車銑復(fù)合機床五軸頭關(guān)鍵技術(shù)

　　 摘要 介紹了車銑復(fù)合機床五軸頭的動力主軸鎖緊、松夾刀機構(gòu)等的設(shè)計難點,以及關(guān)鍵技術(shù)解決的思路。

關(guān)鍵詞 車銑復(fù)合機床 五軸頭 關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號 TH122  文獻標(biāo)識碼 B

  　　車銑復(fù)合機床的五軸頭(以下簡稱車銑五軸頭)可以說是車銑復(fù)合機床的心臟(見圖1)。由于車銑復(fù)合機床的形式很多,五軸頭的形式也多種多樣。車銑五軸頭不但要像鏜銑主軸一樣,除具有銑、鉆、攻絲、鏜等功能,還具備車的功能,即實現(xiàn)刀具動力主軸定向停車、鎖緊。這是車銑五軸頭區(qū)別于鏜銑五軸頭的一個標(biāo)志。它比鏜銑五軸頭更復(fù)雜,技術(shù)含量更高。下面就車銑五軸頭的幾項關(guān)鍵技術(shù)加以論述。

1.幾項關(guān)鍵技術(shù)(1)動力主軸鎖緊

　　動力主軸鎖緊是車銑五軸頭的一個特殊要求。在車削過程中,車刀是非旋轉(zhuǎn)刀具,且需保證準(zhǔn)確的中心高,要求動力主軸限制原有的旋轉(zhuǎn)自由度,實現(xiàn)準(zhǔn)確定向停止。由于車削過程中主軸受力較大,限制旋轉(zhuǎn)自由度的力相應(yīng)很大,這種限制只有通過機械方式實現(xiàn),而任何一種機械式結(jié)構(gòu)都會不可避免地產(chǎn)生超定位。

目前常見的鎖緊機構(gòu)為三齒盤。由于三齒盤結(jié)構(gòu)在軸向和徑向同時定位,限制了六個自由度,而原有主軸已限制了五個自由度,這樣就有五個自由度超定位。其優(yōu)點是可以獲得非常好的剛度,但對零件加工精度、零件裝配精度的要求就會大幅度提高,給零件制造、裝配都提出了更高的要求。三齒盤鎖緊機構(gòu)在車銑五軸頭中的位置對加工性能有很大影響,通常有兩種形式。一種是裝在主軸前軸承的前端(見圖2)。這樣鎖緊位置離車削受力點近,對重切和震切非常有利;另外三齒盤的液壓夾緊機構(gòu)有消振作用,對長刀桿切削有利。另一種是裝在主軸前軸承的后端(見圖3),這種形式在銑削時,刀具受力點距主軸前軸承的距離短,有利于銑削,對提高鏜、銑削剛度,提高表面加工質(zhì)量十分有利。

　　三齒盤裝在主軸前軸承前端,裝配相對容易;三齒盤裝在主軸前軸承后端,裝配難度較大,且不利于維護。一般實現(xiàn)主軸定向的角度認(rèn)別機構(gòu)因其體積大,不能用于車銑五軸頭。

(2)松夾刀機構(gòu)

　　車銑復(fù)合機床都帶有一個自動換刀機構(gòu)(見圖2)。由于車銑五軸頭主軸比一般鏜銑主軸短,而一般松夾刀機構(gòu)均較長,這就給松夾刀機構(gòu)設(shè)計帶來難度。此外松夾刀機構(gòu)的松夾力一般在1300kN以上,且是瞬間動作,沖擊力很大,對主軸軸承有損害。如何使主軸軸承不受沖擊,而且在一個有限的空間內(nèi)實現(xiàn)松夾刀,是車銑五軸頭的另一個難題。

(3)油、水、氣通道

　　車銑五軸頭要求有主軸定向松夾,刀具松夾外冷卻、內(nèi)冷卻和氣密封、自動潤滑,要有八個以上油、水、氣通道(見圖4)。相關(guān)的執(zhí)行元件要有檢測,需要有6~9個電線組,油、水、氣和電的配送易發(fā)生故障,其結(jié)構(gòu)布置對車銑五軸頭的可靠性有重要的影響。

(4)車銑五軸頭的B軸

　　車銑五軸頭的B軸(圖5)在旋轉(zhuǎn)功能上與銑削五軸頭有很大的區(qū)別。一般銑削五軸頭只需任意角度連續(xù)旋轉(zhuǎn),而車銑五軸頭除了需要任意角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)外,還需要有限指定角度鎖緊、任意角度鎖緊。任意角度連續(xù)旋轉(zhuǎn)是加工連續(xù)曲面的要求,技術(shù)關(guān)鍵是傳動鏈消隙和具有足夠的轉(zhuǎn)矩。

　　固定角度鎖緊是為了滿足加工指定角度平面或定向結(jié)構(gòu)的要求。由于B軸轉(zhuǎn)動鏈很難做到無隙,即使做到傳動剛度也不夠。為了能實現(xiàn)有限指定角度強力切削,一般采用定向三齒盤鎖緊。這種鎖緊方式可實現(xiàn)高剛度。

任意角度鎖緊是為了實現(xiàn)任意角度定向加工要求而設(shè)計的。由于三齒盤結(jié)構(gòu)只能實現(xiàn)有限角度鎖緊,任意角度的鎖緊必須用其他方式來實現(xiàn),其鎖緊方式各個生產(chǎn)廠家則均有自己的訣竅。

2.關(guān)鍵技術(shù)的解決思路

　　動力主軸定向鎖緊方式要根據(jù)主軸實際應(yīng)用中是側(cè)重車削還是銑削。以切削方式來選擇有利于發(fā)揮結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,保證加工件的質(zhì)量;松夾刀機構(gòu)的解決方案關(guān)鍵是主軸在松夾刀過程中不受力。結(jié)構(gòu)上一定要使松夾刀成為主軸內(nèi)力;配油、水、汽主要要考慮由于管路曲折,壓力損失大,應(yīng)盡量加大管路直徑;B軸的關(guān)鍵是解決任意角度的鎖緊,主要應(yīng)考慮選擇一種剛度好的方案,可靠性高。B軸的任意角度旋轉(zhuǎn)主要應(yīng)解決如何消除傳動間隙,實現(xiàn)無間隙和小間隙傳動。

車銑五軸頭可以是機械式主軸,也可以是電主軸,文中提到的關(guān)鍵技術(shù)是共性的。每個關(guān)鍵技術(shù)均有多種解決方案,文中所提出的思路在國外和國內(nèi)都有成功的應(yīng)用案例,正確的使用會少走很多彎路。如果上述難點能得到創(chuàng)造性解決,車銑五軸頭的性能就有可能趕上或超過國外同類產(chǎn)品水平。

　　采用雙向交替轉(zhuǎn)動順序進行測量,即先從一個方向轉(zhuǎn)動測量各目標(biāo)位置(0b~360b),再從相反的方向轉(zhuǎn)動測量一次(360b~0b)。按照這一測量轉(zhuǎn)動順序,直至完成所要求的測量轉(zhuǎn)動次數(shù)。另外,在編輯測量轉(zhuǎn)動程序時,還要充分考慮首目標(biāo)位置和末目標(biāo)位置的越程,通常選擇5b,主要考慮消除轉(zhuǎn)向時的間隙。

　　系統(tǒng)控制被測回轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動,編輯一段測量轉(zhuǎn)動程序,該程序與計算機主菜單設(shè)置的數(shù)據(jù)采集程序相一致。然后,按照測量轉(zhuǎn)動程序依次轉(zhuǎn)動到每個目標(biāo)位置上,并在每個目標(biāo)位置上停留一段足夠長的時間。以便RX10回轉(zhuǎn)軸精度測量軟件,監(jiān)控被測回轉(zhuǎn)軸的每個目標(biāo)位置,并等候穩(wěn)定在/讀數(shù)穩(wěn)定性0允許范圍之內(nèi),隨即RX10回轉(zhuǎn)軸測量軟件以每秒5次的測量速度進行采集數(shù)據(jù)。停留時間長短由/測量期0參數(shù)決定。采集數(shù)據(jù)的時間,由計算機屏幕上不斷增加的箭頭顯示來表明。當(dāng)箭

　　頭結(jié)束/測量期0時,RX10回轉(zhuǎn)軸測量軟件將采集數(shù)據(jù)進行平均,計算出該目標(biāo)位置的角度誤差并顯示于屏幕誤差欄中,同時也顯示出角度誤差趨勢圖形。隨著測量次數(shù)的增加,所顯示角度誤差趨勢圖形也隨之改變,因此,可比較直觀的反映和觀察到每次測量角度的誤差值。按照測量轉(zhuǎn)動順序重復(fù)5次雙向交替數(shù)據(jù)采集后,將采集的數(shù)據(jù)進行存盤。

　　啟動數(shù)據(jù)分析軟件,可以根據(jù)GB10931-89或國際上通用的ISO230、VDI/DGQ3441等標(biāo)準(zhǔn),來評定被測數(shù)控機床回轉(zhuǎn)軸的位置精度。包括定位精度、重復(fù)定位精度、反向偏差和位置偏差。并且可以打印出每次測量各目標(biāo)位置的原始偏差數(shù)據(jù)及回轉(zhuǎn)軸位置精度的偏差趨勢分析圖形。借此直觀地反映出被測回轉(zhuǎn)軸的實際偏差情況,得到被測回轉(zhuǎn)軸偏差的參考數(shù)據(jù),以便改進裝配工藝和補償修正。