双主轴双排刀复合机床的机械结构与工作原理分析

双主轴双排刀复合机床的机械结构与工作原理分析

作者：欧杰

来源：《科学与技术》 2019年第2期

欧杰

上海优尼斯工业服务有限公司沈阳分公司辽宁沈阳 110041

摘要：文章先介绍了双主轴双排刀车铣复合机床，然后对复合机床的机械结构与工作原理

进行分析。

关键词：双主轴；垂直双排刀；机械结构；工作原理

复合机床在设计过程中主要布局呈现对称性，并且还利用模块化设计，实现了底座和床身

一体化。X、Y、Z导轨在设计中基本都选择使用滚珠直线导轨，并且各个坐标轴都使用交流伺

服电动机做动力源进行拖动，从而可以实现重心驱动。设计完成以后整个机床实用性强、操作

简单。

一、机械结构及特点

1.床身

整个双主轴双排刀复合机床中，床身占据重要位置，机床所有的功能基本上都是以床身为

载体。双主轴双排刀车铣复合机床在实际应用中主要以T型床身为框架，在箱中箱框架结构支

撑下，利用大圆弧过渡筋板，进行合理铸造。结合人工处理作业，可以促使双主轴双排刀车铣

复合机床形成两端对称的轨道结构，在保证其抗震性能的同时，也可以提高双主轴双排刀车铣

复合机床吸震性能[1]。

2.左右主轴箱

双主轴双排刀车铣复合机床左右主轴箱主要以电主轴结构为支撑，依据主轴承对称原理，

将机床旋转主轴组件进行有机整合。由于双主轴双排刀车铣复合机床省略了机械齿轮的传动环节，在实际应用过程中，精准度较高、转动速度快、速度调整方位大、噪音小、空间占用率低。同时由于双主轴双排刀车铣复合机床左右两电主轴均为内置式电机结构，在实际运行中，可以

通过对线圈的合理切换，实现低速度、大扭矩、高功率运行。结合内置编码器、C轴制动器盘、双主轴、双垂直溜板排刀的合理设置，可以保证高难度铣削加工作业自动、高速进行，整体加

工效率较高。

3.垂直溜板排刀

双主轴双排刀车铣复合机床中垂直溜板排刀的优点主要表现在：

（1）垂直溜板立体排刀结构的应用，可以通过简单的构件组装，简化维护步骤，降低故障检修时间损耗；换刀间隔时间短，成本较低。同时，垂直溜板刀具安装位置较多，应用中可以

根据工件的不同安装不同的刀具，刀具也可用从多方向、多位置进行装夹，可以针对时间需求

进行加工。同时依据实际情况，在双主轴双排刀车铣复合机床垂直溜板立体排刀结构中可进行

多种刀具模式的设置，如立铣刀水平安装、盘铣刀垂直安装、钻头倾斜安装等。

（2）为了进一步提高工件的精确度，在垂直溜板排刀结构机床应用中，应控制垂直溜板排刀结构机床车刀刀具、主轴中心间高度差在0.015mm内。同时考虑到垂直溜板为垂直溜板排刀

结构机床车刀刀夹刚性安装主要位置。因此，在垂直溜板排刀结构机床运行过程中，可以垂直

溜板为载体，进行上、下两个方向移动作业，从而提高刀尖、主轴中心的控制精确度。同时控

制车刀、溜板呈90°上下排列状态，避免上下相连刀具刀尖间距对工件加工规格的限制[2]。

二、机床工作原理

在双主轴双排刀车铣复合机床运行过程中，由于双主轴双排刀车铣复合机床左、右电主轴

单元在溜板上（如图1 所示），伺服电动机为主要动力源，可以驱动双主轴双排刀车铣复合机

床左右电主轴在溜板上运动。据此，将双主轴双排刀车铣复合机床底座作为基底，将双主轴双

排刀车铣复合机床左右电主轴单元与伺服电机底座相连。随后以直接连接的方式，逐步将伺服

电动机、联轴器、滚珠丝杠副两相连，可保证整体工件加工精确程度。通过丝杠专用材料轴承

支撑结构的设置，结合预拉伸调整及滚珠丝杠副的应用，可利用丝母座直线运动代替伺服模块

旋转运动，从而避免丝杠系统热变形对系统加工效果的影响。

如图2可知在电主轴旋转结构运行过程中，主要是在电动机定子热装处理的基础上，将双

主轴双排刀车铣复合机床电动机固定在定子外套的适当位置。同时采用螺钉加热装的方式，将

电动机定子外套与主轴箱体、电动机转子与转子内套进行逐一连接。在这个基础上，可采用锥

度锁紧螺母，将转子内套与机床主轴稳定连接。

依据上述结构布局，可在双主轴双排刀车铣复合机床主轴箱体内，促使转子内套与轴承支

撑之间具有足够的接触面；而在电动机定子线圈运作过程中，可利用电动机定子外套、主轴箱

体间环形槽，为冷却液通过提供通道。结合室温调节型油冷却机的利用，可促使双主轴双排刀

车铣复合机床主轴定子正常作业。在这个基础上，利用电感式编码器，将主轴、系统设定为闭

环控制模式。通过电感式编码器对主轴转速、C轴分度的控制，可以设定工件铣削程序，促使

双主轴双排刀车铣复合机床主轴制动器紧抱刹车盘，以实现双主轴双排刀车铣复合机床主轴定

向准停，降低其主轴震动对工件铣削过程的影响。而双主轴双排刀车铣复合机床主轴回转动力

液压缸的运行，主要是将主轴套筒拉杆、动力卡盘紧密连接，为被加工工件自动夹紧提供辅助

支撑。

双主轴双排刀车铣复合机床主轴内套筒拉杆内孔中主要模块为定长轴。其主要经螺母套，

与回转油缸内套、拉杆套筒内孔小间隙连接，以实现双主轴双排刀车铣复合机床主轴稳定运动。同时在双主轴双排刀车铣复合机床主轴滑轴弹簧的作用下，促使滑轴固定在工件适当位置左右

移动。若被加工工件已加工完毕，在电感式编码器控制下，动力卡盘会经弹簧作用自动张开，

随后驱动滑轴向前移动。进而控制水平刀座、车刀刀座、动力箱装置停止动作，结束复杂工件

的复合加工作业。

1底座；2、2`伺服电动机；3、3`Z向溜板；4、4`电主轴单元；5、5`X垧溜板；6、6`水

平刀座；7、7`车刀刀座；8、8`动力箱；9、9`立柱；10、10`X伺服电动机；11、11`Y向溜板；

12、12`垂直溜板

图1 机床结构布局