卧式加工中心部件的结构分析及轻量化设计
卧式加工中心-主轴箱部件设计
前言机床工业是机械制造业的重要部门，肩负着为农业，工业，科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。
设计机床的目标就是选用技术先进，经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
随着科学技术不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速高柔性化和模块化方向发展。
本次毕业设计是针对于市场上应用广泛的卧式加工中心的设计。
此设计以典型卧式加工中心为参考，根据国家标准而设计的。
本人主要设计卧式加工中心主轴箱及其部件的设计。
保证在主轴高速运转下的稳定性、精度、刚度，合理选用轴承、电机和传动部件。
在保证箱体的实用性和安全性的前提下，尽可能节约材料来制造箱体、盖板、端盖。
为了保证准停装置和自动换刀的实现，采用气压限位装置来实现换刀，采用永磁铁和磁传感器来实现准停。
本设计鉴于是将要毕业的学生的我所做，可能会由于缺少实践经验和更多专业知识，会出现不严谨，不实际的错误。
望各位审批老师予以谅解并给予我更多的帮助！第一章课题介绍与分析1.1选题背景及意义1.1.1 国内外研究现状机床工业是机械制造业的重要部门，肩负着为农业，工业，科学技术和国防现代化提供技术装备的任务，是使现代化工业生产具有高生产率和先进的技术经济指标的保证。
设计机床的目标就是选用技术先进，经济效果显著的最佳可行方案，以获得高的经济效益和社会效益。
领先一步的机床制造商正在构想2011年的“加工中心”，它将是万能型的设备，可用于车、铣、磨、激光加工等，成为真正意义上的加工中心。
全自动地从材料送进，到成品产出，粗精加工、淬硬处理、超精加工，自动检测、自动校正，将无所不能。
设备将重视环保、节能，呈现出绿色制造业的标志。
21世纪时代特征的IT功能是绝对不可少的，设备将通过网络与外界交换信息，获得最新的技术成果，人类的智慧将在高科技产品加工中心上得到充分的展现。
数控技术经过50年的2个阶段和6代的发展：第1阶段：硬件数控（NC）第1代：1952年的电子管第2代：1959年晶体管分离元件第3代：1965年的小规模集成电路。
卧式加工中心设计
设计与研究卧式加工中心设计杨元芳（邹平县农机局，邹平256200）摘要：本文对一款卧式加工中心的设计过程进行了总结。
介绍了设计过程，分析了结构特点，列出了重要部分的计算过程，列出了产品的优点及达到的水平。
关键词：卧式结构特点计算过程本次设计的卧式加工中心以市场为导向，设计一款高精度、高性能、高附加值的精品产品。
本产品采用动柱式正T字形布局形式，立柱X向运动，主轴箱Y向运动，工作台Z向运动，主轴箱采用液氮平衡装置，床身为整体铸件，立柱、主轴箱、工作台在其上运动，交换工作台及刀库机械手固定在床身上。
1设计过程对国内外技术信息的搜集和了解，对市场上现有的同类机床进行调研和信息搜集、整理，确定设计任务书，确定产品的型号为HMC630高速卧式加工中心。
进行方案设计，提出设计难点，进行技术方案证，解决技术难点。
HMC630高速卧式加工中心，全方位体现出现代的加工中心机床对于高性能、高刚性、高速度、高精度和高可靠性的要求，整机结构紧凑，响应速度快，具有非常强劲的柔性加工能力。
2工作原理及主要技术特征2.1总体布局本机床采用动柱式正T字形的整体布局。
整体式床身、框式立柱、回转式双工作台交换装置形式。
框式立柱在床身上左、右往复作X向运动，主轴箱在框式立柱中上、下往复作Y向运动，工作台在床身上前、后往复作Z 向运动。
回转式双工作台交换装置位于床身上的前部，与床身固定为一体；链式刀库位于机床床身的左后侧，固定在机床基础上；机械凸轮式换刀机械手固定在刀库的前面，位于立柱的左前方；冷却、排屑装置位于机床左前部的下方；数控电气柜位于机床的右后侧，固定在床身上的专用支架上，旋转式数控操作面板位于电柜的前面；气动、润滑装置位于电柜下方防护的壁笼内；油冷机、液压站位于机床的后侧，固定在床身后侧的专用支架上。
2.2结构件床身、工作台、立柱、主轴箱和交换装置底座等基础件均采用树脂沙造型高强度铸铁。
经过铸件时效和粗加工后时效，两次时效处理消除应力，使铸件达到要求的应力稳定状态，保证大型基础件的尺寸和形状精度的稳定性。
卧式加工中心移动立柱的轻量化设计和拓扑优化分析
卧式加工中心移动立柱的轻量化设计和拓扑优化分析李永强【摘要】利用结构拓扑优化技术,实现了对卧式加工中心立柱的轻量化结构分析与设计.基于拓扑分析结论,按照结构优化设计的方法,提出了"去除立柱后方上部部分材料"和"立柱两侧适量减材"的两种轻量化设计方案.通过对以上两种方案各自模态数据的对比,得出立柱拓扑优化方案与原方案的对比结论,实现了利用结构拓扑优化的研究方法对机床典型支承件的结构轻量化设计及结构性能验证.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2018(031)003【总页数】4页(P46-49)【关键词】移动立柱;拓扑优化;轻量化设计【作者】李永强【作者单位】兰州理工大学技术工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TH9720 引言卧式加工中心具备在复杂零部件进行一次装夹后可完成几乎全部加工工序的功能，可以大幅度提高零件的生产效率和加工精度[1]。
作为一类重要的数控机床，其结构及工作性能不同于一般机床，在其设计要求和过程中都有一定特殊性[2]。
立柱是卧式加工中心的关键基础支承件，其结构尺寸及重量较大，而且承载着主轴系统，其本身的结构性能直接影响到整机的工作性能[3-4]。
对机床整机和立柱等支承件的结构设计和分析的核心的目的是通过动力学分析获得其静、动态特性参数，进而对其进行以轻量化为核心的结构优化，以提高其结构性能和质量[5]。
拓扑优化技术是目前应用较为广泛的结构优化技术之一，从目前的研究情况来看，利用该技术进行机械结构的性能分析和轻量化设计较为有效，但是拓扑优化技术不适应如立柱等结构过于复杂的机械形体，需在分析立柱基本结构的前提下对其进行相关等效处理，在利用拓扑优化技术在立柱轻量化设计和结构性能分析及验证方面做了相关的研究和对比，对比分析的结果表明对立柱等复杂零件的结构进行合理等效处理后，通过拓扑优化技术的应用在保持其既定结构性能的基础上实现了轻量化设计及验证。
卧式车铣复合加工中心有限元分析
占 总 变 形 量 比 重 ． 图 ５所 示 。 如 由 柱 状 图 可 知 ． 方 向 加 载 时 十 字 导 轨 的 变 形 量 Ｘ
３ 十 字 导 轨 静 刚 度 分 析
在 机 床 设 计 中 。 了 使 设 计 方 案 更 合 理 ， 能 满 足 为 更 实 际 需 要 ，有 必 要 对 机 床 使 用 中变 形 较 大 的 部 件 作 专
在 十 字 导 轨 部 位 ． 且 立 柱 和 螺 母 的 变 形 也 较 大 ． 区 并 但
别 于 轴 方 向 加 载 ，， ｌ１滚 珠 丝 杠 发 生 的 变 形 很 大 ， 仅 次 于 十 字 导 轨 。 当 沿 Ｚ 轴 方 向 加 载 时 ， 机 床 的 最 大 变 形 发生 在立 柱 ． Ｚ１滚 珠 丝 杠 、 字 导 轨 和 ｙｌ导 轨 的 变 十 形 量 基 本 相 同 。综 合 分 析 上 述 ｉ 种 加 载 情 况 下 机 床 各 部 件 在 总 变 形 量 巾 所 占 的 比 重 ， 以 得 出 ． 轴 轴 承 的 可 主 变 形 量 不 大 ， 字 导 轨 、 柱 和 螺 母 是 机 床 受 载 过 程 中 十 立 变 形 量 最 大 的 部 位 ， 设 计 中 需 要 重 点 考 虑 。 据 上 面 在 根
的变 形 。
参 考 文 献
［ ］ 杨 永 亮 ． 于有 限元 的 车 床 床 身 结 构 优 化 ［ ］ 大连 ： 连 １ 基 Ｄ． 大
理 工 大 学 ． ０ ６ ２０．
２ 林 有 希， 诚 辉 ， 济 众 ． 型 机 床 动 态 特 性 的整 机 有 限 元 ］ 高 高 大 分 析 ［］ 福 州 大 学 学 报 ， ０ ３ ２ ：９ ７ ． Ｊ． ２ ０ （ ）６ — ３ ［ ］ 王 世 军 ， 玉 美 ． 床 整 机 特 性 的有 限 元 分 析 方 法 ［］ 机 ３ 黄 机 Ｊ． 床 与 液 压 ， ０ ５ ３ ：０ ２ ． ２ ０ （ ）２ — ３
一种高速卧式加工中心的整机结构设计
一种高速卧式加工中心的整机结构设计摘要：高速加工中心高速、高效、高精、复合化的发展趋势对机床的设计理论、方法和技术手段等层面都提出了新的要求，本文以高速卧式加工中心传动系统设计过程中高速电主轴技术和高速进给系统设计为主要对象，在系统研究的基础上，对相关技术进行了分析。
关键词：高速卧式加工中心；结构设计；研究分析0 前言目前高速切削技术被认为是实现高生产率和高精度的关键制造技术之一。
而作为提供高速加工中心技术的主体目前运用于汽车工业、航空航天工业、模具制造业、精密加工、薄壁易变形零件、难加工的复合及合金材料等领域已开始广泛应用。
1 高速切削与高速加工中心概述高速切削以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征。
高速加工技术作为近年来迅速发展的一项高新技术，因其可以大幅度提高机床的加工效率、降低加工成本、提高零件的加工表面质量和加工精度—即提高生产率。
实现加工的高速性能最主要是对高速切削机床的研究和开发。
实现高速加工中心高速、高效、高精、复合化的发展趋势对机床的设计理论、方法和技术手段等层面都提出了新的要求。
从世界上的加工中心目前的发展趋势来看，主要向着高速、精密的方向发展。
以德国DMG 公司生产的高速立式加工中心为例，该加工中心的主轴转速高达42000r/min，快速移动速度可达到90m/min，体现了国际一流加工中心的水平。
与世界上的发达国家的数控加工技术中心技术研究相比，我国还处于较为落后的阶段，有着较大的发展空间。
目前国内加工中心机床的主轴转速在6000r/min 到16000r/min 的范围内，快速移动的速度在30m/min 到40m/min 的范围内。
综上所述国内与国外相比高速加工中心还存在着技术、产品性能上的落后，有关的结构设计的理论及技术研究还有缺乏之处。
2 高速卧式加工中心的结构布局分析对机床的形式进行选择，对机床的机构布置主要是对机床安排在各个的部件所在位置，并合理分配运动。
最新 卧式加工中心立柱结构分析与优选-精品
卧式加工中心立柱结构分析与优选立柱是卧式加工中心的重要组成部分，对机床整机的结构具有重要影响。
本文应用Pro/ENGINEER 软件建立三维模型，对卧式加工中心关键部件立柱的不同布筋方式进行了流体力学分析和有限元分析，比较不同筋板布置方案对立柱的影响，分析当前结构的合理性，提出结构优化方案。
一、引言HMC50m 是沈阳机床股份有限公司开发的一款中小型卧式加工中心，最适合零件多工作面的铣、钻、镗、铰、攻丝、二维和三维曲面等多工序加工，具有在一次装夹中完成箱体孔系和平面加工的良好性能，广泛应用于汽车、内燃机、航天航空等行业。
HMC50m 机床体整体结构紧凑，是比较典型的精密卧式加工中心。
机床的整体刚性不仅受机床整体结构的影响，更与机床的铸件结构有直接联系。
因此，在设计过程中对机床立柱采用了最优化设计方法，通过合理的结构程度和加强筋的搭配，实现尽可能低的重量承载最大的载荷。
二、机床主要结构及三维模型建立此款机床整机主体由床身、立柱、主轴箱、滑枕、刀库、工作台和交换站七部分组成。
纵横床身呈倒T 字型布局，立柱横向移动为X 轴，主轴箱纵向移动为Y 轴，滑枕前后移动为Z 轴。
立柱导轨采用平行等高布局，具有良好的刚性；工作台固定，并采用直接回转式双交换工作台结构，交换快捷；排屑器置于床身后部，床身中间采用冷却液冲刷方式排屑，减少机床热变形，利于提高精度。
总体结构布局的整机装配如图1 所示。
三、立柱的结构优化1. 立柱结构在铸造工艺上的优化机床的基础大件大部分是铸件，这些铸件对机床整体静态性能和动态特性有着密切影响。
铸件内部筋板的布局方面一定要合理。
首先，从铸造工艺方面考虑，铸件结构便于排沙，不能形成死腔结构；其次，避免材料堆积，因为材料堆积将导致在冷却过程中，铸件内部缩孔的形成和低应力的出现。
例如可以用T 型节点取代十字节点，运用环形设计代替多个筋板汇集一个节点以及不同厚度的筋板交汇采用渐变的筋板厚度均可解决此类问题。
卧式加工中心立柱有限元分析及轻量化设计
边界条件的确定是利用有限元方法进行静动态 特性分析的重要内容。边界条件包括约束边界条件 和载荷边 界 条 件。 在 静 力 分 析 中，可 对 立 柱 安 装 滑 块的四个 面 上 施 加 固 定 约 束 来 仿 真 实 际 的 约 束 情 况。切削力与 刀 具 类 型、工 件 材 料 等 有 关，根 据《金
0 引言
加工中心是用于加工箱体类零件的一种通用性 很强的切削 加 工 机 床，它 可 以 对 箱 体 类 零 件 进 行 平 面铣削、曲 面 铣 削、钻 孔、扩 孔、攻 丝、绞 孔，镗 削 加 工，甚至可 对 工 件 进 行 形 状 和 位 置 公 差 测 量［1］。 加 工中心的出现是制造技术发展过程中的一个重大突 破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。
图 3 立柱变形云图
图 4 立柱应力云图
由图 3 可知，立柱的最大变形量不到 3μm，并且 发生在立柱的顶部，而不是与主轴箱接触的导轨上， 故刀具上的变形要远小于 3μm，而且加工中心实际 工作过程中，精加工的切削载荷明显小于实验载荷， 同时可以通 过 改 善 切 削 参 数 来 提 高 切 削 精 度，所 以 立柱的变形量在许可范围之内。由图 4 可知，立柱
图 1 卧式加工中心实体模型
卧式加工 中 心 为 移 动 立 柱 型 结 构，主 要 适 用 于 加工箱体类零件。滑台沿着床身运动实现 X 向运 动，主轴箱沿着立柱运动实现 Y 向运动，立柱沿着滑 台运动实现 Z 向运动。加工中心顶部安装有直线式 刀库，可快速换刀，实现工件孔系的高效加工。立柱 是该卧式加 工 中 心 的 关 键 连 接 部 件 和 承 载 部 件，其 静动态性能将影响加工中心的加工精度。
立柱存在对应于其固有频率的无限多个模态， 高阶模态在振动中起的作用较小。根据分析精度要 求，模态分析主要集中在影响较大的低阶模态上［7］。 利用 ANSYS Workbench 对立柱进行模态分析，前处 理与静态结构分析相同，且不加载荷，得到其前四阶 振型图，如图 5 所示。
精密卧式加工中心典型结构的分析
精密卧式加工中心典型结构的分析摘要：随着工业技术的不断发展，以及各行各业对精密卧式加工中心的不断需求，对精密卧式加工中心的结构也提出了更高的要求。
文中总结分析了精密卧式加工中心的结典型构。
关键词：卧式加工中心；典型结构卧式加工中心通常具有X、Y、Z、B四个坐标轴，配有可进行回转运动的方形或圆形工作台，工作台通常设计为双交换形式，在对加工区零件进行加工的同时，还可以对位于前工位的零件进行装卸，具有辅助时间短、加工效率高等特点，适合加工各类箱体类零件。
卧式加工中心的分类方法多种多样，按主轴箱分：主轴箱侧挂，主轴箱正挂；按立柱分：动立柱，固定立柱；按机床床身形状分：正T，倒T；按进给轴分：Z轴工作台进给，Z轴立柱进给，Z轴滑枕进给。
多种卧加结构形式，哪种结构最先进，哪种最有优势，往往众说纷纭。
本文仅从进给轴分类来论述几种典型卧加结构的优缺点。
1.精密卧式加工中心组成部分精密卧式加工中心的组成类似于普通卧式加工中心，其主轴是水平设置的。
一般有3～5个坐标轴，常配有一个回转轴（如回转工作台，即B轴）和一个摆动轴（如摆头，即A轴），广泛应用于汽车发动机缸体、缸盖、变速箱壳体等箱体类零件的加工。
五轴精密卧式加工中心，在回转工作台上装夹一次工件，即可对箱体顶面和四个侧面进行铣、镗、钻等加工，能够保证较高的尺寸和位置精度，也可作联动加工复杂的空间曲面，如机翼副翼等。
精密卧式加工中心的结构主要由以下几个部分组成。
（1）支撑件卧式加工中心的支撑件主要是床身、底座、立柱、横梁、工作台、箱体等尺寸和重量较大的零件，通常也称为机床关键件，是机床的基础件。
其主要功用是支撑和联接其他零部件，承受部件及工件的重量、切削力、摩擦力、夹紧力等静、动载荷，并保持各部件之间具有正确的相互位置和相对运动关系，因此须有足够的刚度，从而保证机床的加工精度和表面质量。
（2）主轴组件主轴组件主要由主轴、主轴支撑及安装在主轴上的传动件组成。
主轴组件应能长期稳定地保持所需要的工作精度，要有足够的刚度、较高的抗震能力、良好的热稳定性，同时主轴组件还要有较强的耐磨性。
卧式加工中心总体及主轴组件的结构设计毕业设计[管理资料]
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加工中心总体及主轴部件结构设计摘要加工中心由于备有刀库并能自动更换刀具，使得工件在一次装夹中可以完成多工序的加工。
加工中心一般不需要人为干预，当机床开始执行程序后，它将一直运行到程序结束。
加工中心还赋予了专业化车间一些诸多优点，如：降低机床的故障率，提高生产效率，提高加工精度，削减废料量，缩短检验时间，降低刀具成本，改善库存量等。
由于加工中心的众多优势，所以它深受全球制造企业的青睐。
加工中心主要由主轴组件、回转工作台、移动工作台、刀库及自动换刀装置以及其它机械功能部件组成。
其中的主轴组件是机床重要的组成部分，其运动性能直接影响机床加工精度与表面粗糙度。
本文在查阅大量国内外文献的基础上，通过研究分析不同加工中心主轴组件的性能，综合地比较了其特点，并拟定了一个较为合理的主轴组件结构方案。
同时，还就主轴、轴承以及丝杠等重要零件的机械性能进行了探讨，并对这些零件的刚度和强度进行了校核。
此外，本设计中所采用的陶瓷轴承能有效地增加主轴的刚度，从而提高了加工中心的可靠性和稳定性。
关键词：主轴部件，加工中心，数控机床，刚度，强度STRUCTURE DESIGN OF HORIZONTAL MACHINING CENTER AND SPINDLE UNITABSTRACTMachining center evolved from the need to be able to perform a variety of operations and machining sequences on a workpiece on a single machine in one setup. Machining center requires little operator intervention, and once the machine has been set up, it will machine without stopping until the end of the program is reached. Some of the other advantages that machining centers give a manufacturing shop are greater machine uptime, increased productivity, maximum part accuracy, reduced scrap, less inspection time, lower tooling costs, less inventory and so on. Because of their many advantages, machining centers become widely accepted by manufacturing enterprises in the world.Machining centers are equipped with spindle units, rotary workbench, moving workbench, tool magazines and automatic tool changers, and other mechanical function components. Spindle unit is the important motion part of the metal cutting machine tool. Its movement behavior affects the machining accuracy and surface roughness of part to be machined. Through referring to a variety of technical literatures, the characteristics of some kinds of spindle units are compared with each other based on analysis and research work on different machining centers. A reasonable scheme can be studied out. Meanwhile, the mechanical behaviors of principle parts such as the spindle, bearings and lead screw are discussed. Their rigidity and strength are calculated and examined here. Morever, a kind of advanced ceramic bearings is introduced into the spindle unit, which can effectively enhancethe rigidity of spindle units. They will improve the reliability and stability of machining centers.KEY WORDS：spindle unit，machining center，NC machine tool ，Stiffness， Intensity目录前言 (1)第1章加工中心总体布局方案的拟定 (2)§机床总体设计 (2)§主轴设计的技术指标 (5)§主轴设计拟解决的关键问题 (5)§解决上述问题的策略 (6)第2章主轴设计方案拟定 (8)§加工中心主轴组件的组成 (8)§机械系统方案的确定 (9)§主轴传动机构 (9)§主轴准停机构 (9)§刀具自动夹紧机构 (10)§切屑清除机构 (12)§伺服驱动系统方案的确定 (12)§加工中心主轴组件总体设计方案的确定 (14)第3章主轴部件的主运动组件 (15)§主轴电动机的选用 (15)§主电机功率估算 (15)§主电机选型 (16)§主轴 (17)§主轴的结构设计 (17)§主轴受力分析 (19)§主轴的强度校核 (23)§主轴的刚度校核 (25)§主轴组件的支承 (26)§主轴轴承的类型 (26)§主轴轴承的配置 (26)§主轴轴承的预紧 (26)§主轴支承方案的确定 (27)§轴承的配合 (27)§主轴轴承设计计算 (27)§同步带的设计计算 (29)§主轴组件的润滑与密封 (34)§键的设计计算 (35)§主轴上的键 (35)§主电机上的键 (36)结论 (37)参考文献 (38)致谢 (39)前言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展高新技术产业和尖端工业（如：信息技术及其产业，生物技术及其产业，航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。
精密卧式加工中心设计研究(三)——立柱部分
精密卧式加工中心设计研究（三）——立柱部分一、引言在保证大功率、高扭矩的前提下提高主轴转速、切削速度和机床快移速度，缩短机床加工和辅助时间，是提高卧式加工中心加工效率的关键。
因此，作为移动部件的机床立柱设计非常重要。
本文以HMS125b 型卧式加工中心的立柱设计为例，详细阐述了立柱设计中相应的理论计算和实际经验。
HMC125b 型加工中心机床总体设计布局为横、纵分体铸造床身结构。
立柱为铸铁龙门框形结构，受力均匀；滚珠丝杠带动主轴箱沿立柱导轨上下移动，主轴位于立柱两导轨中间。
主轴箱的平衡通过安装在立柱上的油缸和钢丝绳共同完成。
二、立柱参数的设定HMC125b 卧式加工中心工作台为1250×1250mm，主轴最大抗力10000N，快移24m/min，X 轴即立柱加速时间0.2s。
驱动电机：德国西门子1FT6 108-8AF71 型。
额定扭矩：37Nm。
静态扭矩：70Nm。
最大扭矩：220Nm。
额定转速：3000rpm。
额定转动惯量：260×10-4kg·m2。
三、丝杠的选择1. 螺纹直径、导程、螺母的选择本机床设计最大移动速度24m/min，经过减速箱（降速比i=3）的减速后，与滚珠丝杠连接。
根据同类机床比较，丝杠轴径为d=63mm，导程为Ph=25mm。
由此推导，丝杠螺纹长= 行程+ 螺母长+ 冲程+ 端边限度=1600+272+80X2+1209=3900mm。
丝母选择凸缘双螺母外循环TDB-U 6325 型。
2. 精度的选择丝杠精度：0.023mm/300，ISO5。
3. 确定螺纹轴的预压力丝杠预压力：F= △ l×ks= △ l×Eπd32/4L。
式中，F 为预压力，单位为Kg；ks 为螺纹轴轴向刚性；E=2.1×105N/mm2；d3=55.2mm；L=2271mm；F=（0.142×2.1×105π×55.22）/（4×2271）=2.2×104N。
卧式加工中心的基本结构
卧式加工中心的基本结构卧式加工中心是一种常见的高精度加工设备，它可以进行复杂的切削加工，尤其适用于金属、塑料等材料的雕刻、镂空和平面加工等。
本文将介绍卧式加工中心的基本结构和主要部件。
1. 基本结构卧式加工中心的基本结构分为三部分，分别是机身、工作台和刀库。
1.1 机身卧式加工中心的机身是整个设备的主要组成部分，主要承载工作台和尾座。
机身一般采用铸铁或整体切削铝合金制造，具有良好的刚性和稳定性，并能有效降低振动和噪音。
1.2 工作台工作台是卧式加工中心上的重要部件，用于夹紧工件进行切削加工。
工作台分为固定式和移动式两种，其中固定式工作台适用于小型和中型的工件加工，移动式工作台则适用于大型和重型零件的加工制造。
1.3 刀库卧式加工中心的刀库是储存刀具的地方。
刀库通常设在机身侧面，包括多个刀柄和刀台，可存放多种不同形状和尺寸的刀具。
这样可以让加工效率更高和更快速。
2. 主要部件除了上述三个组成部分之外，卧式加工中心还有其他的一些主要部件，下面将简要介绍。
2.1 主轴箱主轴箱是卧式加工中心的关键部件，带动刀具进行加工切削。
通常情况下，主轴箱由电机、轴承、伺服电机和主轴等部件组成。
具有可调整转速、输出扭矩大、寿命长等特点，能够满足多种不同需求。
2.2 关节箱关节箱是卧式加工中心上另一个非常重要的部件，用于控制工作台和主轴的位置和运行状态。
一般情况下，关节箱包括多个运动部件和传动元件，可控制工作台和主轴的转动、上下移动等运动。
同时，关节箱还配备了多轴控制、PLC控制系统等流行技术，以提高加工质量和效率。
2.3 自动换刀器自动换刀器是卧式加工中心的重要附属设备，其作用是实现在加工过程中自动更换不同类型或不同直径的切削刀具，从而极大地提高了加工的效率和稳定性。
自动换刀器可以实现快速、准确的刀具切换，加工成本更低，并且可以避免人为因素导致的工具磨损和切削不良等现象。
3. 结论总的来说，卧式加工中心是一种高效、高精度的加工设备，主要由机身、工作台、刀库等组成部件和主轴箱、关节箱、自动换刀器等主要部件组成。
TH6340卧式加工中心结构简介
TH6340卧式加工中心结构简介TH6340卧式加工中心是我厂在批量生产加工中心的基础上吸收消化国内外先进技术自行研制的一种全功能型卧式加工中心,其最大特点是刀库容量大、换刀速度快、主轴转速高、三轴快速移动快,从而实现了快速切削,提高了加工效率。
具有高速钻削、铣削、镗削、刚性攻丝功能。
适合于航天航空、汽车机车、仪器仪表、轻工轻纺、电子电器、小型模具等各种机械制造业, 可用于中小批量、多品种生产,更适合于连机组成加工制造线进行大批量生产。
总体布局和主要部件的结构特点1.机电一体化布局, 结构紧凑,造型美观 ,操作方便 ,采用先进的电子技术与机械装置实现最佳匹配,可靠性高,使用维修方便。
使用进口台湾数控回转工作台，工件可在一次装夹后完成多个侧面、多工序的加工；2.采用柱动式结构,三坐标运动集中在机床后部的立柱上,对前部工作台的限制要求很小,适合连机组成加工制造线；3.机床由底座、立柱、滑座、回转工作台、主轴箱体、主轴部件、刀库部件、主传动系统、进给传动系统、润滑系统、液压系统、气动系统、冷却系统和排屑系统等组成；4.机床的基础件底座、立柱、滑座、均为优质铸铁件,高刚度结构,抗震性能良好。
5.三个坐标方向导轨均采用高刚度滚动导轨,三轴进给传动均采用精密滚珠丝杠螺母副,摩擦阻尼小,定位精度高、精度保持性、稳定性好、各部件运动灵敏,机床整机动静态特性优良。
6.进给驱动采用进口高性能交流(AC)伺服电机, 通过无隙联轴器与丝杠连接，减少了传动误差和反向间隙，由于对滚珠丝杠副进行了预拉伸，并选用支撑滚珠丝杠的专用轴承，使传动精度高，刚性高、定位精度高；7.主轴传动系统采用进口交流伺服主轴电机驱动,主轴功率为11/15KW，主轴转速高,转速范围达60-6000rpm/min，无级变速范围大,低速扭矩大,恒功率区宽,用S功能直接设定主轴转速,其转速增量达1转/分。
因而可按刀具和工件材质选择最佳切削条件。
8.采用进口台湾主轴，轴承排列合理，前、后轴承均采用SKF滚柱轴承支撑，提高了主轴刚性和稳定性，可以进行大扭矩强力切削；采用高性能油脂密封润滑，温升低，噪声小。
动柱式卧式加工中心结构设计
动柱式卧式加工中心结构设计简介现有技术中具有如下的工作机械：将沿前后方向的Z轴方向滑动的立柱设置在基座上，并且，将主轴台以能沿上下方向的Y轴方向滑动的方式设置在该立柱上。
基于图2对于这种工作机械51进行说明。
图2中，X轴、Y轴以及Z轴为相互正交的轴，X轴方向为左右方向，Y轴方向为上下方向，Z轴方向为前后方向。
工作机械51中，轨道部件53、53以沿Z轴方向延伸的方式设置在基座52上，立柱54 以可沿Z轴方向移动的方式安装于轨道部件53、53，具有主轴57的主轴台56以可沿Y轴方向滑动的方式设置在立柱54的前表面。
在采用工作机械51进行加工时，会使主轴台56沿Y轴方向移动。
然而，越使主轴台56朝上方滑动，立柱54的重心也就越朝上方移动，因此，存在立柱54的刚性和稳定性降低的问题。
虽然也能通过提高立柱54自身的刚性来解决该问题，但这样的话，会出现导致立柱54 的质量增大、使工作机械51整体大型化、用于驱动立柱54的电动机等也必须大型化等问题。
动柱式卧式加工中心结构设计将用于设置支承体的被支承部设置在支承体上的主轴台的上下移动范围内的高度位置，以比现有技术更靠上的位置将支承体支承于引导部件，因此，在使主轴台朝支承体的上方侧移动时，从支承于引导部件的位置到主轴台的位置的高度距离变短。
因此，在不会使支承体的质量增大的情况下就可抑制因重心朝上方移动而引起的支承体的刚性和稳定性的下降。
此外，还能使支承体的质量比现有技术小，可实现工作机械的小型化，还可提高支承体的输送速度和加速度等，可实现效率良好的加工。
并且，述基座以隔开预定间隔的方式立设有一对壁部，因此，基座上下方向的厚度会增加，还能提高基座的弯曲刚性。
1：工作机械；2：基座(bed)；2a：壁部；3：Z轴轨道(引导部件)；4：立柱(支承体)；5：Y 轴轨道；6：主轴台；7：主轴；8：X轴轨道；9：载物台(table)；11：凸缘部(被支承部)X轴、Y轴以及Z轴为相互正交的轴，X轴方向为左右方向，Y轴方向为上下方向，Z轴方向为前后方向。
卧式加工中心的基本构造
卧式加工中心的基本构造卧式加工中心是一种高精度、高效率的机床，广泛应用于航空、航天、汽车、模具等领域。
它的基本构造包括机身、主轴、工作台、刀库、控制系统等几个部分。
机身部分卧式加工中心的机身通常采用铸铁或钢板焊接而成，具有高强度、高刚性、高稳定性等特点。
机身上设有导轨、滑块、螺杆等零部件，用于支撑和传动主轴、工作台等部件。
机身的结构设计直接影响到机床的精度和稳定性，因此在制造过程中需要严格控制加工精度和表面质量。
主轴部分卧式加工中心的主轴是机床的核心部件，它负责驱动刀具旋转，完成加工任务。
主轴通常由电机、轴承、主轴箱等部件组成。
电机提供动力，轴承支撑主轴，主轴箱则起到密封和冷却的作用。
主轴的精度和稳定性对加工质量和效率有着至关重要的影响，因此在制造过程中需要采用高精度的加工工艺和材料。
工作台部分卧式加工中心的工作台是用于固定工件和进行加工的部件。
工作台通常由工作台底座、工作台面、T型槽、定位孔等部件组成。
工作台底座用于支撑工作台面，T型槽和定位孔用于固定工件和刀具。
工作台的精度和稳定性对加工质量和效率也有着重要的影响，因此在制造过程中需要采用高精度的加工工艺和材料。
刀库部分卧式加工中心的刀库是用于存放刀具的部件。
刀库通常由刀库底座、刀位、刀杆等部件组成。
刀库底座用于支撑刀位和刀杆，刀位用于存放刀具，刀杆用于固定刀具。
刀库的设计直接影响到机床的换刀速度和刀具存储量，因此在制造过程中需要根据加工需求进行合理的设计和布局。
控制系统部分卧式加工中心的控制系统是用于控制机床运动和加工过程的部件。
控制系统通常由数控系统、伺服系统、传感器等部件组成。
数控系统负责编程和控制机床运动，伺服系统负责驱动机床运动，传感器负责检测机床状态和工件位置。
控制系统的精度和稳定性对加工质量和效率也有着重要的影响，因此在制造过程中需要采用高精度的控制器和传感器。
总结卧式加工中心的基本构造包括机身、主轴、工作台、刀库、控制系统等几个部分。
卧式加工中心的基本构造
卧式加工中心的基本构造
卧式加工中心是一种高精度、高效率的加工设备，其基本构造包括机床主体、主轴、刀库、刀具和控制系统等部分。
机床主体是卧式加工中心的基础结构，其主要由床身、工作台、立柱和横梁等部分组成。
床身采用优质铸铁材料铸造而成，具有足够的刚性和稳定性。
工作台可以进行三维运动，并且可以承受较大的负荷，以保证加工精度和效率。
立柱和横梁则起到支撑和稳定的作用。
主轴是卧式加工中心的核心部件，其主要由主轴箱、主轴头和主轴马达等部分组成。
主轴箱是主轴的安装和固定部位，主轴头则是刀具的安装和固定部位。
主轴马达则是驱动主轴旋转的动力源，其性能和质量的好坏直接影响加工效果。
刀库是卧式加工中心的重要组成部分，其主要功能是存放和更换刀具。
刀库的种类和规格不同，可以根据不同的加工需求进行配置选择。
刀具则是卧式加工中心的加工工具，其种类、尺寸和形状也不同，可以根据不同的加工任务进行选择。
控制系统是卧式加工中心的大脑，其主要由数控系统、伺服系统和传感器等部分组成。
数控系统是实现加工程序自动化控制的核心部分，可以根据用户需求进行编程和操作。
伺服系统则是控制各个轴的运动和精度控制的重要组成部分。
传感器则可以实时监测机床的运行状态，以保证加工的精度和质量。
卧式加工中心的基本构造是相当复杂的，需要各个部分的协同工作才能实现高精度、高效率的加工任务。
了解和掌握其基本构造，可
以更好地进行加工操作和维护保养工作。
HMC40d高速卧式加工中心回转工作台结构设计
HMC40d高速卧式加工中心回转工作台结构设计传统卧式加工中心通常是体积大、动作慢且适合单机加工，严重影响厂房内部布局及整体加工效率，为开拓高端市场，增加零件加工种类范围，自主设计研发小型高速卧式加工中心，占地小，整机吊装，高速动作节拍快，适合与其他设备组成生产线批量加工，为满足整机设计要求，设计研发可给自动液压夹具中心通油的回转工作台，机械零件全部自制，自主安装调试，性能可靠。
1.加工中心整体结构如图1所示，加工中心总体设计布局为纵、横T字形床身，立柱横向移动，滑板上下移动，主轴箱前后移动，具有刚性良好、受力均匀、热平衡性好和精度稳定等优点，具体结构尺寸及性能参数见表1。
图1加工中心整机外观表1机床技术参数表整机外观长/mm 4 300整机外观宽/mm 2 200整机外观高/mm 2 700X轴行程/mm600Y轴行程/mm500Z轴行程/mm450B轴（°）1×360三轴加速度/（m/min）602.工作台结构及原理设计（1）工作台整体结构图2所示为传统工作台内部结构，工作台采用四点接触球轴承支撑实现回转动作，心轴中只有两路油路，用于工作台板的升起下降及锁紧，无法实现液压油液从工作台底部经过工作台中心通向夹具。
图2传统工作台内部结构1—工作台板2—定心套3—旋转格莱圈4—上齿盘5—下齿盘6—转台轴承7—活塞8—液压缸9—液压缸端盖10—蜗轮11—心轴12—底座13—蜗杆全新设计牙盘式回转工作台如图3所示。
图3全新设计工作台内部结构原理1—定位板2—工作台板3—定心套4—旋转格莱圈5—上齿盘6—下齿盘7—转台轴承8—活塞9—液压缸10—液压缸端盖11—蜗杆12—心轴13—蜗轮14—底座B轴电动机通过联轴器与蜗杆相连，驱动蜗轮转动，蜗轮与液压缸通过螺栓刚性联接，液压缸与活塞可沿轴向相对移动，之间通过8个销轴导向相连，当液压油进入液压缸升起腔后，液压缸将工作台板顶起，上齿盘跟随台板浮起并与下齿盘分离，工作台板即可执行旋转动作，在推力/向心角接触球轴承YRT200的协助下，液压缸通过销轴带动活塞和工作台板旋转，达到预定角度后，液压缸升起腔油液排出，同时下降腔进入液压油液，带动工作台板下降，最后上下齿盘完好啮合，并用液压油持续输出压力，保证台板定位准确，其主要技术参数见表2。
浅谈卧式加工中心数控机床结构
浅谈卧式加工中心数控机床结构发布时间：2021-04-02T14:10:34.230Z 来源：《科学与技术》2021年1月1期作者：祝勇隋国鑫[导读] 卧式加工中心数控机床是现代制造业中应用非常广泛的设备之一，祝勇隋国鑫沈阳机床（集团）有限责任公司，辽宁沈阳 110142摘要：卧式加工中心数控机床是现代制造业中应用非常广泛的设备之一，卧式加工中心具有多样性的结构布局形式，文章从工作中接触的卧式加工中心结构的布局形式进行简要的介绍和优缺点分析，为用户在卧式加工中心品牌的选择上提供浅薄的参考建议。
关键词：卧式加工中心、结构布局、优缺点分析。
1.前言卧式加工中心数控机床是当前装备制造设计和应用的热门产品，卧式主轴利于排屑，一次性装夹，多工位加工，多工序加工，应用灵活和便于配备生产线等优势，在机床设备行业的生产中有着举足轻重的影响力，卧式加工中心数控机床已经被广泛应用于航空航天、汽车、军工、科研、精密仪器、纺织、石油等领域。
随着卧式加工中心数控机床制造技术的不断发展，卧式加工中心的结构布局形式种类多样，本文主要围绕四大类型结构布局形式论述。
2. 定柱十字滑台结构结构布局为立柱定于床身上形成机床的基础固定框架，运动形式为主轴箱沿立柱导轨上下做Y轴垂直运动，工作台在床身上沿X、Y轴水平方向移动。
国内早期此结构布局在卧式加工中心的应用以青海第一机床厂机为代表，代表机型为XH775G。
属于国产早期且技术比较成熟，近几年，国内一些其他机床厂商也主推此结构布局产品，南通国盛机床有限公司推出的HME系列卧加产品，浙江日发精密机械有限公司推出的RFMH系列卧加产品。
图1 定柱十字滑台结构此结构布局优点是结构紧凑，技术成熟，结构简单，占地面积小，易于装配，制造成本较低等。
在被加工零件尺寸和零件重量较小的情况下，十字滑台结构机床的驱动点与各传动部件的重心距离较近，在加工过程中的切削力与各运动轴加减速产生的惯性力对驱动点的扭矩较小，移动部件和被加工零件的变形相对也较小，使机床易于达到高精度和高动态性能。
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２ １ 年第 １ ０１ 期
刚度不 足 ，同时通过 其他两 阶振 型动画还 得知滑 鞍
的单侧 的抗弯 刚度 刚度 不足 。再者 ，在导 轨 的安 装
蠢
（）第一阶振 型（４ ９ ） ａ ８． ９ Ｈｚ
槽处存 在一些较 深 的沟 槽 ，会 削弱滑 鞍 的静 强度 。 考 虑到滑鞍 上还 需布置其 他辅助 装置 ，最终确 定 将 滑 鞍 的 宽 度 由 原 来 的 １１０ ｍｍ 拓 宽 至 ０
１ ０ ｌ ， ０ ｎ ｌ 同时对于靠近导轨安装槽 处的壁 厚适 当加 ３ ｒＴ
大， 改进之后 的滑鞍通过分析均满足静动态性能要求 。 ２ 滑鞍 轻量 化设计 由 于 滑 鞍 的 结 构 加 宽 之 后 总 体 质 量 约 有
２４ ０ｋ ， 不到快 速移动 的要求 ， 以还必 须对其 ０ ｇ 达 所 进 行轻量 化设计 。轻量 化设计 的原 则就是在 结构满
的依据 。
忙
围
２ ２ 滑鞍结构拓扑优化分析 ．
为验 证上 述分 析结 果 ，对 滑 鞍结构 进行 了拓 扑
２ ５ ２６ ２ ７ ２８ ２ ９ ３０
优化 分 析 。即在保 证 结构 刚度最 大化 的前提 之下 ，
滑鞍 的质 量减 轻 ５ １ ％。分 析结 果如 图 ９所 示 。 ％～ ０
通 过 改 进 之 后 ，滑 鞍 的 总 体 质 量 由 原 来 的
横 向筋 板 厚度 ｈ ｍｍ ２／
２３ ０ｋ ０ ｇ减轻 到 １９ ０ｋ ，质 量减 轻近 ２ ％，其结 ０ ｇ ０ 构 的静 动态 性 能均 满足 设计 要求 。改进之 后 的滑 鞍
图 ８ 筋板厚度 ｈ 变动对各阶 固有频率 的影响 ２
瓣
骚
固
来 的 ２ ｌ１ 为 ２ ／ ； ５ ｌ减 ｎｉ ０ｉ ／ ｎ１
（ ）为便 于清砂 ，在 滑鞍 的所 有侧 面 （ 近滑 ２ 贴
轨 的侧 面 除外 ）均匀 开孔 ，孔 径为 １０ ｒｌ，从而 ５ ｎ ｌ Ｙ
实现每 个 小空腔 都便 于清 砂 。
２ ０ ２ １ ２３ ２４ ２５
何改进 滑鞍第 一阶模 态 的变 形情况 是其 结构改进 的
重点 。通 过查 看滑鞍 第一 阶振型动 画可 以得知 主要
变形 为滑鞍框 架整体 右移 ，而且变 形量较 大 。主要 原因在 于滑鞍 的宽度 不够 ， 以至于对 于 中面 的抗 弯
０ ２ ５
２ ６
２ ７
２ ８
２ ９
３ ０
足 各个静 动态性 能要求 的前提之 下 ，其总体 质量应 该越 轻越 好 。 滑鞍 外观尺 寸既 定的前提 下 ，只 能通过 改变其 内部结构 尺寸来 达到减 轻质量 的 目的。滑鞍 内部主 要 结构尺 寸为滑 鞍壁厚 ｈ 导轨 安装侧 壁厚 除外 ） ｌ（
和 横 向筋 板厚度 ｈ ，改变这两个 参数对 滑鞍质 量具 ２ 有较 大影 响 。当这两个 参数变动 时需要 对滑鞍 的静
２ ３ 提 出结构 改进方案 ．
通 过 以上分 析 ，综合滑 鞍 部件 的铸造 工艺 性能
和 结构 美观 性 的要 求 ，确定 以下的结 构改进 方案 ： （ ）滑鞍 的壁 厚 （ 近 导轨侧 的壁厚 除外 ） 由 １ 靠
原 来的 ３ ｎ 减 为 ２ １＂ 内部 横 向筋板 厚度 由原 ０ｒ ｌ ｎ ５１３， １１ １
图 ７ 筋板厚度 ｈ 的变动对各方 向变形 的影 响 （ － 向变 形； ｌ ＿ ｒ ｙ向变形 ； ＿ —＿ 向变形 ） ｚ
分析 结果表 明 ，滑鞍 结构 多余 的部 分主要 集 中 在 滑鞍 壁厚 和 内部横 向筋 板处 ，这 与上 面滑鞍 结构 参 数对 其性 能影 响 的分析 结果基 本相 符 。
滑 鞍壁 厚 ｈ／ ｉ ｍｍ
图 ６ 滑鞍 壁厚 ｈ 变动对各 阶固有频率 的影响 一 （ １ 第一阶 ；Ｆ 一第二阶 ；Ｆ 一第三阶 ） Ｆ一 ２ ３
Ｉ
＼
龄
墨
艋 ●
２ ０
２１
挖
２ ３
２ ４
２ ５
图 ９ 滑鞍 的拓扑优化分析 （ 红色部分为去掉部分 ）
筋板 厚度 ｈ ｍ ２／ ｍ
滑鞍 壁厚 ｈ／ ｍ 】ｍ
图 ５滑鞍 壁厚 ｈ 变动对滑鞍各阶固有频率的影响 。 （ Ｘ－ 向变形：ＵＹＹ向变形 ；Ｕ － Ｕ Ｘ － ＺＺ向变形 ）
３０
李
彬 等Biblioteka 卧式加 工 中心部 件 的结构 分析 及轻 量化 设计
从上面 分析 的结果可 １ 蚴 ｉ 眦 吣 ∞ 佗 伫 ∞ 以看 到 ，改变滑 鞍壁 厚 ｈ 耋
猢
∞
和 内部横 向筋 板厚度 ｈ分别对 滑鞍 的静态 性 能和动 ： 态 性 能影 响甚微 ，也 就是 说在 滑鞍 的静动 态性 能均
满 足要 求 的前提 之下 ，滑 鞍 的壁厚 和横 向筋板 厚度
猢
罨
褂
均 可减 轻 ５ ｒｒ，这就 为其 轻量 化 设计提 供 了重要 ｎｎ
０
０
动 态性 能进 行灵 敏度分 析 ，以确 保结 构安全 。
０
６
２ １ 滑鞍结构性能的灵敏度分析 ．
分析 说 明如 下 ：
（ ）滑鞍 壁厚 ｈ 的初 始设计 厚度 为 ３ ｌ３ １ ｌ ０ｒｎ，变 ｌ
（）第 二 阶 振 型 （８ ．７ ） ｂ １０６ Ｈｚ
动 范围 为 ２ ￣３ ｌ； 向筋板厚度 ｈ 初始 设计厚 ５ ０ｎ ｌ横 ｒＴ ２ 度 为 ２ ｒ ５ｍｌ，变动 范 围为 ２ ￣２ ｌ ０ ５ｍｍ，每次变 动量
（ １ 第一阶 ；Ｆ 一 第二阶；Ｆ 一 第三阶 ） Ｆ一 ２ ３
为 Ｏ５ ｎ ｌ ．ｌｎ。
（ ）分 析 的结 构性 能指标 为前 四阶固有频 率和 ２ 各方 向静切 削力变 形 ； 分析 结果如 图 ５ 、７ 、６ 、８所示 ：
Ｉ
（）第三 阶振型（９ ．９ ） ｅ １１ ３ ｎｚ 图 ４ 滑鞍前三阶振型 图
艋
由于整机 最高工 作频率 不超 过 ８ ，所 以如 ０Ｈｚ