多主轴联动龙门铣原理及其硬件实现

李慎旺　刘纯祥　郭俊洪

摘 要：本文根據现代机械加工高速高效、高精度、高柔度、复合、智能和绿色化发展总趋势，提出了多主轴联动龙门铣的概念及其实现原理，多主轴联动龙门铣采用了行星齿轮结构实现了切削运动的复合，通过多把立铣刀同时复合加工工件实现了加工的高速高效，极大地提高了超大型零件切削加工过程的加工效率。

关键词：多主轴联动；复合加工；超大型零件；高效加工

中图分类号：TG54 文献标识码：A

Abstract：According to the modern machining high efficiency， high precision and high flexibility， composite， intelligent and green development trend， we put forward the concept of multi spindle gantry milling machine and its implementation principle. The planetary gear structure ofthe gantry milling machine realizes the composite cutting motion. Through multi milling cutter cutting the workpiece ，the processing efficiency of super large parts machining have been improvedgreatly.

Keywords：multi spindle linkage； compound machining； ultra large parts； high efficiency machining

0.引言

制造产业是一个国家国民经济和综合国力的重要表现，其中切削加工是制造技术的主要基础工艺。随着科学技术的发展，难加工材料得到了越来越广泛的应用，这些材料所具有的高温高强度、高硬度、高的硬质点含量及多相性等性能特征使其能很好地满足使用要求，然而，难加工材料的这些特殊特性又使得在切削加工过程中产生高温和高应力，导致加工条件恶化，刀具寿命短，加工效率低等问题。另一方面，在超大型零件加工中如何提高刀具寿命以满足加工的要求、如何降低切削力以减小尤其时大型薄壁的变形、如何提高加工效率也是人们一直研究的课题。

因此，根据现代机械加工高速高效、高精度、高柔度、复合、智能和绿色化发展总趋势，掌握难加工材料及超大型零件的切削规律，寻求技术措施研究难加工材料及超大型零件的高效切削新方法和对应的新高端加工装备，通过新的高效切削方法和对应的高端加工装备来降低难加工材料及超大型零件切削加工过程的切削力、提高难加工材料及超大型零件切削加工过程的刀具寿命、提高难加工材料及超大型零件切削加工过程的加工效率是切削加工领域的一个重要课题，具有重大的理论和现实意义。

1.多主轴联动龙门铣原理

如图1所示，主轴电机1的转动通过齿轮18、主轴齿轮4传递到主轴2，主轴2带动与其固连的旋转刀盘11旋转。主轴电机1可实现无级调速，因此旋转刀盘11旋转可实现无级调速。调速电机8的转动通过调速轴7、调速轴锥齿轮5传动到双联齿轮16，这样调速电机8的转动就传递到了双联齿轮16下端的圆柱齿轮（太阳轮）、旋转刀盘11（行星架）和刀轴齿轮14（行星轮）组成差动轮系中。根据差动轮系的性质，当旋转刀盘11（行星架）转速一定时可通过改变调速电机8的转速使刀轴15得到不同的转速，也可以在旋转刀盘11（行星架）转速、转向一定时通过控制调速电机8使刀轴15得到不同的转向，刀轴15带动与其固连的螺旋刃立铣刀12旋转。

这样螺旋刃立铣刀12除随旋转刀盘11一起转动外还随刀轴15绕自身轴线主动旋转，而且当旋转刀盘11转速一定时可通过控制调速电机8使螺旋刃立铣刀12绕自身轴线主动旋转得到不同的转速和转向。这就是多主轴联动龙门铣的原理。

2.多主轴联动龙门铣的硬件实现

将图1所示部件称为多主轴联动龙门铣动力头，多主轴联动龙门铣动力头即可以纵向安装在龙门铣床的横梁上，也可以横向安装在龙门铣床的立柱上（如图2所示）。在图2中顶架与立柱连接、立柱与床身连接、横梁与立柱连接、工作台位于床身上可沿床身移动。多主轴联动龙门铣动力头的螺旋刃立铣刀12除随旋转刀盘11一起转动外还绕自身轴线主动旋转，这样多主轴联动龙门铣动力头的旋转加工运动是旋转刀盘11的旋转运动和螺旋刃立铣刀12的旋转运动的合成运动，8根螺旋刃立铣刀12除绕主轴2的轴线旋转外还绕自身轴线旋转，多主轴联动龙门铣动力头的旋转加工合成运动配合工作台的进给运动共同完成平面铣削。

结论

根据现代机械加工高速高效、高精度、高柔度、复合、智能和绿色化发展总趋势，多主轴联动龙门铣采用了行星齿轮结构实现了切削运动的复合，通过多把立铣刀同时复合加工工件实现了加工的高速高效，极大地提高了超大型零件切削加工过程的加工效率。

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