車銑復合機床的五軸頭(以下簡稱車銑五軸頭)可以說是車銑復合機床的心臟(見圖1)。由于車銑復合機床的形式很多,五軸頭的形式也多種多樣。車銑五軸頭不但要像鏜銑主軸一樣,除具有銑、鉆、攻絲、鏜等功能,還具備車的功能,即實現刀具動力主軸定向停車、鎖緊。 車銑復合機床的五軸頭(以下簡稱車銑五軸頭)可以說是車銑復合機床的心臟(見圖1)。由于車銑復合機床的形式很多,五軸頭的形式也多種多樣。車銑五軸頭不但要像鏜銑主軸一樣,除具有銑、鉆、攻絲、鏜等功能,還具備車的功能,即實現刀具動力主軸定向停車、鎖緊。這是車銑五軸頭區別于鏜銑五軸頭的一個標志。它比鏜銑五軸頭更復雜,技術含量更高。下面就車銑五軸頭的幾項關鍵技術加以論述。

　　

 

　　圖1

　　1、幾項關鍵技術

　　(1)動力主軸鎖緊

　　動力主軸鎖緊是車銑五軸頭的一個特殊要求。在車削過程中,車刀是非旋轉刀具,且需保證準確的中心高,要求動力主軸限制原有的旋轉自由度,實現準確定向停止。由于車削過程中主軸受力較大,限制旋轉自由度的力相應很大,這種限制只有通過機械方式實現,而任何一種機械式結構都會不可避免地產生超定位。

　　目前常見的鎖緊機構為三齒盤。由于三齒盤結構在軸向和徑向同時定位,限制了六個自由度,而原有主軸已限制了五個自由度,這樣就有五個自由度超定位。其優點是可以獲得非常好的剛度,但對零件加工精度、零件裝配精度的要求就會大幅度提高,給零件制造、裝配都提出了更高的要求。三齒盤鎖緊機構在車銑五軸頭中的位置對加工性能有很大影響,通常有兩種形式。一種是裝在主軸前軸承的前端(見圖2)。這樣鎖緊位置離車削受力點近,對重切和震切非常有利;另外三齒盤的液壓夾緊機構有消振作用,對長刀桿切削有利。另一種是裝在主軸前軸承的后端(見圖3),這種形式在銑削時,刀具受力點距主軸前軸承的距離短,有利于銑削,對提高鏜、銑削剛度,提高表面加工質量十分有利。

　　三齒盤裝在主軸前軸承前端,裝配相對容易;三齒盤裝在主軸前軸承后端,裝配難度較大,且不利于維護。一般實現主軸定向的角度認別機構因其體積大,不能用于車銑五軸頭。

　　(2)松夾刀機構

　　車銑復合機床都帶有一個自動換刀機構(見圖2)。由于車銑五軸頭主軸比一般鏜銑主軸短,而一般松夾刀機構均較長,這就給松夾刀機構設計帶來難度。此外松夾刀機構的松夾力一般在1300kN以上,且是瞬間動作,沖擊力很大,對主軸軸承有損害。如何使主軸軸承不受沖擊,而且在一個有限的空間內實現松夾刀,是車銑五軸頭的另一個難題。

　　

 

　　圖2

　　

 

　　圖3

　　(3)油、水、氣通道

　　車銑五軸頭要求有主軸定向松夾,刀具松夾外冷卻、內冷卻和氣密封、自動潤滑,要有八個以上油、水、氣通道(見圖4)。相關的執行元件要有檢測,需要有6~9個電線組,油、水、氣和電的配送易發生故障,其結構布置對車銑五軸頭的可靠性有重要的影響。

　　

 

　　圖4

　　(4)車銑五軸頭的B軸

　　車銑五軸頭的B軸(圖5)在旋轉功能上與銑削五軸頭有很大的區別。一般銑削五軸頭只需任意角度連續旋轉,而車銑五軸頭除了需要任意角度連續旋轉外,還需要有限指定角度鎖緊、任意角度鎖緊。任意角度連續旋轉是加工連續曲面的要求,技術關鍵是傳動鏈消隙和具有足夠的轉矩。

　　

 

　　圖5

　　固定角度鎖緊是為了滿足加工指定角度平面或定向結構的要求。由于B軸轉動鏈很難做到無隙,即使做到傳動剛度也不夠。為了能實現有限指定角度強力切削,一般采用定向三齒盤鎖緊。這種鎖緊方式可實現高剛度。

　　任意角度鎖緊是為了實現任意角度定向加工要求而設計的。由于三齒盤結構只能實現有限角度鎖緊,任意角度的鎖緊必須用其他方式來實現,其鎖緊方式各個生產廠家則均有自己的訣竅。

　　2.關鍵技術的解決思路

　　動力主軸定向鎖緊方式要根據主軸實際應用中是側重車削還是銑削。以切削方式來選擇有利于發揮結構優勢,保證加工件的質量;松夾刀機構的解決方案關鍵是主軸在松夾刀過程中不受力。結構上一定要使松夾刀成為主軸內力;配油、水、汽主要要考慮由于管路曲折,壓力損失大,應盡量加大管路直徑;B軸的關鍵是解決任意角度的鎖緊,主要應考慮選擇一種剛度好的方案,可靠性高。B軸的任意角度旋轉主要應解決如何消除傳動間隙,實現無間隙和小間隙傳動。

　　車銑五軸頭可以是機械式主軸,也可以是電主軸,文中提到的關鍵技術是共性的。每個關鍵技術均有多種解決方案,文中所提出的思路在國外和國內都有成功的應用案例,正確的使用會少走很多彎路。如果上述難點能得到創造性解決,車銑五軸頭的性能就有可能趕上或超過國外同類產品水平。

　　采用雙向交替轉動順序進行測量,即先從一個方向轉動測量各目標位置(0b~360b),再從相反的方向轉動測量一次(360b~0b)。按照這一測量轉動順序,直至完成所要求的測量轉動次數。另外,在編輯測量轉動程序時,還要充分考慮首目標位置和末目標位置的越程,通常選擇5b,主要考慮消除轉向時的間隙。

　　系統控制被測回轉軸的轉動,編輯一段測量轉動程序,該程序與計算機主菜單設置的數據采集程序相一致。然后,按照測量轉動程序依次轉動到每個目標位置上,并在每個目標位置上停留一段足夠長的時間。以便RX10回轉軸精度測量軟件,監控被測回轉軸的每個目標位置,并等候穩定在/讀數穩定性0允許范圍之內,隨即RX10回轉軸測量軟件以每秒5次的測量速度進行采集數據。停留時間長短由/測量期0參數決定。采集數據的時間,由計算機屏幕上不斷增加的箭頭顯示來表明。當箭

　　頭結束/測量期0時,RX10回轉軸測量軟件將采集數據進行平均,計算出該目標位置的角度誤差并顯示于屏幕誤差欄中,同時也顯示出角度誤差趨勢圖形。隨著測量次數的增加,所顯示角度誤差趨勢圖形也隨之改變,因此,可比較直觀的反映和觀察到每次測量角度的誤差值。按照測量轉動順序重復5次雙向交替數據采集后,將采集的數據進行存盤。

　　啟動數據分析軟件,可以根據GB10931-89或國際上通用的ISO230、VDI/DGQ3441等標準,來評定被測數控機床回轉軸的位置精度。包括定位精度、重復定位精度、反向偏差和位置偏差。并且可以打印出每次測量各目標位置的原始偏差數據及回轉軸位置精度的偏差趨勢分析圖形。借此直觀地反映出被測回轉軸的實際偏差情況,得到被測回轉軸偏差的參考數據,以便改進裝配工藝和補償修正。