升降铣削头及其相关部件的研究开发

徐英

（大连海洋学校，辽宁大连116023）

升降铣削头及其相关部件的研究开发

徐英

（大连海洋学校，辽宁大连116023）

数控铣削机床设计中，研究开发了升降铣削头、框架式立柱滑台以及平衡油缸等结构，同时机床中还采用了日本NSK轴承以及主轴气封技术等，保证了机床的高精度、高效率加工，效果良好。

升降铣削头；平衡油缸；立柱；滑台

0 引言

凸轮轴轴承盖数控自动线是为某汽车有限公司设计制造的，这条自动线是我国自行开发研制用于30万辆桥车生产的第一条高精度、高生产率、多品种的自动线。该自动线采用了多种先进技术和许多特殊结构，共有五台加工机床，其中在第二台机床中采用了升降铣削头、平衡油缸以及框架式立柱滑台等结构，这些机构保证了机床的正常加工，效果良好。

1 升降铣削头结构

图1

通常的铣削头是配置传动装置安装在机床滑台上，其随滑台进行快速进给运动和工作进给运动，以完成铣削平面加工。升降铣削头结构与通常的铣削头结构有所不同，其具体结构如图1所示，升降铣削头2具有两个主轴；框架式机床立柱1兼有滑台底座的功能；机床滑台导轨3通过螺钉和机床立柱1相连接。升降铣削头在滚珠丝杠的作用下，在机床立柱导轨上作垂直移动以完成铣削加工。

1.1 主轴结构

图2

升降铣削头具有两根主轴并列排列，其具体结构如图2所示。两个主轴内部结构形式相同，两轴距离为340 mm，主轴转速都为500 r/min。为了保证主轴精度，主轴上采用日本NSK轴承，主轴前后端支承均为双列短圆柱滚子轴承，前端支承采用了60°角接触双列推力向心球轴承，这种轴承安装在前支承里侧，可减少主轴的悬伸，同时具有轴向刚度高和精度高的优点。主轴精度的调整主要是调整前支承与轴肩的间隙量，是靠修磨调整垫来保证。主轴的锁紧螺母采用带锁紧槽的圆螺母，其特点是：（1）结构简单，装卸方便；（2）锁紧力大且均匀，可补偿偏心负载；（3）具有螺母齿形防松垫圈的作用；（4）螺母拧紧时靠部分变形使其前半部分和后半部分以不同齿面与主轴螺纹相接触，从而保证螺母工作端面与主轴轴线相垂直，同时，锁紧均匀，消除螺纹侧隙，更好地调整滚动轴承的游隙，完全消除端面跳动。

1.2 传动装置结构

为了保证主轴在回转中的平稳和高效，与升降铣削头配套的传动装置，一是采用了齿形带传动，使得传动平稳，线速度可达40 m/s；二是采用主轴卸荷装置，即传动载荷不允许作用在主轴上。该结构可以将主轴产生的轴向力转化为几个零件之间的内力，从而避免了主轴承受的轴向力过大，改善了主轴轴承的工作环境，提高了主轴轴承的旋转精度、性能，特别是可以大大地延长主轴轴承的使用寿命，降低机床使用成本。

1.3 升降铣削头结构

升降铣削头结构实际上是一个带有铣削主轴箱的滑台，通过安装在铣削头上面的滚珠丝杠传动，铣削头在立柱导轨上作上下移动以完成铣削加工。导轨是双封闭结构，其表面贴有聚四氟乙烯板，即贴塑导轨，使其动态性能好，刚度高。采用滚珠丝杠结构，保证了可靠的运动性能。另外主轴润滑采用在轴承处填入航空润滑脂，保证了润滑部位高温长期正常工作，有效地防护轴承的金属部件不受外界侵蚀。

1.4 气封技术

气封技术是常用的密封技术，其作用原理如图2所示，φA与φB之间存在尺寸差值，φC与φD之间也存在尺寸差值，直径上间隙都为0.2 mm。通过往主轴前端法兰盘1和后端法兰盘2径向孔通入0.17 MPa的空气，法兰盘里面压力大于法兰盘外面压力，形成一压差，使得主轴前后端的灰尘和冷却液不能进入到主轴内，从而净化了轴承的工作空间，延长了轴承寿命，保证了主轴精度。另外，采用的气封技术对主轴也有一定的冷却作用。

2 滚珠丝杠结构

升降铣削头的升降移动是靠滚珠丝杠结构来实现的。如图3所示滚珠丝杠装置安装在铣削头上端，另一端与机床立柱相连接。其采用双螺母法兰式垫片预紧方式，具有高效率、高刚度和高寿命、反应灵敏，同步性和随动性好等优点。

图3

3 平衡油缸结构

本机床设计采用了油缸来代替以往的立柱平衡重，即平衡油缸。此平衡油缸对以往的常用油缸进行了改进，如图4所示。其特点是：1）尽量减小缸体的壁厚，油缸体采用无缝钢管进行焊接，从而减少加工余量，节约材料和节省加工工时；2）活塞和活塞杆不作为一体，而是分开加工，这样可以各自使用不同的材料，活塞部分采用耐磨材料，活塞杆采用45钢；3）油缸体和油缸下端的法兰盘采用焊接方式，节省了材料。

图4

4 立柱结构

立柱采用框架结构，形成回字形，其本身带有导轨槽，和升降铣削头形成立柱滑台，这和以往的滑台大不相同。

升降铣削头及其部件研究开发了以上结构，在使用中都达到了设计要求，用户反映良好。

［1］ 金振华.组合机机床及其调整与使用［M］.北京：机械工业出版社，1990.

［2］ 大连组合机床研究所.组合机床设计［M］.北京：机械工业出版社，1975.

（编辑：启 迪）

Research and Development on the Lift Milling Head and Its Related Parts

XU Ying
（Dalian Ocean School,Dalian 116023,China）

The lift milling head,frame columns slide and other structure such as balance cylinder in CNC milling machine are designed.The machine’s precision and high efficiency are realized using Japanese NSK bearings and shaft gas seal technology.

the lift milling head;balance cylinder;column;slide

TG 502

B

1002－2333（2014）04－0172－02

徐英（1962—），女，高级讲师，高级工程师，主要从事机械方面的教学、研究与设计等。

2014-02-12