q速龙门铣床五轴联动的结构设计new

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1、万方数据第15卷第3期2010年6月新余高专学报JOURNALOFXINYUCOLI正GEV01．15，NO．3Jun．2010高速龙门铣床五轴联动的结构设计●周晓平，朱双霞(新余学院机电工程系，江西新余338004)摘要：对现在机床的五轴联动结构进行了结构分析、对比，设计出了高速龙门铣床五轴联动的结构。五轴联动结构设计中又主要对五轴联动铣头(行业中称“五轴头”)进行了设计，结构中采用了精密齿轮啮合与双导程蜗轮蜗杆驱动，既保证了结构紧凑，精度也较高。关键词：五轴联动；结构设计；五轴联动铣头；双导程蜗轮蜗杆中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：1008-6765(

2、2010)03一0090-031前言数控机床是当代制造业的主流装备，是市场的热门商品。我国数控机床经历30多年来的发展，现已颇具规模，机床已涉及超重型机床、高精度机床、特种加工机床、锻压设备、前沿高技术机床等领域。但与机床高度发达的国家相比，我国机床的总体制作水平还是存在着一定的差距，相当明显的是：在我国，对于四轴联动以上的机床，大部分来自国外，再加上西方国家对我国在这方面的技术封锁，在一定程度上影响了我国数控机床的发展。笔者在借鉴大量国内外机床资料的基础上，根据一特定方案设计出虚拟样机——五轴联动高速数控龙门铣床。本文是就其中五轴联动的结构设计进行阐述。2五轴联动现状

3、及其分析大多数高级的数控铣床的数控装置都可控六根基本轴，即x，Y，z三根运动轴和绕X，Y，z三根运动轴旋转的A、B、c三根回转轴。五轴联动指的是在六根基本轴中，机床数控装置能控制其中五根轴同时达到空间某一点，通俗的讲就是指其中五根轴能同时对某一点进行运动加工。根据机床实际情况，五轴联动通常是在X、Y、Z三根运动轴基础上增加由A、B、c三个回转轴中任意两个回转轴所组合的运动，2个回转轴可以都配置在刀具切削头部位(通常称摆动轴)或工件安装部位(通常称旋转工作台)，也可在这两个部位上分别配置1个回转轴。根据这些配置方式可以组合出的有效布局方案共有：2鹾+只=12种。(1)双旋

4、转工作台的高速五轴机床，它应用比较多的是铣镗类机床。这种机床也有多个类型和品种，较简单的是在数控镗铣床的工作台上附加A／B轴转台，配上相应的数控系统，实现x、Y、z三个直线运动和A／B轴两个旋转运动并可联动。这种配置由于接合层次多，刚性差些，因此有专门将A／B转轴的支座与工作台或床身做成一体的。由于受安装工件的转台的尺寸和重量的制约，这种机床仅适用于加工中小型工件⋯。(2)在刀具切削头部位和工件安装部位，都配置1个回转轴。这种五轴联动机床由于转台可以是A轴、B轴或c轴，摆头也是一样，可以分别是A轴、B轴或c轴，所以转台加上摆头式结构的五轴联动机床可以有各种不同的组合，以

5、适应不同的加工对象，如加工汽轮发电机的叶片，需要A轴加上B轴，其中A轴需要用尾座顶尖配合顶住工件，如果工件较长同时直径又细，则需要两头夹住并且拉伸工件来进行加工，当然这里一个必要条件是两个转台必须严格同步旋转嵋J。这种型式配置的机床把旋转轴分别放置于切削头部位和工作台安装部位，与使用双旋转工作台的机床相比较，优点是剐性高，工作台的承载能力强。双旋转工作台为～个串联机构，而且空间上受到限制，无法设计得足够健壮，导致整体刚性不足，若将旋转轴分开在主轴头和工作台两个部位，那么结构刚性的问题便得到很好的解决，工作台的工作台面积与承载能力也远大于传统的双旋转工作台¨J。(3)双摆

6、头式结构的五轴联动机床，由于结构本身的原因：摆头中间一般有一个带有松拉刀结构的电主轴，所以双摆头自身的尺寸不容易做小，一般在400一500trim左右，加上双摆头活动范围的需要，所以双摆头结构的五轴联动机床的加工范围不宜太小，而是越大越好，一般为龙门式或动梁龙门式，龙门的宽度在2000—3000mill以上为好。本机床是高速龙门铣床，所以采用此种双摆头式的五轴联动结构。3高速龙门铣床五轴联动结构3．1方案的确定根据对机床五轴联动现有结构的分析，本机床总体结构采用定梁式龙门铣床结构，工作台在线性滚珠导轨上作x向运动，z轴滑枕上配置五轴联动铣头。Y轴采用双线性滚珠导轨安装呈

7、垂直分布状态，z轴采用大规格线性滚珠导轨与双平衡液压缸装置，三轴均采用伺服电机与滚珠丝杠螺母副通过联轴器直接的形式。该结构的核心是采用了五轴联动铣头，目前，在五轴联动铣头领域中，西方国家中有意大利意萨(ISA)公司和德国西收稿日期：2010—03—15课题及第一作者简介：本文为校级课题“五轴联动高速龙门铣床结构设计的研究(项目编号：xj0821)”系列研究成果之一。周晓平(1979一)，男，江西新余人，讲师。一90—万方数据2010(第15卷)周晓平。朱双霞：高速龙门铣床五轴联动的结构设计第3期泰克(CyTec)公司比较突出，国内就属桂林