车铣B轴刀架上结构设计——B轴锁紧

摘 要：车铣复合加工中心的B轴刀架精度和可靠性决定了该机床的性能，本文介绍了车铣复合加工中心上的B轴刀架的锁紧结构，即固定角度锁紧和任意角度锁紧的不同锁紧方式，以及锁紧结构的应用实例。

   关键词：B轴；固定角度锁紧；任意角度锁紧

  0 引言

  随着科技的飞速发展，航天、航空、船舶、军工等行业一些关键零件对加工精度方面的要求不断提高，更加突显了复合加工技术的优势。所谓复合加工即在一次装夹中完成零件的全部或绝大部分工序的加工，这样不仅保证了零件的加工精度，同时也提高了加工效率、降低了加工成本。在以科技创新为指导的背景下，柔性、复合、五轴联动、高精、高速化是世界机床行业的发展方向。而车铣复合加工中心上的B轴功能部件的精度和可靠性是决定该车铣中心性能的决定因素。

  车铣复合加工中心上的B轴刀架，即为可以带动装有刀具的车铣主轴进行旋转或固定的机构。B轴，即为绕Y轴旋转的伺服轴，是具有分度定位和联动功能的刀具回转轴。B轴旋转与其他轴配合实现机床的多轴联动功能，不仅可以钻斜孔或铣斜面，而且作为插补轴可完成复杂空间曲面的加工，对加工高精度的复杂零件具有绝对优势。当工件需要车削、镗孔或者在某一角度进行钻孔、攻丝、铣槽或铣平面加工，需要用B轴的分度定位功能，并要求在分度后能够进行锁紧，否则切削力会引起振动或位移，从而影响加工精度。B轴固定一般分为固定角度固定和任意角度的固定。为此，B轴具有两套锁紧机构，一套是固定角度锁紧（一般为2.5°或5°的整数倍），另一套是任意角度锁紧。固定角度锁紧是为满足在指定角度平面上的强力车削、铣削等要求；任意角度锁紧是为了实现任意角度的加工要求。本文将对上述两种锁紧方式的结构形式进行简要介绍。

   1 固定角度锁紧

  B轴固定角度的锁紧通常采用三齿盘锁紧形式。三齿盘结构主要由动齿盘、定齿盘和锁紧齿盘三部分组成，通过锁紧齿盘的前后移动，实现B轴固定角度的锁紧与松开。图1即为三齿盘锁紧结构的示意图。

  从上图中可以看到，定齿盘7与连接盘2一起安装在Y轴滑板1的下端面上，动齿盘5与配磨垫6一起安装在B轴3的台阶面上，在装配过程中，通过调整配磨垫的厚度，来保证定齿盘和动齿盘的等高，以保证锁紧齿盘在与两者啮合时的结合率，实现锁紧的高刚性要求。当油口B接通压力油时，锁紧齿盘4上移，锁紧齿盘的内半部分与动齿盘啮合，其外半部分与定齿盘啮合，动齿盘与定齿盘通过锁紧齿盘而锁在一起，此时开关触杆9上移，与无触点开关8感应，发出信号，确保齿盘完全啮合，完成B轴锁紧动作；当油口A接通压力油时，锁紧齿盘4下移，开关触杆9与无触点开关脱开，无信号反馈，确保锁紧齿盘与动齿盘和定齿盘完全脱开，动齿盘不在与定齿盘锁在一起，B轴松开，可以自由转动。

  从三齿盘锁紧的工作原理中，可以发现三齿盘锁紧机构具有如下优点：

  1）分度精度高。三齿盘啮合是沿圆周向心分布的，齿盘啮合时具有自动定心作用，所以回转轴的精度及其在使用中的磨损对精度没有影响；

  2）精度重复性和持久性好。由于工作时齿盘在不断对研，因此使用越久，分度精度的重复性和持久性就越好；

  3）承载能力强、刚性高。当三齿盘啮合在一起时，齿间接触面均匀连续，所有齿面同时参加啮合，接触面积大，能承受较高载荷；

  4）结构紧凑，维护简便。

  2 任意角度锁紧

  B轴任意角度的锁紧通常采用弹簧摩擦片的锁紧形式。这种锁紧结构通常采用两片定摩擦片中间夹个动摩擦片的形式，所谓定摩擦片即指与固定件把合在一起的摩擦片，动摩擦片即指与旋转件把合在一起的摩擦皮，同时动摩擦片通过配磨垫与B轴固定。在装配过程中，通过调整配磨垫的厚度，来保证动摩擦片分别与上、下两定摩擦片预留0.2mm的间隙，这样在无压力油供给的情况下，保证B轴的自由转动。在油缸的下部装有唇形密封环，当唇形密封环上不U型腔通压力油的时候，油压通过唇型密封环，迫使定摩擦片与动摩擦片之间的间隙得以消除，3个摩擦片压合在一起，产生摩擦力，使B轴与Y轴滑板锁在一起，完成B轴在任意角度的锁紧；松开时，液压卸载，复位弹簧压迫定摩擦与动摩擦片脱开，实现B轴在任意角度锁紧的松开。

  弹簧摩擦片锁紧机构，实现了机床在任意位置的加工，扩大了B轴功能和设备工艺范围，真正做到完全加工。

 3 结论

复合车铣加工中心的优势就是一次装夹完成零件的加工，避免了因多次装夹以及基准转换而引起的误差，保证了零件的加工精度特别是形状位置精度的要求，已越来越的应用在航空、航天、船舶、军工等一些行业的关键零件的加工上。复合车铣加工中心在加工复杂曲面的时候，需要通过B轴的分度，以及其它进给轴运动，共同完成机床的多轴联动功能。为此，复合车铣加工中心的加工精度，在很大程度上受制于加工时B轴分度后的定位锁紧精度。复合车铣B轴刀架上的固定角度和任意角度锁紧机构，分别采用了两种不同的锁紧方式，来实现固定角度加工和任意角度加工的需要，分别具有各自自身的特点。固定角度锁紧即三齿盘锁紧，承载能力强，刚性高，精度保持性好，适合固定角度平面上的车削、铣削加工；任意角度锁紧即采用的弹簧摩擦片锁紧结构可以实现任意角度的加工，扩大了B轴功能和设备的工艺范围，真正做到了完全加工。