立卧复合镗铣头的结构设计

摘 要：简述立卧复合镗铣头的发展及在龙门加工中心上的应用，阐释了该类铣头的结构原理及自动分度、自动换刀流程；介绍了设计立卧复合铣头的设计要点。

关键词：立卧复合铣头；龙门加工中心；自动分度

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.01.016

0 引言

最初的数控龙门加工中心只配备立式铣头，用来加工水平表面及垂直孔，而四周面的加工，需要将工件立起来加工，极不方便又效率底下，后来为满足用户及市场需求，多数厂商便在龙门加工中心上配备的卧式镗铣头，起初的卧式铣头为手动更换，后来渐渐地变成自动更换，发展到今天多数的龙门机床都备有头库，高档的龙门机床可能备有3到4件铣头，包括立式铣头、卧式铣头、双轴头等。

本文提到的是一种无需交换的立卧复合镗铣头，在铣头上配置垂直和水平两个方向同时旋转的复合主轴，当加工不同的表面（水平面或四周面等）时，只需垂直和水平主轴安装上对应的刀具，既可实现立式和卧式加工。其优点在于无需更换主轴头，从而节省辅助时间，极大地提高了效率。

1 结构原理

本文介绍的立卧复合镗铣头，要通过螺纹连接安装在龙门机床滑枕的端部；主运动的动力来自于滑枕上端的主轴电机，卧式主轴通过螺旋伞齿轮实现动力输出，立式主轴通过圆柱斜齿轮实现动力输出，可实现自动换刀、自动分度。带有刀柄清洁及中心出水等功能。

2 自动分度及自动换刀

2.1 自动分度

在实际加工过程中，立卧复合镗铣头经常要转换不同的角度，因此镗铣头必须具自动分度的功能，本例选用了高精度分度定位鼠牙盘，以更可靠地保证分度精度。其具体的动作流程为，如图2所示，在油腔2供油时，推动活塞动作，使分度齿轮咬合（其中活塞与下头体把和为一个整体），同时，上下鼠牙盘脱开，此时，下头体可以旋转到预先设定的角度，完成分度；然后，油腔1供油，推动活塞反向动作，拉紧下头体，与此同时，上下鼠牙盘咬合，实现精确定位。

2.2 自动换刀

因为是立卧复合铣头，所以换刀分立式主轴换刀和卧式主轴换刀两种，立式主轴换刀过程为，卸刀油缸供油，压缩碟璜组，使拉抓张开，此时换刀机械手将刀具送入主轴锥孔，控制系统得到指令后，油缸卸荷，碟璜复位，拉抓将刀具拉紧；而卧式主轴的换刀过程与其类似，需要注意的是，换刀时，下头体必须复位，回到分度零点，以保证换刀机械手正常工作。

3 设计要点

3.1 高精度、高刚性

高精度和高刚性是立卧复合铣头的一般性要求，因此零部件及配套件均要求极高的精度，必要时，需要相关工艺保证。本例，主轴轴承选用前三后二的布置，前端为三列角接触球轴承，后端为两列深沟球轴承，可以很好的承受轴向力和径向力；此外，传动齿轮、拉刀力等均需校核以保证主轴刚性。至于精度，这里与轴承内外圈配合的主轴和头体均需要配磨，以保证精度要求，而头体的分度，选用高精度鼠牙盘以保证分度精度。

3.2 动作循环

自动换刀和自动分度是立卧复合铣头的两大动作，如何保证动作的可靠和稳定，需要注意以下两点：其一，合理的结构设计；本例的用于头体分度的活塞和油缸体比较特殊，既往复运动又相对转动，因此在活塞和油缸体之间设计一组滚针轴承，用于支撑和传动，而密封采用O型橡胶圈加格莱圈的组合密封结构，且选用品质有保证的品牌，以保证油路不串腔；其二，正确的动作指令；用于头体自动分度的齿轮耦合器，在分度时啮合，分度完成后脱开，为了保证其每次啮合时不会出现打齿的故障，就要求控制系统在每次分度前，记录其主轴的相位，以保证齿轮耦合器的顺利啮合。

4 结语

伴随着立卧复合镗铣头在龙门类加工中心上的应用日益广泛，其作为一个独立而关键的核心部件，也引起业内更多的关注，本文通过具体案例，阐述了立卧复合镗铣头的结构原理，并总结了该类铣头设计过程中的要点，为后续设计及优化提供了理论依据及借鉴。

参考文献：

[1]薛兆云，康敏.基于力矩电机的双摆动铣头设计[J].现代制造工程，2007（03）：107-108.

[2]刘磊，杨庆东.几种摆式铣头的结构分析及精度保持性研究[J].机械制造与自动化，2009（38）：13-15.

作者简介：葛阳（1982-），男，辽宁大连人，主要从事：龙门镗铣类及五轴加工中心的设计研发工作。