大型数控机床主轴铣头的设计探讨

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针对某大型数控龙门机床主轴铣头的实际设计过程，从铣头技术参数的确定，机械结构方式，传动形式的选择等方面简要介绍主轴铣头的设计方法与过程，实例以实际的直角主轴铣头为例来探讨及分析其设计过程，为大型数控机床铣头的结构设计提供一些指导思路与方法。

　　1.主轴铣头的总体设计方案
　　首先，根据数控机床实际结构特点及滑枕与主轴的具体结构形式，规划出主轴铣头的总体设计方案及铣头的结构形式如图1所示，本实例中主轴直角铣头采用机械传动结构的形式，直角主轴铣头通过花键轴把主电动机传给主变速机构的动力传递给机械锥齿轮的机械传动形式，锥齿轮轴再带动刀具夹持机构与刀具共同旋转来完成工件的加工，这种机械式传动机构方式的主轴铣头相对于其他形式的主轴铣头而言，具有不可替代的优点，同时兼顾了高精度、重切削的双重要求，充分满足本实例大型龙门加工中心的技术参数要求。

图1 直角铣头结构
1.定位销 2.花键轴 3、5、9.冷却环形槽 4.拉钉接口
6、8.轴承布局 7.锥齿轮传动 10.拉刀机构

　　2.铣头的结构形式
　　根据机床的结构形式及基本参数，主要根据主轴功率、转矩及转速关键技术参数（见图2），确定主轴直角铣头的轴承形式及布局方式、齿轮的形式，并通过相关的计算选择确定轴承及齿轮的技术参数，同时要考虑铣头运动过程时的定位精度及重复定位精度等技术指标来决定轴承及齿轮的精度等级。实例中水平轴承采用双列球轴承背对背布局，此种布局轴承支撑距离较大，从而大大提高铣头的刚度，为铣头的重切削提供结构保证；锥齿轮的选用使得角度头90°的动力传动转换变得简单可行。

图2 主轴功率转矩

　　3. 主轴直角铣头的结构优化

　　金属加工在线提示：主轴直角铣头除了必须考虑其总体方案、结构形式等主要技术因素来满足铣头的基本功能以外，为了保证铣头能够保持高精度，稳定顺畅的运行，在其设计过程中，还需要充分考虑铣头与滑枕的联接形式、松夹刀方式、冷却形式、轴承润滑及密封等附属功能的形式或方法。本实例中铣头通过拉丁机构液压动力来实现与滑枕的可靠联接，这种方式联接可靠，效率高；拉刀机构为弹簧结构拉紧，液压动力松刀；花键轴及齿轮轴周边分布冷却环形槽，冷却轴承及齿轮运动过程中产生的热量，使铣头一直保持恒温状态，进而保证其几何精度及运动精度；轴承采用脂润滑，周边密封装置将其密封在一密封腔内，使轴承一直处于良好的润滑工作状态。通过对主轴铣头各方面综合的考虑，优化其结构及实现功能的方式达到最优的合理设计，在实践过程中铣头功能、几何精度、运动精度及稳定性得以验证。