電主軸A/C雙擺角數控萬能銑頭的研究
2013-11-30 來源：數控機床市場網 作者：王志超
一、電主軸A/C雙擺角數控萬能銑頭產品介紹：
直驅式雙擺銑頭采用直接驅動技術的雙擺銑頭，內置特殊開發的大扭矩直驅電機—力矩電機，可提供更高的動態性能。區別于傳統的齒輪傳動或蝸輪蝸桿傳動方式，雙擺銑頭沒有任何機械傳動部件，因此具有良好的精度保持性。基于簡單而對稱的結構設計，所有部件、電機、軸承、主軸完美地結合在一起，可獲得更高的穩定性和系統剛性。采用彈性變形液壓夾緊裝置，使得旋轉軸可以在任何加工位置液壓夾緊，可應用在重型切削和高速切削中。采用先進的靜態密封和旋轉密封技術，水、油、氣路完全集中在部件內部，不受旋轉運動的限制。閉環的高精度編碼器及總線式高精度驅動控制器，最大限度的保證其控制精度和可靠性。
電主軸A/C雙擺角數控萬能銑頭結構簡單、傳動鏈短、傳動精度高，傳動平穩、噪音低，但受力矩電機規格的限制，驅動力矩較小，也就是在幾百Nm左右；主軸的結構形式比較簡單，可以通過購買專業廠生產的標準配套件來實現，由于電主軸同樣是內置電機直驅，故主軸的扭矩也不大，只能實現高速精加工。
二、技術指標如下：
電主軸A/C雙擺角數控萬能銑頭：
三、應用范圍
本部件為五軸聯動的龍門加工中心的關鍵功能部件。作為A、C軸雙擺角銑頭，由于采用了直接驅動技術，雙擺銑頭具有高速、高精和更好的動態性能及精度保持性，特別適合在高速、高精需要多坐標聯動等加工領域。如加工大直徑葉輪、大尺寸箱體、葉片等要求效率和精度的零件。
四、電主軸A/C雙擺角銑頭力矩電機傳動方式及結構形式的設計與控制
1、電主軸A/C雙擺角銑頭總體布局方案的確定
電主軸A/C雙擺角數控萬能銑頭的主動力由一體式電主軸直接提供，減少傳動環節的動力損失，提高電機效能，并使整體結構更加緊湊。分度采用大扭矩電機直接驅動，過載能力強，堵轉力矩大，既消除了齒隙回程誤差又縮短了傳動鏈，簡化機械裝配和維護難度，具有反應速度快、特性線性度好、共振頻率高等優點，因而提高了系統的穩定性及靜、動態精度。圖1為電主軸A/C雙擺角銑頭外觀圖，圖 2為電主軸A/C雙擺角銑頭裝配圖，圖 3為電主軸A/C雙擺角銑頭三維圖。
圖 1 電主軸A/C雙擺角銑頭外觀圖
圖 2 電主軸A/C雙擺角銑頭裝配圖
圖 3 電主軸A/C雙擺角銑頭三維圖
2、電主軸A/C雙擺角銑頭C軸、A軸傳動方案
電主軸A/C雙擺角銑頭主要由聯接盤、電機座、萬向架、A軸座及電主軸組成。工作時，銑頭通過拉釘與主機聯接，通過鍵定位。C軸由力矩電機直接驅動，帶動萬向架做360°旋轉，A軸通過雙力矩電機直接驅動，帶動電主軸做±110°擺動。采用靜態密封和旋轉密封技術，電主軸、力矩電機所需氣、液、電管線均集中布置于銑頭內部，不受旋轉運動的限制，外形整齊美觀。采用彈性變形液壓夾緊裝置，使得A、C軸可以在任何加工位置液壓夾緊，可應用于重型切削和緊急制動。圖 4 為C軸進給傳動三維原理圖，圖 5為A軸進給傳動三維原理圖。為了提高擺角銑頭的定位精度，該擺角銑頭的C軸、A軸均實現了全閉環控制，C軸位置檢測依靠C軸組合軸承的編碼器，原點開關為M8接近開關，A軸在主軸座的轉軸上裝有海德漢的角度編碼器。
圖 4 C軸進給傳動三維原理圖
圖 5 A軸進給傳動三維原理圖
3、通過數字化仿真與優化設計技術，對設計結構及傳動系統進行性能分析，靜態剛度預估和優化、精度和動靜態特性檢測與評價
電主軸A/C雙擺角銑頭性能分析
電主軸A/C雙擺角銑頭由連接板、電機座、C軸驅動電機、三排圓柱滾子組合軸承、旋轉接頭、導向套、連接套、萬象架、法蘭盤、制動盤、抱閘、A軸驅動電機、交叉滾子軸承、主軸、電主軸、導向柱、防護罩、蓋板組成。
整個模型都是根據圖紙在Pro/E中建立三維模型，再轉化到Ansys中進行分析的。在建模過程中，略去了一些對整體結構固有頻率影響不大的零件，如螺釘、倒角和空刀槽等。在分析時，零部件間的結合部位都按照固定連接的方式考慮，而不考慮材料結合表面的特征。電主軸A/C雙擺角銑頭有限元模型如圖 6所示。
圖 6 電主軸A/C雙擺角銑頭有限元模型圖
五、作用
項目產品雙擺角數控萬能銑頭在重型五軸聯動數控落地銑鏜床和重型數控龍門鏜銑床上的應用，實現了復雜曲面在航空工業飛機發動機箱體、葉片及機身制造，大型電力關鍵設備的超大型轉輪及殼體、渦輪葉片及核電核容器封頭加工，對我國的國防、遠洋船舶、航空、電力發展提供裝備支持。
項目的研究為其它類數控機床應用雙擺角數控萬能銑頭提供示范，同時雙擺角數控萬能銑頭在重型數控機床上的應用實現了數控機床其它功能部件、高檔數控系統及數控機床共性技術等課題的鏈接與驗證，對高檔數控機床行業的發展將起到巨大的推動作用。
項目解決的一些關鍵技術如精密傳動副的設計制造、傳動消隙、驅動控制技術等均為高檔數控機床設計制造中的共性技術，這些關鍵技術的完成，為解決數控機床的設計制造難題提供了重要途徑，也為其它大型設備的設計制造提供理論支持和技術借鑒。（文自：齊齊哈爾二機床（集團）有限責任公司 ）
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