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大型數(shù)控機床附件銑頭設計
閱讀：929 發(fā)布時間：2022-6-11
大型數(shù)控機床附件銑頭設計
大型數(shù)控龍門鏜銑床，大型立式車銑復合加工中心及數(shù)控落地鏜銑床是目前制造型企業(yè)較為通用的3類大型金屬切削設備，主要用于工程機械、礦山機械、
船用柴油機、汽輪機等制造行業(yè)的大型基礎件的加工。然而重機廠在生產過程中大多數(shù)機床都需要配置附件銑頭來擴展主銑頭的加工范圍。所以對龍門鏜銑床等
大型金屬切削設備來說設計適合不同工況使用的附件銑頭是必要的。
l 大型機床附件銑頭總體設計理念
根據(jù)常用3大類機床的切削特點，附件銑頭的使用代表性的是龍門鏜銑床。據(jù)調查數(shù)控龍門鏜銑
床使用各種附件銑頭加工的時間幾乎占機床總加工時間的80％以上。同樣當應用立式車銑中心、落地鏜銑
床等機床進行加工時，附件鏡頭也是經常使用的關鍵部件。尺寸的變化有限；尼龍分隔器，轉動慣螢小，起動扭矩小，易于控制角分度；優(yōu)化預緊力．剛度高，跳動小；線
接觸，滾子運轉精度高；滲碳鋼提供優(yōu)良的抗沖擊力和表面抗磨能力；簡單但潤滑充分。并且交叉滾子軸承
安裝簡單，在軸承安裝時只需將交叉滾子軸承預緊到推薦的數(shù)值，易于調整和按原有安裝形式維修，非常適合應用于大型回轉工作臺等部件。
附件銑頭作為機床使用單位的關鍵部件，設計時一般可以分為兩類：
(1)設計通用型附件銑頭
目前大型機床制造商所標配的通用型附件銑頭一般為直角銑頭、伸長銑頭和銑頭。此類通用型附件銑頭一般是由機床生產廠家，根據(jù)本廠生產的機床類型及切削性能特點，結合市場調
2 附件銑頭設計的一般步驟盡管附件銑頭外形變化多樣，但無論是龍門鏜銑床、立式車銑復合中心還是落地鏜銑床，設計它們的附
件銑頭時總體可以按照以下步驟進行：附件銑頭外形尺寸和性能參數(shù)的確定；附件銑頭的傳動鏈、主軸設計；液壓控制及潤滑冷卻系統(tǒng)設計；附件銑頭的裝卸、
運送、定位及轉位系統(tǒng)設計；附件銑頭與主銑頭連接方式設計；附件銑頭識別系統(tǒng)設計；附件銑頭基礎件工藝性設計等。
2．1
附件銑頭外形尺寸和性能參數(shù)的確定設計通用型附件銑頭時，機床制造商需結合所生產該機床的使用性能加工特點來確定基本外形參數(shù)和
性能參數(shù)，用來保證機床的基本加工要求。設計專用型附件銑頭時，生產廠的設計師及工藝
師與使用單位的人員要一起經過研討，共同確定附件銑頭的外形參數(shù)和性能參數(shù)。同時在設計專用型附件銑頭時，設計師應全面考慮，力爭使專用型附件銑頭具有一定通用性和前瞻性。
2．2附件銑頭傳動鏈設計
對于附件銑頭設計而言，傳動鏈設計是非常重要的。傳動鏈設計包括主傳動鏈設計和進給傳動鏈設計。附件銑頭的傳動鏈構成主要由錐齒輪傳動、直齒
輪傳動、蝸桿傳動、花鍵聯(lián)接和鍵聯(lián)接等幾類常用的機械傳動和聯(lián)接方式組成。
2．2．1附件銑頭主傳動鏈設計
任何一種附件銑頭設計時都需要根據(jù)外形參數(shù)、切削參數(shù)和主銑頭性能參數(shù)來設計主傳動鏈。例如通用型直角銑頭設計(如圖I)，這類直角附件銑頭設計
可以使用普通弧齒錐齒輪傳動方式進行傳動。由于弧齒錐齒輪具備可以改變動力傳遞方向、傳動平穩(wěn)、傳遞扭矩大等機械特性，所以在主傳動鏈設計中應用廣泛。
一種通用型直角附件銑頭外形圖
直角附件銑頭傳動齒數(shù)比一般選為l：l。確定傳動比后，可以根據(jù)設計手冊中提供的設計步驟進行齒輪的設計，在確定弧齒錐齒輪的齒數(shù)、模數(shù)等設計參
數(shù)以后，還要注意工藝性設計，如：為每個弧齒錐齒輪設計軸向調整環(huán)節(jié)，以保證裝配時調整齒輪的嚙合間隙。(計算部分可查看設計手冊在此不再贅述，此例僅供參考)。
2．2．2進給傳動鏈設計
附件銑頭進給傳動鏈是伴隨著機械五軸附件銑頭的出現(xiàn)而出現(xiàn)的，一般采用蝸桿傳動和直齒輪傳動兩種形式，可以按照機床進給系統(tǒng)設計原則結合實際條件進行設計，具體問題具體分析。
2．3附件銑頭主軸設計
2．3．1通用型附件銑頭主軸設計通用型附件銑頭主軸部分空間尺寸一般給定時較為寬裕，所以主軸可以參照數(shù)控龍門鏜銑床常用的主
軸形式進行設計。設計時需要注意：(1)使主軸設計滿足切削功率要求；(2)主軸設計要便于裝配；(3)主軸軸向調整定位環(huán)節(jié)的設計。
2．3．2定制專用型附件銑頭主軸設計用戶定制專用附件銑頭，大多數(shù)有條件要求，決定了它們主軸空間位置很可能受到限制，這對附件銑頭
主軸設計提出了更高的要求。定制專用型附件銑頭主軸設計時一般可以按4步進行設計：
(1)粗選軸徑
根據(jù)專用附件銑頭使用時要求達到的切削功率數(shù)值，主軸軸端尺寸和主軸錐孔尺寸這3個參數(shù)粗選主軸基本外徑。
(2)安全校核
由于機床主軸要求剛度較高，因此在主軸結構設計中對主軸軸頸尺寸安全系數(shù)要求較高。所以在附件銑頭主軸設計時，要選擇較高的安全系數(shù)進行校核。
(3)選擇軸承
在為專用附件銑頭選擇主軸軸承時，因為軸頸尺寸選擇的軸承一般已經具備了較高的安全系數(shù)，因此軸承的選擇主要取決于主軸的精度和剛度。
(4)綜合設計
在確定主軸最終結構時還需要考慮主軸韻加工工藝性，軸承的軸向調整環(huán)節(jié)，主軸轉速及潤滑冷卻等問題。
2.4
附件銑頭潤滑冷卻系統(tǒng)設計隨著機床主銑頭轉速越來越高，附件銑頭的轉速也隨之提高，這對附件銑頭的潤滑冷卻提出了更高要
求。在設計時，我們可以根據(jù)轉速劃分潤滑冷卻形式。對于大型數(shù)控機床而言轉速一般以2 000 r／min為分界線，當附件銑頭輸出轉速≤2 Ooo r／min時。齒輪和軸承的潤滑可以采用油脂潤滑，冷卻可以采用自然冷
卻。當用脂潤滑齒輪及傳動軸軸承時可以采用普通型潤滑脂．一般每3個月填充一次，若潤滑脂發(fā)黑變臟，應用專用清洗劑清洗干凈后更換新的潤滑脂。主軸部
分要采用長效高速潤滑脂，一般在機床大修周期內不需要維護。同時要注意主軸軸承的密封設計，一般可以按主軸軸承選型樣本中推薦的方式進行主軸的密封
設計。大型機床設備所用的附件銑頭，結構比較復雜，而且一些功能要與主銑頭相配合使用。當附件銑頭輸
轉速>2 000 r／min時，這類附件銑頭輸出轉速較高，所以附件銑頭中所用的齒輪可以采用稀油潤滑冷卻，主
軸軸承可以采用油脂潤滑，稀油循環(huán)冷卻。傳動軸可以采用空心軸在軸內部進行稀油循環(huán)冷卻。
在設計稀油潤滑冷卻的附件銑頭時要根據(jù)不同的使用方式和使用效果選擇不同類型的潤滑油。例如選
擇齒輪的潤滑冷卻油時，根據(jù)經驗應采用粘度較低的潤滑油。附件銑頭主軸循環(huán)冷卻可以和主銑頭主軸循
環(huán)冷卻使用相同牌號的潤滑油。潤滑油的循環(huán)流量等方面都可以與主銑頭主軸保持一致。
由于附件銑頭所用齒輪密閉在箱體內部，不利于散熱。為保證潤滑冷卻的效果，需要設計供油回油系統(tǒng)。此系統(tǒng)需要單獨冷卻、單獨過濾，從而更好地保證
附件銑頭齒輪的潤滑冷卻效果。如果主銑頭行程較長時，這種情況對潤滑冷卻系統(tǒng)的回油要求就更高。我
們可以增加“接力回油系統(tǒng)"的設計。功能部件端設計二級回油泵，加強吸油能力，以便將潤滑冷卻油
及時吸回液壓箱。
2。5主銑頭對附件銑頭夾持系統(tǒng)設計
2．5．1 數(shù)控龍門鏜銑床中主銑頭對附件銑頭夾持方式當機床需要使用附件銑頭進行加工時．要將附件銑頭連接到主銑頭端面。所以附件銑頭設計時，主銑
頭對附件銑頭的夾持方式也是較為重要的環(huán)節(jié)。主要有以下幾種方式：
(1)螺釘緊固夾持此類夾持結構簡單，但基本為手動夾持，主要應用于簡易數(shù)控龍門鏜銑床。
(2)應用旋轉油缸夾持系統(tǒng)此類夾持系統(tǒng)，夾持效果穩(wěn)定，但是結構較為復雜，維修不便。
(3)應用數(shù)控刀具夾持系統(tǒng)
目前應用較為普遍的是將數(shù)控刀具夾持系統(tǒng)應用于主銑頭對附件銑頭夾持的方法。這種刀具夾持系統(tǒng)的優(yōu)點在于夾緊力較大，附件銑頭受力情況較好。夾持系統(tǒng)所用零件具備通用性和互換性，方便使用。
2．5．2主銑頭對附件銑頭夾持方式在其他機床中應用由于立式車銑復合中心所使用的附件銑頭與主車銑頭聯(lián)接的受力情況與龍門鏜銑床相似，所以也可以
應用數(shù)控刀具夾持系統(tǒng)作為夾持方式。而對于落地鏜銑床而言，由于主鏜銑頭為水平放置，附件銑頭夾持系統(tǒng)需要承受一定的剪切力，所以可以采用螺釘緊固聯(lián)接。當前數(shù)控落地鏜銑床應用較為普遍的夾持方式是
借鑒HSK／CAfrr0等短刀柄刀具夾持系統(tǒng)設計出的，此類夾具可承受一定的剪切力確保附件銑頭被拉緊，而且結構簡單便于裝配。大型數(shù)控機床選擇什么樣的夾持方式，應由附件銑頭生產廠家和夾持系統(tǒng)生產廠家針對機床特點進行
溝通選擇，以保證夾持的效果，進一步增強機床穩(wěn)定性和可靠性。
2．6附件銑頭傳動軸的定位裝置設計目前隨著加工業(yè)的全面自動化，當使用單位要求實現(xiàn)五面加工時，就需要使附件銑頭與主銑頭間實現(xiàn)
轉位功能。當機床加工工件的不同部位時，就需要使用不同的附件銑頭，這時機床就要進行附件銑頭的更換。設計附件銑頭傳動軸定位系統(tǒng)來實現(xiàn)附件銑頭的自動轉位和自動交換功能。
2．7 附件銑頭的裝卸轉位設計
附件銑頭轉位常用的4種形式如下：
功能都件
(1)手動轉位
附件銑頭與主銑頭*脫開，放在附件銑頭支撐架或運輸小車上進行轉位，轉位后再與主銑頭聯(lián)接。這種方法屬于附件銑頭人工轉位，主要在簡易龍門鏜
銑床等上用。
(2)自動4×90。轉位這種轉位形式其工作原理較為復雜，由主銑頭松拉刀機構和附件頭傳動軸定向機構配合實現(xiàn)4×900轉位。
(3)自動1×3600或0．5×7200轉位目前較為常用的形式主要有以下兩種
①在主銑頭上增加C軸功能，使得附件銑頭隨主銑頭進行轉位。這種結構可靠性高，性能穩(wěn)定，切削功率離。扭矩大。但這種轉位形式對主銑頭的要求較高，目前國內只有少數(shù)大型機床制造商掌握此項技術。
②在附件銑頭上增加c軸功能。此類形式設計出的附件銑頭結構較為復雜，這種設計．一般會影響附件銑頭的剛度，可靠性也隨之降低不適合大功率切削，可能會增加用戶后期維護成本。．
(4)自動，l×360。連續(xù)轉位主要應用于五軸加工機床，包含有電動機商驅式五軸附件銑頭和機械式五軸附件銑頭。直驅式五軸附件銑頭主要用于輕型機床；機械式五軸附件銑頭一般為分體式設計，主要應用于重型機床。國內關于五軸
附件銑頭的研究日趨增多，五軸附件銑頭是重型裝備制造業(yè)的重點需求產品，目前*自主掌握此項技術的國內機床制造商并不多。