一种铣车复合加工中心的主轴定位锁紧装置设计*＊

杨锦斌

(西部矿业股份有限公司，青海 西宁810001)

铣车复合加工中心是数控机床中难度最大、应用范围最广的机床，代表机床制造业最高水平，国际上把复合加工设备作为衡量一个国家装备制造业水平的标志，它集机、电、液、光于一体，主要用于复杂曲面的高效、精密、自动加工，复合加工中心是发电、船舶、汽车、航空航天、高精仪器等民用工业和军工部门迫切需要的关键加工设备。通常，复合加工中心加工效率相当于2 台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约空间和不同制造单元之间的周转运输时间与费用。在铣车复合加工中心中，主轴铣车转换定位锁紧技术是铣车功能转换中至关重要的环节之一，它的定位锁紧方式影响着主轴铣车功能转换，其稳定性及可靠性直接影响着铣车复合加工中心的加工精度和整机性能。因此，主轴铣车转换定位锁紧技术是整个铣车复合加工中心结构设计过程中所要考虑的重点要素之一。

1 铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置构成

铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置主要由三片式端面鼠牙盘锁紧机构、等装置组成。

1.1 三片式端面鼠牙盘锁紧机构

铣车复合加工中心的主轴除了无需锁紧的铣削功能外，还需要可靠锁紧主轴的车削功能。无需锁紧的铣削功能是为了满足铣车复合加工中心高速铣削加工功能而设计的，可靠锁紧主轴的车削功能是为了实现铣车复合加工中心的车削功能而设计的。为了能铣车复合加工中心主轴的高强度锁紧，实现其主轴强力车削加工功能，主轴定位锁紧装置必须采用三片式端面鼠牙盘锁紧机构。

1.2 自动恒压液压控制系统

在液压系统设置液压泵的工作状态，对维持液压系统工作压力的恒定起着十分关键作用。为维持系统工作压力恒定，除了可以采用一些液压元件和一些蓄能措施以外，主要还是通过对主轴定位锁紧装置油腔的压力进行在线检测，按照压力控制信号，控制系统按压力大小给出变频调速指令，变频器变频调速液压泵变频电动机，液压系统向油腔供油，使之油腔工作压力保持动态恒定。

2 铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置设计

2010 年笔者公司承担了国家科技重大专项——“动梁无滑枕铣车复合加工中心”课题攻关任务。在课题研究过程中，应用已经成熟的三片式端面鼠牙盘锁紧技术、自动恒压液压系统控制技术等新技术，解决了主轴定位锁紧装置的准确定位、可靠锁紧及锁紧力恒定等技术难题。

铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置的结构见图1，主轴定位锁紧装置结构一:主轴箱1 设置在主轴16上肩部外侧，上齿盘4 通过螺栓固定在主轴箱1 上侧L 型阶梯角部，活塞齿盘6 装在主轴箱1 内侧上齿盘4下端，油缸体8 固定在主轴箱1 内侧活塞齿盘6 下端，活塞齿盘6 和油缸体8 上与主轴箱1 内侧壁接触部位装有密封圈12，活塞齿盘6 上台阶处与主轴箱1 下台阶处形成油腔5，油缸体8 与主轴箱1 内侧壁接触部位的上台阶与活塞齿盘6 下端面部位形成油腔7，油缸体8 外沿止口通过螺栓18 固定在主轴箱1 下端面，主轴箱1 上装有进油口2 并加工有油孔与油腔5 相通，主轴箱1 上与进油口2 相对一侧装有进油口11 并加工有油孔与油腔7 相通;上齿盘3 通过螺栓固定在主轴16 上侧L 型阶梯角部并与上齿盘4 平齐，上隔套10、轴承13、中隔套14、轴承15 从上至下依次装在主轴16 上齿盘3 的下方，并用法兰9 和螺栓18 固定在主轴16 下端部。

主轴定位锁紧装置结构二:油缸体8 与主轴箱1内侧壁接触部位的上台阶与活塞齿盘6 下端面部位形成空腔7，空腔7 内装有碟形弹簧组件替代油腔7 中的液压介质，其余部分与主轴定位锁紧装置结构一相同。

3 铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置的工作运行

铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置的工作运行过程如下:

(1)主轴定位锁紧装置结构一工作运行过程:当主轴功能转换为车削时，发出主轴定位锁紧指令，进油口11 供油，油腔7 注入压力油，油腔5 卸压，活塞齿盘6 上移，主轴慢速转动，活塞齿盘6 上的齿部与上齿盘4 和3 完全啮合，主轴车削功能定位锁紧完成，卸去主轴驱动力，工作台按指令旋转，即可进行车削加工;当主轴功能转换为铣削时，发出主轴定位锁紧脱离指令，进油口2 供油，油腔5 注入压力油，油腔7 卸压，活塞齿盘6 下移，活塞齿盘6 上的齿部与上齿盘4 和上齿盘3 完全脱离，主轴铣削功能转换完成，加载主轴驱动力，主轴按指令旋转，工作台按指令工作(可旋转，也可不旋转)，即可进行铣削加工(见图1)。

(2)主轴定位锁紧装置结构二工作运行过程:当主轴功能转换为车削时，发出主轴定位锁紧指令，在空腔7 内碟形弹簧组件作用下，油腔5 卸压，活塞齿盘6 上移，主轴慢速转动，活塞齿盘6 上的齿部与上齿盘4 和3 完全啮合，主轴车削功能定位锁紧完成，卸去主轴驱动力，工作台按指令旋转，即可进行车削加工;当主轴功能转换为铣削时，发出主轴定位锁紧脱离指令，进油口2 供油，油腔5 注入液压介质，空腔7 内碟形弹簧组件被压缩，活塞齿盘6 下移，活塞齿盘6 上的齿部与上齿盘4 和3 完全脱离，主轴铣削功能转换完成，加载主轴驱动力，主轴按指令旋转，工作台按指令工作(可旋转，也可不旋转)，即可进行铣削加工(见图1)。

4 铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置的优点分析

铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置具有主轴锁紧刚性高、可靠性强、定位准确等特点，其具体的优点有:

(1)具有结构简单，操作方便，主轴铣车功能转换可靠、定位准确等优点。

(2)可大幅度提高加工效率，甚至可以完全省去某些大型自动化生产线的投资，大大节约空间和不同制造单元之间的周转运输时间与费用。

5 结语

配备主轴定位锁紧装置的铣车复合加工中心已投入用户使用，取得了较好的经济效益和社会效益。该主轴定位锁紧装置已获得新型实用专利授权(专利号:ZL201120286708.X)。铣车复合加工中心主轴定位锁紧装置有效地消除了人为误差，更加符合企业质量管理和工业生产过程控制的要求，提高了铣车复合加工中心工作过程的可靠性和安全性，能在铣车复合加工中心上方便快捷地实现铣削、车削功能，对发挥数控机床的潜能实现高效加工有非凡的现实意义。