多齿盘定位夹紧结构在重切中的应用
材料也在发生着变化，主要表现在钛合金、高温合金、复合材料所占的比例在上升，传统的铝合金比例在下降。在加工钛合金、高温合金这类材料时除了需要制定合理的加工工艺路线和选择合适的刀具及切削参数外，对加工设备而言高精度、高刚性和大功率是首要满足的性能要求，多齿盘定位装置具有高精度、高刚性和传递扭矩大的特点特别适合用在有分度要求的重切铣头中。
本文主要介绍秦川机床工具集团股份公司开发的用于重切主轴头内部的多齿盘定位夹紧机构。
1 主要组成和工作原理介绍
多齿盘定位夹紧机构在重切主轴头中起着重要的作用，其主要结构由壳体、压板、大齿盘、定齿盘和动齿盘组成，具体结构如图1所示。定齿盘8与壳体1通过螺栓固定，动齿盘10与摆角主轴3通过螺栓固定，同时通过调整垫片9的厚度保证定齿盘和动齿盘的齿面处于同一平面内，大齿盘7通过销钉6保证与定齿盘8的始终处于正确的啮合位置，压板5与壳体1通过螺栓固定后形成密封的油腔。工作原理：进油口2通过压力油油压推动大齿盘7与定齿盘8和动齿盘10同时脱离，电机带动蜗杆驱动蜗轮使摆角主轴旋转到需要的角度后，进油口1通压力油油压推动大齿盘7与定齿盘8和动齿盘10同时啮合锁死主轴头。
2 本套多齿盘的主要特点
2.1 具有720个齿的高精度端齿盘
多齿盘定位装置具有以下特点：
①定位精度高，可达±3″，重复定位精度可达±1″;
②能自动定心，定位精度不受轴向间隙和正反转的影响;
③精度保持性好，齿面磨损对定位精度影响小。
为了扩大主轴头的加工范围，本套齿盘的齿数为720齿，这样可以使最小分度单位达到0.5°。
为了使端齿盘在工作中能达到高刚性和高稳定性的要求：
首先，材料采用优质合金结构钢，齿部经热处理后硬度达HRC56，使齿盘的齿面有较高的硬度，心部又有一定的韧性，同时也能满足精密齿盘的尺寸稳定性要求。
其次，由于齿盘的接触精度不仅影响分度精度，而且影响刚性、承载能力及精度稳定性，本套齿盘齿面采用端齿盘磨床磨削而成，使齿宽接触宽度为齿宽的50%以上，接触高度为啮合高度的75%以上，任意位置接触齿数为总齿数的90%以上，从而保证整套齿盘长时间在高性能状态下工作。
2.2 高刚性
本套齿盘的齿数为720齿，在液压缸的轴向预紧力作用下三个齿盘同时啮合时，端面齿相互支撑，在主轴工作过程中不断变化的负载仅会对齿根产生较小的冲击，从而可以传递很高的扭矩，同时使主轴头和壳体由轴承连接的薄弱环节变为刚性连接，满足强力切削的要求。
传递扭矩计算：
相关参数：夹紧油压P：20 kgf/cm2;大齿盘环形面积S：863.5cm2;
端齿盘齿型角β：60°;盘铣刀距主轴头回转距离L：230mm;
动齿盘外径D：600mm;动齿盘内径d：500mm;
大齿盘所受轴向力：Fa=P×S=169246N;
大齿盘所受切向力：Fu=Fa/tanβ/2=293320.6N;
可传递的扭矩：T= Fu×（D+d）/4=80663.16Nm。
3 结语
随着我国航空工业的快速发展，新材料的应用，特别是难加工材料零件的增多，对国产设备提出了更高的要求，而对机床的关键部件采取逐个突破的方法将有利于提高国产设备整机的性能，本文中的多齿盘定位夹紧机构配合大功率主轴头将为大幅提高切削速度，增大切屑深度和进给量的强力重切削提出一种解决方案。
国家科技重大专项资助项目（2013ZX04001081）
作者简介：
魏敏，男，1979年生，主要从事立式车铣复合机床、5轴联动机床的设计工作，工作单位：秦川机床工具集团股份公司。
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