五軸臥式加工中心的高速化對(duì)機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能提出了越來越高的要求，近年來國內(nèi)外對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面都開展了大量的研究。加工中心進(jìn)給系統(tǒng)動(dòng)態(tài)及工作臺(tái)為研究對(duì)象，建立了進(jìn)給系統(tǒng)的有限元模型，利用軟件進(jìn)行了分析，以提高工作臺(tái)的固有頻率為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行了工作臺(tái)的尺寸優(yōu)化；在高速臥式加工中心動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)候，通過動(dòng)態(tài)測試的方法獲得導(dǎo)軌結(jié)合面的特性參數(shù)并將其應(yīng)用到數(shù)字仿真模型中，提高了模型的精度。

    在五軸臥式加工中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，對(duì)主要部件的拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計(jì)，提高了加工中心的靜動(dòng)態(tài)特性；以機(jī)床床身為研究對(duì)象，建立床身的簡化有限元模型，以固有頻率作為衡量床身動(dòng)態(tài)性能優(yōu)劣的指標(biāo)，重點(diǎn)研究床身固有頻率的變化趨勢(shì)以及主軸箱支撐臺(tái)筋板布置方式對(duì)床身動(dòng)態(tài)特性的影響，并對(duì)此提出有效的解決方案。

    臥式加工中心，適合于工件多面的銑、鉆、鏜、鉸、攻絲、兩維、三維曲面等多工序加工。具有在一次裝夾中完成箱體孔系和平面加工的良好性能，還特別適合于箱體孔的調(diào)頭鏜孔加工。為保證機(jī)床能夠高精、高速及高質(zhì)量地完成切削任務(wù)，需要對(duì)主軸箱垂直方向運(yùn)動(dòng)增加平衡裝置，以消除主軸箱本身及其承載的各部件產(chǎn)生的重量對(duì)其在垂直方向運(yùn)動(dòng)的速度、加速度和控制精度產(chǎn)生的不良影響。

    原有氣缸平衡系統(tǒng)

    考慮到五軸臥式加工中心的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及加工工藝，主軸箱在垂直方向運(yùn)動(dòng)加工時(shí)，不僅要受到刀具切削力和絲杠驅(qū)動(dòng)力的作用，還會(huì)受到自身重量及裝載的主軸、電動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)件和管路等零部件重量的作用，總計(jì)大概700kg，而且這些力的作用方向與主軸箱的運(yùn)動(dòng)方向平行，又不能效仿水平移動(dòng)部件那樣被支撐起來，如果這些力不能被平衡，會(huì)對(duì)主軸箱運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性帶來非常惡劣的影響。

    因此，過往設(shè)計(jì)了氣缸平衡系統(tǒng)，氣缸固定于立柱之上，氣缸桿下伸拉住主軸箱以平衡掉主軸箱80%的重量。整套氣缸平衡系統(tǒng)的工作原理，壓力為0.6MPa的壓縮空氣經(jīng)過空氣潔凈器干燥過濾后進(jìn)入增壓器，壓力增加至0.85～0.9MPa，由于經(jīng)增壓器排出的空氣壓力不穩(wěn)定，需經(jīng)減壓閥穩(wěn)定在0.8MPa后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐，在進(jìn)儲(chǔ)氣罐前需安裝單向閥防止氣體回流導(dǎo)致氣缸失效。儲(chǔ)氣罐總?cè)莘e·158·70L，內(nèi)部的空氣供給氣缸工作，氣缸缸徑100mm，活塞桿直徑30mm，經(jīng)過計(jì)算可平衡約572kg的重量。