刀的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

（1）垂直溜板立體排刀結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，可以通過簡單的構(gòu)件組裝，簡化維護(hù)步驟，降低故障檢修時(shí)間損耗;換刀間隔時(shí)間短，成本較低。同時(shí)，垂直溜板刀具安裝位置較多，應(yīng)用中可以根據(jù)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(jìn)行裝夾，可以針對時(shí)間需求進(jìn)行加工。同時(shí)依據(jù)實(shí)際情況，在雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床垂直溜板立體排刀結(jié)構(gòu)中可進(jìn)行多種刀具模式的設(shè)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(jìn)一步提高工件的精確度，在垂直溜板排刀結(jié)構(gòu)機(jī)床應(yīng)用中，應(yīng)控制垂直溜板排刀結(jié)構(gòu)機(jī)床車刀刀具、主軸中心間高度差在0.015mm內(nèi)。同時(shí)考慮到垂直溜板為垂直溜板排刀結(jié)構(gòu)機(jī)床車刀刀夾剛性安裝主要位置。因此，在垂直溜板排刀結(jié)構(gòu)機(jī)床運(yùn)行過程中，可以垂直溜板為載體，進(jìn)行上、下兩個(gè)方向移動作業(yè)，從而提高刀尖、主軸中心的控制精確度。同時(shí)控制車刀、溜板呈90°上下排列狀態(tài)，避免上下相連刀具刀尖間距對工件加工規(guī)格的限制^[2]。

二、機(jī)床工作原理

在雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床運(yùn)行過程中，由于雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床左、右電主軸單元在溜板上（如圖1 所示），伺服電動機(jī)為主要?jiǎng)恿υ?，可以?qū)動雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床左右電主軸在溜板上運(yùn)動。據(jù)此，將雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床底座作為基底，將雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床左右電主軸單元與伺服電機(jī)底座相連。隨后以直接連接的方式，逐步將伺服電動機(jī)、聯(lián)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(jié)構(gòu)的設(shè)置，結(jié)合預(yù)拉伸調(diào)整及滾珠絲杠副的應(yīng)用，可利用絲母座直線運(yùn)動代替伺服模塊旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，從而避免絲杠系統(tǒng)熱變形對系統(tǒng)加工效果的影響。

如圖2可知在電主軸旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)運(yùn)行過程中，主要是在電動機(jī)定子熱裝處理的基礎(chǔ)上，將雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床電動機(jī)固定在定子外套的適當(dāng)位置。同時(shí)采用螺釘加熱裝的方式，將電動機(jī)定子外套與主軸箱體、電動機(jī)轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子內(nèi)套進(jìn)行逐一連接。在這個(gè)基礎(chǔ)上，可采用錐度鎖緊螺母，將轉(zhuǎn)子內(nèi)套與機(jī)床主軸穩(wěn)定連接。

依據(jù)上述結(jié)構(gòu)布局，可在雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床主軸箱體內(nèi)，促使轉(zhuǎn)子內(nèi)套與軸承支撐之間具有足夠的接觸面;而在電動機(jī)定子線圈運(yùn)作過程中，可利用電動機(jī)定子外套、主軸箱體間環(huán)形槽，為冷卻液通過提供通道。結(jié)合室溫調(diào)節(jié)型油冷卻機(jī)的利用，可促使雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床主軸定子正常作業(yè)。在這個(gè)基礎(chǔ)上，利用電感式編碼器，將主軸、系統(tǒng)設(shè)定為閉環(huán)控制模式。通過電感式編碼器對主軸轉(zhuǎn)速、C軸分度的控制，可以設(shè)定工件銑削程序，促使雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床主軸制動器緊抱剎車盤，以實(shí)現(xiàn)雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床主軸定向準(zhǔn)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(fù)合機(jī)床主軸回轉(zhuǎn)動力液壓缸的運(yùn)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(fù)合機(jī)床主軸內(nèi)套筒拉桿內(nèi)孔中主要模塊為定長軸。其主要經(jīng)螺母套，與回轉(zhuǎn)油缸內(nèi)套、拉桿套筒內(nèi)孔小間隙連接，以實(shí)現(xiàn)雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床主軸穩(wěn)定運(yùn)動。同時(shí)在雙主軸雙排刀車銑復(fù)合機(jī)床主軸滑軸彈簧的作用下，促使滑軸固定在工件適當(dāng)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(jīng)彈簧作用自動張開，隨后驅(qū)動滑軸向前移動。進(jìn)而控制水平刀座、車刀刀座、動力箱裝置停止動作，結(jié)束復(fù)雜工件的復(fù)合加工作業(yè)。

三、總結(jié)

綜上所述，本文通過雙主軸雙排刀復(fù)合機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理分析，明確了復(fù)雜工件的復(fù)合加工過程。在雙主軸雙排刀復(fù)合機(jī)床運(yùn)行過程中，可利用電子編碼器對某些環(huán)節(jié)合理調(diào)整，在一定程度上保證了復(fù)雜工件的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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

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