銑頭自動(dòng)交換技術(shù)在A/C軸雙擺角銑頭中的應(yīng)用*

高秀峰 孫 璐

（①沈陽(yáng)機(jī)床（集團(tuán)）設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110142;②沈陽(yáng)鐵路局沈陽(yáng)通信段，遼寧沈陽(yáng) 110020）

為了適應(yīng)工件結(jié)構(gòu)的日益多樣化及復(fù)雜化，具有高柔性的多功能加工中心通常具有一個(gè)銑頭庫(kù)及多個(gè)附件銑頭，如直銑頭、加長(zhǎng)銑頭、直角銑頭、角度銑頭以及專用銑頭等，所有銑頭與滑枕具有相同的交換接口，各個(gè)銑頭之間可以任意交換。隨著加工效率的逐漸提高，銑頭的自動(dòng)交換技術(shù)已經(jīng)逐步取代了以往的手動(dòng)交換技術(shù)。

1 A/C軸雙擺角銑頭

A/C軸雙擺角銑頭是中、大規(guī)格五軸聯(lián)動(dòng)加工中心的核心功能部件［1－2］，常用于加工具有復(fù)雜曲面的大型精密零部件［3］。為了有效保證待加工工件的加工精度，避免因二次裝夾等因素引起的加工誤差，通常需要在一臺(tái)加工中心上完成從粗加工到精加工的全部工序，即現(xiàn)在的機(jī)床設(shè)計(jì)中倡導(dǎo)的“Done in one理念”，這樣的加工背景需要A/C軸雙擺角銑頭應(yīng)當(dāng)具有A軸自動(dòng)交換功能。

如圖1所示為意大利JOBS公司生產(chǎn)的銑頭庫(kù)，C軸與主軸動(dòng)力均內(nèi)置在滑枕中，銑頭庫(kù)包含1個(gè)低速大扭矩A軸、1個(gè)高速輕切削A軸以及1個(gè)直銑頭，3個(gè)附件銑頭具有相同的交換接口，可以分別與C軸實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對(duì)接，從而可以實(shí)現(xiàn)從粗加工到精加工的全部工序。

2 A軸自動(dòng)交換技術(shù)

如圖2所示，A/C軸雙擺角銑頭的A/C軸自動(dòng)交換接口包括C軸交換接口與A軸交換接口。

2．1 A軸自動(dòng)交換原理

如圖2所示，A/C軸自動(dòng)交換接口包括16對(duì)液壓快接插頭、4對(duì)電氣快接插頭、4對(duì)拉釘、2個(gè)定位銷以及1對(duì)齒盤，一共5種對(duì)接元件。在A軸自動(dòng)交換時(shí)，必須遵循這樣一套原理:C軸首先將欲換下的A軸放到銑頭庫(kù)的相應(yīng)位置上并松開(kāi)，然后滑枕帶動(dòng)C軸上移并移動(dòng)到即將換取的A軸正上方，此時(shí)，必須保證C軸與A軸所有的對(duì)接元件在對(duì)接之前的位置一一對(duì)應(yīng)，不允許有錯(cuò)位的現(xiàn)象發(fā)生，否則會(huì)損壞對(duì)接元件;在定位準(zhǔn)確之后，滑枕帶動(dòng)C軸緩慢下移開(kāi)始抓取A軸，在抓取A軸時(shí)，C軸與A軸交換接口中對(duì)接行程長(zhǎng)的元件先對(duì)接，對(duì)接行程短的元件后對(duì)接;當(dāng)C軸完成抓取A軸時(shí)，所有的對(duì)接元件同時(shí)完成對(duì)接。C軸完成抓取A軸后，滑枕帶動(dòng)雙擺角銑頭上移脫離銑頭庫(kù)，此時(shí)，完成了A軸自動(dòng)交換的全部過(guò)程。

2．2 A軸自動(dòng)交換過(guò)程

松開(kāi)A軸是抓取A軸的逆過(guò)程。因此，以下將以抓取A軸為例詳細(xì)闡述各元件的對(duì)接過(guò)程。

圖3為A/C軸自動(dòng)交換接口的展開(kāi)圖。由圖所示，在A軸交換接口上，定位銷的高度高于其他所有的對(duì)接元件，原因在于2個(gè)夾角為90°的定位銷用于抓取A軸時(shí)的粗定位。如圖4所示，總的對(duì)接行程為42 mm，在2個(gè)定位銷粗定位22 mm后，4對(duì)電氣快接插頭開(kāi)始對(duì)接，并且電氣快接公插頭在下，電氣快接母插頭在上，目的是防止液壓系統(tǒng)泄漏而流入電氣快接插頭中;當(dāng)總行程對(duì)接到26.3 mm時(shí)，液壓快接插頭1開(kāi)始對(duì)接，并且液壓快接母插頭在下，液壓快接公插頭在上，目的是防止對(duì)接過(guò)程中液壓快接插頭對(duì)接時(shí)產(chǎn)生的泄漏;當(dāng)總行程對(duì)接到32.5 mm時(shí)，液壓快接插頭2開(kāi)始對(duì)接，對(duì)接原理與液壓快接插頭1相同;當(dāng)總行程對(duì)接到38.39 mm時(shí)，上下齒盤開(kāi)始對(duì)接用于抓取A軸的精確定位，此時(shí)必須保證2個(gè)齒盤的齒頂正確對(duì)應(yīng)齒槽，否則會(huì)損壞其他對(duì)接元件;當(dāng)總行程對(duì)接到42 mm時(shí)，液壓系統(tǒng)對(duì)4個(gè)拉釘同時(shí)供油，拉釘進(jìn)油拉緊A軸并自鎖，至此完成了抓取A軸的全部過(guò)程。

2．3 A軸自動(dòng)交換的技術(shù)難點(diǎn)

A軸自動(dòng)交換的技術(shù)難點(diǎn)主要包括對(duì)接元件的過(guò)定位問(wèn)題以及A軸與銑頭庫(kù)的定位問(wèn)題。

2．3．1 過(guò)定位問(wèn)題

在A軸自動(dòng)交換的過(guò)程中，每一種對(duì)接元件均存在徑向定位、周向定位與軸向定位，因此，所有的對(duì)接元件在對(duì)接過(guò)程中，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)定位問(wèn)題，詳情如表1所示。

表1 A軸自動(dòng)交換接口過(guò)定位問(wèn)題

為了解決如表1所示的過(guò)定位問(wèn)題，可以采取如下方法。

（1）粗定位過(guò)定位的解決方法有如下2種:一是可以依靠機(jī)械加工的手段，保證各零部件的位置精度及尺寸精度應(yīng)當(dāng)在其正常工作的允許范圍之內(nèi);二是可以采用自適應(yīng)的方法來(lái)確定其工作位置，如在設(shè)計(jì)時(shí)可以讓電氣快接插頭在對(duì)接過(guò)程中通過(guò)對(duì)自身位置的變動(dòng)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。

（2）精確定位過(guò)定位可以依靠調(diào)整措施來(lái)解決。如圖3所示，可以在C軸與A軸接口之間以及拉釘端蓋下方安裝調(diào)整墊，通過(guò)配磨調(diào)整墊來(lái)實(shí)現(xiàn)精確定位的精確調(diào)整。但仍然值得注意的是，由于調(diào)整墊的調(diào)整范圍有限，因此，為了減小調(diào)整環(huán)節(jié)的調(diào)整量，接口周邊結(jié)構(gòu)的尺寸鏈誤差在設(shè)計(jì)時(shí)必須經(jīng)過(guò)精確計(jì)算。

2．3．2A軸與銑頭庫(kù)的定位問(wèn)題

該問(wèn)題的解決方法有如下2種:

（1）采用一面兩銷的定位方式。如圖1所示，兩銷可以采用1個(gè)圓柱銷與1個(gè)削邊銷，近年來(lái)，國(guó)外某些雙擺角銑頭廠家通過(guò)精密加工的方式，采用2個(gè)圓柱銷。

（2）采用1個(gè)錐孔加4個(gè)橫銷的定位方式。圖5為德國(guó)Cytec的解決方案，通過(guò)在A軸兩側(cè)插入4個(gè)橫銷，然后利用主軸錐孔插入到銑頭庫(kù)中心的錐柄上，用以A軸在銑頭庫(kù)中的定位。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)銑頭自動(dòng)交換技術(shù)的深入研究，有效地解決了A/C軸雙擺角銑頭A軸自動(dòng)交換的過(guò)程中，A軸自動(dòng)交換的原理、對(duì)接元件的對(duì)接過(guò)程、對(duì)接元件的過(guò)定位問(wèn)題以及A軸與銑頭庫(kù)的定位問(wèn)題。我公司已將該技術(shù)成功應(yīng)用到具有A軸自動(dòng)交換功能的直驅(qū)式A/C軸雙擺角銑頭MH30fhc產(chǎn)品中，通過(guò)樣機(jī)試制以及對(duì)A軸進(jìn)行自動(dòng)交換驗(yàn)證，取得了非常滿意的效果，充分證明了該技術(shù)的正確性與合理性。

［1］林劍峰，閆明，鄭鵬，等．直驅(qū)式A/C軸雙擺角銑頭模態(tài)分析［J］．機(jī)械傳動(dòng)，2010，34（4）:61－63．

［2］林劍峰，閆明，鄭鵬，等．直驅(qū)式雙擺角銑頭C軸傳動(dòng)部分有限元分析［J］．機(jī)械傳動(dòng)，2010，34（5）:59－61．

［3］Muditha Dassanayake K M，Masaomi Tsutsumi，Akinori Saito．A strategy for identifying static deviations in universal spindle head type multiaxismachining centres［J］． InternationalJournalofMachine tools＆Manufacture，2006，46:1097 －1106．