一种卧式五轴加工中心的结构特点与技术性能

　1 引言

　　近年来，钦合金材料在现代飞机中所占比例不断增加，尤其是在高性能战斗机中，其所占比例已高达40%。传统采用低速大扭矩机床，低转速大切深加工钦合金的方法，加工效率极为低下，已不能满足现代航空制造企业的要求，并将成为新一代战机研制和批量生产的瓶颈。钦合金的高效加工问题已成为当今数控加工行业的研究热点，而高效加工设备、高效加工刀具和高效加工工艺是实现钦合金高效加工的关键技术。就加高效工设备而言，目前，具有高刚性、大扭矩、高精度、高速度的卧式五轴加工中心机床以其排屑方便、高加工精度、高加工效率和高设备利用率等特点，成为钦合金航空结构件的重要加工设备。

当前，国内航空制造企业已经开始采用卧式五轴加工中心加工钦合金航空结构件，但此类设备设计制造难度较大，国内研究起步较晚，目前，尚无国内机床制造厂家能够生产此类机床，全部依赖进口，价格昂贵，供货期长，维修、服务困难，且经常受到发达国家的技术限制和封锁。为此，沈阳某(集团)有限责任公司联合国内某航空制造企业，针对其典型航空结构件的加工特点和工艺需求，开发研制了HMS125u型卧式五轴加工中心机床。该机床具有高刚性，大扭矩，高精度，高速度，主轴摆角范围大，五轴联动等特点，能够满足以钦合金、合金钢等难加工材料制成的各种复杂型面航空结构件的高效、高精度加工的要求。

2 机床的总体结构布局

　　HMS125u型卧式五轴加工中心主要由横床身、纵床身，立柱，回转工作台，摆头，双交换工作台，自动换刀装置，液压、气动、冷却及润滑系统，电气系统以及全封闭防护间等部分组成。

　　机床总体布局为横、纵床身组成T字型结构，回转工作台在横床身上左右运动(X轴);立柱在纵床身上前后运动(Z轴);摆头由沿立柱上下运动(Y轴);旋转主轴箱由A轴伺服电机驱动，绕X轴轴线连续摆动(A轴);回转工作台由B轴伺服电机驱动，绕Y轴轴线做连续回转运动(B轴)，机床X、Y、Z、A、B轴可联动控制。机床前端设有双交换工作台，用来实现工件的自动交换，以提高加工效率。机床侧面设有自动换刀装置，进行刀具的自动交换。机床整机结构对称，受力、受热均匀，具有较高的动、静态特性和热特性，如图1所示。机床在研制过程中，通过对整机建立三维有限元模型，并利用有限元软件对其进行静态分析和模态分析，找出机床整机及其关键部件静态特性和动态特性的薄弱环节，并据此进乎剥洁构修改和优化设计，最终使机床获得较高的静态特性和动态特性，为其高效、高精度加工提供保证。

3 机床的主要机械结构及特点

　　3.1 床身

　　HMS125u型臣试五轴加工中心的床身分为横、纵床身两部分，组成T字型结构。横、纵床身是整台机床的基础，必须具有足够的刚性，以保证在其上运行的各部件具有.较高的精度和刚性。该机床横、纵床身均采用高强度铸铁和树脂砂工艺铸造，设置完善的热处理工艺过程消除残余内应力，并布置足够数量的加强筋板，以保证横、纵床身和机床整机具有足够的刚性和精度稳定性。

　　3.2 立柱

　　立柱作为摆头及主轴箱的支撑部件，在切削加工时要承受各个方向的切削力和力矩，故需具有足够的抗扭刚性和抗弯刚性;同时，立柱作为整台机床中重量最重的移动部件，要求其具有较高的动态性能，以保证在切削加工和快速移动时其有.足够的移动速度和加速度，与其它坐标轴相匹配。本机床立柱采用对称的封闭框架式结构，经有限元动、静态特性分析优化设计，外形设计成上窄下宽的形式，以降低其重心，减轻其重量;同时，在其内部合理地设置纵向和横向的环形筋板，使其既具有足够的静刚度，又具有较高的动态性能，满足钦合金高效和高精度加工的要求。