电主轴A/C双摆角数控万能铣头的研究
2013-11-30 来源：数控机床市场网 作者：王志超
一、电主轴A/C双摆角数控万能铣头产品介绍：
直驱式双摆铣头采用直接驱动技术的双摆铣头，内置特殊开发的大扭矩直驱电机—力矩电机，可提供更高的动态性能。区别于传统的齿轮传动或蜗轮蜗杆传动方式，双摆铣头没有任何机械传动部件，因此具有良好的精度保持性。基于简单而对称的结构设计，所有部件、电机、轴承、主轴完美地结合在一起，可获得更高的稳定性和系统刚性。采用弹性变形液压夹紧装置，使得旋转轴可以在任何加工位置液压夹紧，可应用在重型切削和高速切削中。采用先进的静态密封和旋转密封技术，水、油、气路完全集中在部件内部，不受旋转运动的限制。闭环的高精度编码器及总线式高精度驱动控制器，最大限度的保证其控制精度和可靠性。
电主轴A/C双摆角数控万能铣头结构简单、传动链短、传动精度高，传动平稳、噪音低，但受力矩电机规格的限制，驱动力矩较小，也就是在几百Nm左右；主轴的结构形式比较简单，可以通过购买专业厂生产的标准配套件来实现，由于电主轴同样是内置电机直驱，故主轴的扭矩也不大，只能实现高速精加工。
二、技术指标如下：
电主轴A/C双摆角数控万能铣头：
三、应用范围
本部件为五轴联动的龙门加工中心的关键功能部件。作为A、C轴双摆角铣头，由于采用了直接驱动技术，双摆铣头具有高速、高精和更好的动态性能及精度保持性，特别适合在高速、高精需要多坐标联动等加工领域。如加工大直径叶轮、大尺寸箱体、叶片等要求效率和精度的零件。
四、电主轴A/C双摆角铣头力矩电机传动方式及结构形式的设计与控制
1、电主轴A/C双摆角铣头总体布局方案的确定
电主轴A/C双摆角数控万能铣头的主动力由一体式电主轴直接提供，减少传动环节的动力损失，提高电机效能，并使整体结构更加紧凑。分度采用大扭矩电机直接驱动，过载能力强，堵转力矩大，既消除了齿隙回程误差又缩短了传动链，简化机械装配和维护难度，具有反应速度快、特性线性度好、共振频率高等优点，因而提高了系统的稳定性及静、动态精度。图1为电主轴A/C双摆角铣头外观图，图 2为电主轴A/C双摆角铣头装配图，图 3为电主轴A/C双摆角铣头三维图。
图 1 电主轴A/C双摆角铣头外观图
图 2 电主轴A/C双摆角铣头装配图
图 3 电主轴A/C双摆角铣头三维图
2、电主轴A/C双摆角铣头C轴、A轴传动方案
电主轴A/C双摆角铣头主要由联接盘、电机座、万向架、A轴座及电主轴组成。工作时，铣头通过拉钉与主机联接，通过键定位。C轴由力矩电机直接驱动，带动万向架做360°旋转，A轴通过双力矩电机直接驱动，带动电主轴做±110°摆动。采用静态密封和旋转密封技术，电主轴、力矩电机所需气、液、电管线均集中布置于铣头内部，不受旋转运动的限制，外形整齐美观。采用弹性变形液压夹紧装置，使得A、C轴可以在任何加工位置液压夹紧，可应用于重型切削和紧急制动。图 4 为C轴进给传动三维原理图，图 5为A轴进给传动三维原理图。为了提高摆角铣头的定位精度，该摆角铣头的C轴、A轴均实现了全闭环控制，C轴位置检测依靠C轴组合轴承的编码器，原点开关为M8接近开关，A轴在主轴座的转轴上装有海德汉的角度编码器。
图 4 C轴进给传动三维原理图
图 5 A轴进给传动三维原理图
3、通过数字化仿真与优化设计技术，对设计结构及传动系统进行性能分析，静态刚度预估和优化、精度和动静态特性检测与评价
电主轴A/C双摆角铣头性能分析
电主轴A/C双摆角铣头由连接板、电机座、C轴驱动电机、三排圆柱滚子组合轴承、旋转接头、导向套、连接套、万象架、法兰盘、制动盘、抱闸、A轴驱动电机、交叉滚子轴承、主轴、电主轴、导向柱、防护罩、盖板组成。
整个模型都是根据图纸在Pro/E中建立三维模型，再转化到Ansys中进行分析的。在建模过程中，略去了一些对整体结构固有频率影响不大的零件，如螺钉、倒角和空刀槽等。在分析时，零部件间的结合部位都按照固定连接的方式考虑，而不考虑材料结合表面的特征。电主轴A/C双摆角铣头有限元模型如图 6所示。
图 6 电主轴A/C双摆角铣头有限元模型图
五、作用
项目产品双摆角数控万能铣头在重型五轴联动数控落地铣镗床和重型数控龙门镗铣床上的应用，实现了复杂曲面在航空工业飞机发动机箱体、叶片及机身制造，大型电力关键设备的超大型转轮及壳体、涡轮叶片及核电核容器封头加工，对我国的国防、远洋船舶、航空、电力发展提供装备支持。
项目的研究为其它类数控机床应用双摆角数控万能铣头提供示范，同时双摆角数控万能铣头在重型数控机床上的应用实现了数控机床其它功能部件、高档数控系统及数控机床共性技术等课题的链接与验证，对高档数控机床行业的发展将起到巨大的推动作用。
项目解决的一些关键技术如精密传动副的设计制造、传动消隙、驱动控制技术等均为高档数控机床设计制造中的共性技术，这些关键技术的完成，为解决数控机床的设计制造难题提供了重要途径，也为其它大型设备的设计制造提供理论支持和技术借鉴。（文自：齐齐哈尔二机床（集团）有限责任公司 ）
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