立式加工中心结构
立式加工中心立柱结构有限元分析及改进研究
—256—技术改造立式加工中心立柱结构有限元分析及改进研究崔争第 方秀菊 曲耀辉 颜 荣（中科美菱低温科技股份有限公司，安徽 合肥 230000）摘 要：立式加工中心是现代机械制造加工中十分重要的加工设备，包含了床身、主轴线以及立柱等。
为了进一步改进立柱结构，利用Solidworks 2018三维软件进行建模，并通过SOLIDWORKS Simulation 开展有限元分析，得到立柱结构应力图与位移图，以此为基础进行改进设计，在降低立柱结构重量的同时，缩小了最大位移量，并有效避免了应力集中。
关键词：立式加工中心；立柱结构；有限元；改进伴随着现代制造业的不断发展，对加工中心的需求量越来越多，所以，将现代设计方法融入到加工中心结构设计与完善工作中，力求进一步降低加工中心设备加工难度与周期。
一直以来，国内外都十分重视机床设备的优化与创新，依托于现代计算机辅助设计软件，使得机床动态设计工作更加成熟，可以根据设备使用环境的拓扑来弥补使用问题。
本文从两个方面入手进行分析和改进，其一是对立式加工中心材料运用的改进，既可以保证加工的便捷性，避免产生材料浪费，还能够改善加工中心性能；其二，对立柱结构中的大件进行改进，降低机构质量。
一、立式加工中心结构建模与有限元分析（一）模型建立立式加工中心涵盖的主要部件有床身、主轴箱以及立柱等，立柱通过螺栓与床身紧固在一起，主轴箱顺着导轨在立柱上做进给运动，可见立柱是立式加工中心十分重要的部件。
本研究中的立柱是通过整体铸造再进行机加工得到的，内侧为空心结构，在外侧壁上设置有加强筋，保证立柱强度。
加工中心工作时，立柱是需要承受较大的力，需要对立柱的强度进行仿真分析。
利用Solidworks 2018三维软件进行建模，如图1所示。
图1 加工中心立柱模型（二）有限元分析利用Solidworks 软件对力主结构进行简化，去除掉结构中的工艺孔、倒角、对强度影响不大的复杂结构等，加载SOLIDWORKS Simulation 开展有限元分析，假如结构中各个材料密度均匀，连接牢靠。
加工中心的用途及分类
加工中心的功能用途和类型2.功能：铣镗、钻、攻螺纹等。
因为它具有自动换刀功能，工件一次装夹后，能自动地完成或者接近完成工件各面的所有加工工序。
3.分类：(1)按结构形式可以分为：1)立式加工中心①坐标轴运动具有两种方式：a.X、Y方向工作台移动、Z方向主轴箱移动；图5.2b.动立柱加工中心:工作台固定，X、Y和Z方向的运动由主轴立柱和主轴箱移动来实现。
图5.2 立式加工中心运动轴示意图图5.3 JCS-018A型立式加工中心外观图1-X轴的直流伺服电动机2-换刀机械手3-数控柜4-盘式刀库5-主轴箱6-操作面板7-驱动电源柜8-工作台9-滑座10-床身②刀库：（图5.4）立式加工中心的刀库有不同的形式，每种形式的刀库可以容纳的刀具数量差距较大，并在一定程度上决定了加工中心加工能力的大小。
图5.4 刀库 a b c d e f ）盘式刀库g h I j）链式刀库k）格子式刀库2)卧式加工中心①卧式加工中心的刀库一般为链式结构，刀库容量较大。
②应用面更为广泛，可加工扭曲面，箱体等复杂零件，例如水轮机叶轮的加工。
图5.5 卧式加工中心1-主轴头2-刀库3-立柱4-立柱底座5-工作台6-工作台底座3)立卧式加工中心①立卧式加工中心——是利用铣头的立卧转换机构实现从立式加工方式转换为卧式加工方式或从卧式加工方式转换为立式加工方式。
②这种加工中心的加工适用面更为广泛。
图5.6 立卧式加工中心5轴运动方向示意a)主轴可做90°旋转b) 工作台带工件可做90°旋转(2)按功能分类：1)主轴形式：有单主轴、双主轴或三主轴；2)工作台形式：单工作台3)双工作台托盘交换系统4)多工作台托盘交换系统。
5)刀库形式：回转式刀库6)链式刀库组成：数控系统、机体、主轴、进给系统、刀库、换刀机构、操作面板、托盘交换系统(或工作台)和辅助系统等。
加工中心的组成及操作
加工中心的组成及操作
3.1.2 数控系统操作面板的组成及操作方法 VP1050加工中心的数控系统操作面板即CRT/MDI面板
由一个显示屏(CRT)和各类控制键组成，其结构如图3.2所示。
图3.2 数控系统操作面板
加工中心的组成及操作
1.显示屏 显示屏可显示刀具实际位置、加工程序、坐标 系、刀具参数、机床参数、报警信息等。显示屏显示的内 容随不同的主功能、子功能状态而异。 2.各类控制键
加工中心的组成及操作
②用G54~G59设定工件坐标系。用G54~G59设定工件坐标系 与用G92设定不同，G92是在程序中设定工件坐标系相对机床 坐标系的偏置值。G54~G59是通过偏置画面内参数设定工件 坐标系偏置值。如图3.11所示，第一工件坐标系用G54设定， 其设置方法如下： (a)在机床CNC操作面板上，按3次“OFSET”键，使屏幕显示 出工作坐标系偏置画面； (b)将光标移到G54处；
图3.9 CRT画面显示
加工中心的组成及操作
（2）程序的执行。将光标置于程序的开头（也可由中途操 作），按START或操作面板的CYCLE START键则可开始执行程序。 执行到程序结束（M02/M30）或%。则所制作的程序自动消失。
（3）刀号输入/修改。加工中心在使用过程中，由于误操 作或其它方面的原因使机床刀库刀号与显示刀号不符，此时需 修改刀号，以避免发生撞刀事故。
加工中心的组成及操作
2．MDI操作 MDI（Manual Data Input）即手动数据输入。该功能允许
手动输入一个命令或程序段指令，并象自动加工那样，马上启 动运行。使用该功能可改变当前指令模态，也可实现指令动作。
（1）程序制作。将模式选择钮设定在MDI位置。按 “PRGRM”键则CRT画面显示如图3.9所示。
(完整版)立式加工中心结构
立式加工中心的分类马毅，【摘要】介绍了立式加工中心的分类及结构【关键词】立式加工中心；分类；结构The classification of Vertical Machine CenterMa yi ，【Abstract 】：This paper introduces classification and structure of vertical machine center 【Keywords 】：vertical machine center; classification ；structure一、概述进入21 世纪,我国机床制造业面临着市场需求旺盛而引发的制造装备业发展的良机,机床是机械制造的工作母机，是装备制造的基础设备，主要应用领域是汽车、船舶、工程机械、军工、农机、电力设备、铁路机车、阀门等行业。
在汽车、船舶、工程机械等行业的产能扩张压力的推动下，机床工业正迎来快速发展阶段。
数控机床是现代制造业的基础装备，一个国家数控机床的水平高低和拥有量是衡量国家综合经济实力和国防安全的重要标志。
当今，数控机床已成为机床市场消费的主流产品，我国汽车、航天航空、船舶、一般机械、铁路机车、军工和高新技术产业的发展为数控机床提供了广阔的市场。
加工中心是典型的数控机床，它的产销量占数控机床市场的30%〜40%,立式加工中心是加工中心中的主要产品，它的主轴轴线垂直于水平面。
立式加工中心主要的用户层面为：以看好的汽车零部件行业为首，还有工程机械、军工、模具、阀门、飞机、医疗设备、电力、光学设备等行业。
立式加工中心的产销量占加工中心市场的60%〜70%，2007年，国内生产立式加工中心近9000台，并且从国外进口立式加工中心近11000台。
即国内立式加工中心年需求量近20000 台，市场需求量巨大。
二、立式加工中心的分类1. 定立柱式立式加工中心（即工作台运动，立柱固定型结构）定柱式立式加工中心，又称工作台运动式立式加工中心。
JCS018加工中心
JCS-018型立式加工中心传动系统图例
三、传动系统（2）
主运动传动系统
JCS-018型立式加工中心的主运动驱动电动机是交流变频调速电 动机，连续输出额定功率为为5.5KW；最大输出功率为7.5KW， 但工作时间不得超过30min，称为30 min过载功率。这种电动机 靠改变电源频率无级调速，额定转速为1500r/min，最高转速为 4500r/min，在此范围内为恒功率调速。从最高转速开始，随着 转速下降，最大输出转矩增加，保持最大输出功率为额定功率 不变（如图所示）。最低转速为45 r/min，从额定转速至最低转 速，为恒转矩调速。电动机的最大输出转矩，维持为额定转速 时的转矩不变，不随转速的下降而上升。到最低转速时，最大 输出功率仅为7.5（或5.5）×45/1500 KW=0.025（或0.165）KW。
脉冲当量
0.001㎜/脉冲
最大指令值±99999.999mm或±9999. 9999英寸
纸带存储和编辑
30m纸带信息(12KB)
三、传动系统（1）
JCS-018A型立式加工中心的传动系统如图 所示，共存在五条传动链：主运动传动链， 纵向、横向、垂向传动链，刀库的旋转运 动传动链，分别用来实现刀具的旋转运动， 工作台的纵横向进给运动，主轴箱的升降 运动，以及选择刀具时刀库的旋转运动。
三、传动系统（4）
刀库驱动系统
圆盘形刀库亦用直流伺服电动机经蜗杆蜗轮驱动，装 在标准刀柄中的刀具，置于圆盘的周边。当需要换刀 时，刀库旋转到指定位置准停，机械手换刀。
四、结构特点
具有贮存加工所需刀具的刀库 刀库用于储存刀 具，并根据要求将各工序所用的刀具运送到取 刀位置。
具有自动装卸刀具的机械手 在加工中心机床上 刀具的自动更换，多数借助机械手来进行。
立式加工中心主轴组件的结构设计
毕业设计（毕业论文）任务书学院专业班级学号学生指导教师题目立式加工中心主轴组件的结构设计任务规定进行日期自20** 年2月20 日起，至20** 年6月23日止一、题目来源、目的、意义题目来源：本课题来源于同济现代制造技术研究所，是立式加工中心机床设计项目下的子课题之一。
目的：课题的目的是设计立式加工中心的主轴组件结构，主轴组件作为执行件，确保带动刀具进行切削加工、传递运动、动力及承受切削力等，并满足相关的技术指标要求。
意义：主轴组件作为机床的一个重要组件，要带动刀具直接参与表面成形运动，其工作性能对机床的加工质量及生产率有直接影响。
二、主要工作内容（1）熟悉现有的各种主轴组件的要求和特点；（2）完成主轴组件的设计总图；（3）设计分析计算工作；（4）主轴等主要零件的零件图绘制；（5）主轴组件各部分的综合分析。
三、主要技术指标（或主要论点）立式加工中心的特点是结构简单，占地面积小。
总体结构方案的结构形式为固定立柱式，即主轴箱吊挂在立柱的一侧，作Z方向的上下移动。
主轴孔锥度：7：24；主轴孔直径：54mm；主轴箱行程（Z轴）：470mm；主轴转速范围：30~3000r/mm；快速移动速度（Z轴）：10m/min；进给速度（Z轴）：1~400mm/min。
四、进度计划第1周~第3周：查阅资料，翻译要求字数的英文资料，调研目前市场上数控机床的主轴组件几种主要的结构形式，并进行方案论证，写出开题报告。
第4周~第6周：通过查阅资料和参考一些机床的结构，进行主轴组件的结构设计。
第7周~第9周：结构分析与验算，满足技术性能指标和使用要求。
第10周~第14周：计算机绘制结构设计图纸，包括总图和一些零件图。
第15周~第16周：编写毕业设计说明书。
第17周~第18周：评审、准备答辩。
五、主要参考资料（外文资料至少一篇）1、谢红.数控机床机器人机械系统设计指导[M].上海：同济大学出版社，2004.2、韩鸿鸾.数控机床的机械结构与维修[M].山东：山东科学技术出版社，2005.3、罗学科,等.数控原理与数控机床[M].北京：化学工业学出版社，2004.4、周宏甫.数控技术[M].广州：华南理工大学出版社，2005.5、陈蔚芳,等.机床数控技术及应用[M].北京：科学出版社，2005.6、王仁诚.加工中心主轴系统的设计[J] .钻镗床，2000,(1)：43 47.7、Purdum.T.. Machine tools re-discover gravity[J]. Industry Week, 2004, 253(12): 93-96.8、李佳.数控机床及应用[M].北京：清华大学出版社，2001.9、娄锐.数控应用关键技术[M].北京：电子工业出版社，2005.10、吴祖育等.数控机床[M].上海：上海科学技术出版社，2000.六、系审批意见系主任（签名）:七、院领导审核意见院领导（签名）:八、学生实际完成日期九、同组设计（论文）者目录摘要 (1)ABSTRACT (2)0 引言 (4)1 概述 (5)1.1 加工中心的发展状况 (5)1.1.1 加工中心的国内外发展 (5)1.1.2 主轴部件的研究进展 (6)1.2 课题的目的及内容 (7)1.3 课题拟解决的关键问题 (8)1.4 解决上述问题的策略 (9)2 方案拟定 (10)2.1 加工中心主轴组件的组成 (10)2.2 机械系统方案的确定 (10)2.2.1 主轴传动机构 (10)2.2.2 主轴进给机构 (12)2.2.3 主轴准停机构 (13)2.2.4 刀具自动夹紧机构 (15)2.2.5 切屑清除机构 (17)2.3 伺服驱动系统方案的确定 (18)2.4 加工中心主轴组件总体设计方案的确定 (19)3 主轴组件的主运动部件 (22)3.1 主轴电动机的选用 (22)3.1.1 主电机功率估算 (22)3.1.2 主电机选型 (23)3.2 主轴 (23)3.2.1 主轴的结构设计 (23)3.2.2 主轴受力分析 (27)3.2.3 主轴的强度校核 (32)3.2.4 主轴的刚度校核 (33)3.3 主轴组件的支承 (34)3.3.1 主轴轴承的类型 (34)3.3.2 主轴轴承的配置 (37)3.3.3 主轴轴承的预紧 (38)3.3.4 主轴支承方案的确定 (41)3.3.5 轴承的配合 (41)3.3.6 主轴轴承设计计算 (42)3.4 同步带的设计计算 (44)3.5 主轴组件的润滑与密封 (48)3.5.1 主轴组件的润滑 (48)3.5.2 主轴组件的密封 (49)3.5.3 本课题的润滑与密封方案的确定 (51)3.6 键的设计计算 (52)3.6.1 主轴上的键 (52)3.6.2 主电机上的键 (53)3.7 液压缸的设计计算 (54)4 主轴组件的进给运动部件 (55)4.1 进给电动机的选用 (55)4.1.1 进给电动机功率的估算 (55)4.1.2 进给电动机的选用 (56)4.2 联轴器的设计计算 (57)4.3 垂直方向伺服进给系统的设计计算 (57)4.3.1 切削力估算 (57)4.3.2 滚珠丝杠副的设计计算 (58)5 结论 (65)小结 (68)参考文献 (70)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。
请简述数控立式加工中心的工作原理
请简述数控立式加工中心的工作原理数控立式加工中心是一种高效、精确的加工设备，它采用计算机数控技术，实现对工件进行立式加工。
下面将从工作原理、组成结构和加工过程三个方面进行详细介绍。
一、工作原理数控立式加工中心的工作原理主要包括计算机控制系统、驱动系统和工作台三个方面。
计算机控制系统负责接收和处理加工程序，将其转换为机床运动指令。
驱动系统根据指令控制各个轴向的运动，实现工件在空间中的定位和加工工艺。
工作台则固定工件，使其能够在加工过程中保持稳定。
二、组成结构数控立式加工中心的组成结构主要包括机床主体、工作台、主轴和刀库。
机床主体是整个设备的支撑部分，包括床身、立柱和横梁。
工作台则是用于固定工件的平台，可以根据需要进行旋转、倾斜等运动。
主轴是加工中心的核心部件，负责驱动刀具进行切削加工。
刀库则用于存放不同类型的刀具，方便根据加工需要进行更换。
三、加工过程数控立式加工中心的加工过程主要包括工件装夹、刀具选择、工艺参数设置、加工程序编写和加工过程监控等步骤。
首先，将待加工的工件装夹在工作台上，并进行固定。
然后，根据工件的形状和加工要求选择合适的刀具，并将其安装在主轴上。
接下来，根据加工要求设置合适的切削速度、进给速度和切削深度等工艺参数。
然后，根据工艺要求编写加工程序，并将其输入到计算机控制系统中。
最后，启动机床，监控加工过程，确保加工精度和工件质量。
数控立式加工中心通过计算机控制系统、驱动系统和工作台等组成部分，实现对工件的立式加工。
其工作原理是通过计算机控制系统接收和处理加工程序，驱动系统控制各个轴向的运动，工作台固定工件，并通过主轴驱动刀具进行切削加工。
加工过程包括工件装夹、刀具选择、工艺参数设置、加工程序编写和加工过程监控等步骤。
数控立式加工中心的应用广泛，可以用于各种金属、塑料等材料的加工，具有高效、精确的特点，为工业生产提供了重要的支持。
KIWA立式加工中心 KCW-10V 技术说明书
KIWA立式加工中心KCW-10V技术说明书株式会社 纪和机械目 录一、 机床外观照片二、 KCW-10V机床主要特点三、 机规格表四、 机床标准配件五、 数控系统标准配置六、 技术培训七、 安裝、调试、验收八、 售后服务一、机床外观照片二、机床主要特点：KIWA KCW-10V结构图1． KCW－10床身、主轴等关键部件均采用米汉纳（密烘）铸件。
铸件结构采用一体成型技术，箱体结构，加工上采用日本原装大型五面体加工机，一次装夹加工完成，机床具有高刚性、高强度，几何形体精度极佳。
并能保证机床长期的稳定性和高精度。
2． 立柱宽度达到1100mm,完全可以承受重切削。
完全一体铸造的床身能提供立柱，主轴及工作台最大的承载。
3． 独特的换刀机构及大容量的刀库机构，可存放24把刀，并采用最新的凸轮式换刀系统，刀库管理采用随意记忆式，使得刀具交换迅速，安全可靠。
4． 主轴采用精密高速轴承，除轴承内部采用特殊油脂润滑以外，有特殊的油气装置，主轴能在高速、长时间运转下保持高精度。
5． 主轴及三轴马达采用大马力的FANUC伺服马达，扭力输出大，加大刚性。
6． X、Y、Z 三轴滑轨均为高刚性的线性导轨，Y轴更使用宽度为45mm的线轨，提升刚性。
另外Z轴采用世界先进的滚柱型线轨技术，确保机床在重切下也能达到高精度及高寿命。
7． 电气箱使用热交换器，能较好隔绝灰尘，降低箱内温度。
8． KCW－10V具有全密闭切削防护罩，并考虑多项安全保护措施，如电控柜安全装置，安全操作门，操作门之特殊强化设计，两侧门滑轨开门设计能确保机械与人员之安全，符合ISO9000之标准。
9． 采用先进的无配重块设计，便机床在高速循环加工时更加平稳，提升加工精度及效率。
为确保整机质量，主要外购零件均采用世界名牌厂家产品： 控制器: 日本FANUC气压单元: 日本SMC轴承：日本NSK及NACHI主轴单元：日本KOYO线性滑轨：德国STAR滚珠螺杆：台湾 PMI电气元件：日本欧姆龙、富士等中央润滑系统：日本LUBE液压系统：日本YUKEN三、机械规格表机 型 KCW-10V X轴 行程 mm 1,000Y轴 行程 mm 550Z轴 行程 mm 510主轴中心到立柱距离 mm 585主轴鼻端到工作台距离 mm 140 - 650行程地面到台面距离 mm 935工作台尺寸 mm 1,100×550最大承载 kg 800工作台面形状 5个间距100mm的T型槽主轴转速 min-1 10000rpm (直联式）主轴扭距 Nm 95.5 (30 分钟)主轴锥度 ISO 7/24 Taper NT #40 主轴主轴中心出水 Mpa {1.5/4.0/7.0} 选项快移进给 (X/Y/Z) mm/min.X/Y: 32,000 Z: 24,000 进给切屑进给 (X/Y/Z) mm/min. 1 ～ 10,000mm/min刀柄形式 MAS BT40/CAT40拉钉类型 JIS刀具数量 24 把最大刀具直径 (相邻满刀 /空刀)mm φ100 / φ115最大刀具长度 mm 350最大刀具重量 kg 8刀库换刀时间 Tool to tool / Chipto chipsec. 2.3 / 5.0主轴马达功率 （cont. / 30 min.) kW 11 / 15马达进给马达功率 (X/Y/Z) kW 2.5/2.5/2.5电源电压 V 200-220电源供应 KVA 30空气压力 Mpa 0.5动力源空气流量 liters/min.300-320冷却水箱容量 liters 250容量润滑油箱容量 liters 1.8占地面积 mm 2,900 × 2,350机床高度 mm 2,970尺寸机床重量 kg 7500四、机床标准配件1. 主机标准配件1) 主轴转速 10,000rpm.（直联式）2) 主轴吹气装置3) 主轴马达 11KW／15KW4) 切削液单元5) 标准色6) 单色操作指示灯7) 荧光工作灯8) 中央润滑系统9) 三轴滑轨保护装置10) 全密闭式电气箱及热交换器11) 地基螺丝，垫块及工具箱12) 手动松刀装置13) 刚性攻牙14) 机械电气说明书15) 外持手摇脉冲发生器16) 30KVA 变压器2. 技术文件序号 内容 数量1 机床操作说明书(KIWA) 壹套2 FANUC系统操作说明书 壹套3 FANUC 系统维修说明书 壹套4 FANUC 系统参数说明书 壹套5 机床零件图(KIWA) 壹套6 电器原理图 壹套7 机床精度检查表（KIWA） 壹套8 机床参数软盘 （KIWA） 壹份3. KCW-10V 易损件清单序号 名称 品牌 供货商1 O-ring O型圈 NOK 纪和2 Solenoid Valve 电磁阀 SMC 纪和3 Air Seal Regulator 空气过滤器 SMC 纪和4 Ball Bearing 轴承 NSK 纪和五、数控系统说明 FANUC Oi-MC A包操作功能项目 规格自动运行（存储器）DNC运行 需要阅读机和穿孔接口 利用存储卡运行DNC运行 需要PCMCIA卡连接器MDI运行调度功能程序号检索顺序号检索顺序号比较与停止程序重新启动手动中断和恢复刚性攻丝回退缓冲寄存器空运行单程序段JOG进给手动返回参考点无档块设定参考点位置用机械撞块设定参考点位置磁力开关方式参考点设定参考点偏移手轮进给 MC，PC：最大3个，TC：最大2个插补功能项目 规格定位 G00（可以进行直线插补型定位） 单向定位 G60准确停止方式 G61准确停止 G09直线插补圆弧插补 可以是多象限进给暂停 秒指定或旋转数指定（M系统的旋转数指定需要螺纹切削`同步进给的选功能）圆柱插补螺旋插补 圆弧插补最多加2轴的直线插补 螺纹切削，同步切削跳过 G31高速跳过 输入点数为4点返回参考点 G28返回参考点检测 G27返回第2参考点返回第3/第4参考点法线方向控制进给功能项目 规格自动加速/减速 快速进给：直线切削进给：指数 快速进给铃型加速/减速切削进给插补后直线加速/减速进给速度倍率 0~254%JOG倍率 0~655.34%切削方式攻丝方式快速进给的程序段重叠外部减速AI前瞻控制程序输入项目 规格纸带代码 EIA RS244/ISO840标记跳过奇偶校检 水平和垂直校检 控制输入/输出选择程序段跳过 9最大可编程尺寸 ±8位数程序号 O4位数 外部存储和子程序调用功能顺序号 N5位数 绝对/增量编程 在同一程序段中可混用小数点编程/袖珍计算器小数点编程10倍输入单位平面选择 G17，G18，G19旋转轴指定旋转轴循环显示极坐标指令坐标系设定自动坐标系设定工件坐标系 G52~G59 附加工件坐标系 48对任意倒角/拐角R可编程数据输入 G10 子程序调用 4层嵌套用户宏程序B钻削固定循环倒削钻小孔循环R编程圆弧插补自动拐角倍率自动拐角减速按圆弧半径箝制进给速度比例缩放坐标系旋转可编程镜像六、技术培训1）用户工厂内培训：机床安装调试过程中，由我司服务人员对用户进行操作、编程及保养方面的培训。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
立式加工中心的分类
马毅，
【摘要】介绍了立式加工中心的分类及结构
【关键词】立式加工中心；分类；结构
The classification of Vertical Machine Center
Ma yi ，
【Abstract】：This paper introduces classification and structure of vertical machine center
【Keywords】：vertical machine center; classification；structure
一、概述
进入21世纪,我国机床制造业面临着市场需求旺盛而引发的制造装备业发展的良机,机床是机械制造的工作母机，是装备制造的基础设备，主要应用领域是汽车、船舶、工程机械、军工、农机、电力设备、铁路机车、阀门等行业。
在汽车、船舶、工程机械等行业的产能扩张压力的推动下，机床工业正迎来快速发展阶段。
数控机床是现代制造业的基础装备，一个国家数控机床的水平高低和拥有量是衡量国家综合经济实力和国防安全的重要标志。
当今，数控机床已成为机床市场消费的主流产品，我国汽车、航天航空、船舶、一般机械、铁路机车、军工和高新技术产业的发展为数控机床提供了广阔的市场。
加工中心是典型的数控机床，它的产销量占数控机床市场的30％～40％，立式加工中心是加工中心中的主要产品，它的主轴轴线垂直于水平面。
立式加工中心主要的用户层面为：以看好的汽车零部件行业为首，还有工程机械、军工、模具、阀门、飞机、医疗设备、电力、光学设备等行业。
立式加工中心的产销量占加工中心市场的60％～70％，2007年，国内生产立式加工中心近9000台，并且从国外进口立式加工中心近11000台。
即国内立式加工中心年需求量近20000台，市场需求量巨大。
二、立式加工中心的分类
1.定立柱式立式加工中心（即工作台运动，立柱固定型结构）
定柱式立式加工中心，又称工作台运动式立式加工中心。
此类立式加工中心产销量占立式加工中心市场的75％左右，大多数机床制造厂家都有此类结构的机床。
此类机床属于传统
的普及型立式加工中心，按工作台运动方向分为两种。
此类机床具有以下优点 ： A 、机床成本低，设计、制造比较容易。
B 、容易实现批量化生产。
C 、与动立柱式加工中心相比：机床的立柱部件、主轴箱部件刚性好；在切削过程中，主轴箱部件振动小。
1.1十字滑台结构（工作台有两个方向运动）
机床结构见下图1。
立柱固定在底座上，鞍座带着工作台在底座上做前后方向（Y 方向）运动，工作台在鞍座上做左右方向（X 方向）运动，主轴箱在立柱上做上下方向（Z 方向）运动。
工作台
鞍座 底座
图1 1.2其它结构（工作台有一个方向运动）
机床结构见下图2。
立柱固定在底座上，工作台在底座上做前后方向（Y 方向）运动，鞍座带着主轴箱在立柱上做左右方向（X 方向）运动，主轴箱在鞍座上做上下方向（Z 方向）运动。
主轴箱
工作台
底座
主轴箱
立柱
X
立柱
鞍座
2. 动柱式结构（即工作台固定，立柱运动型结构）
动柱式立式加工中心，又名固定工作台式立式加工中心，此类立式加工中心产销量占立式加工中心市场的15％左右，此类机床属于中档的立式加工中心，此类机床具有以下优点 ： A 、和传统的移动工作台式结构相比，由于三轴运动部件的负载惯量不变，在计算伺服增益、加减速时间常数时可以针对每个轴的运动惯量进行精确的优化；有效避免了动工作台式产品在负载重量小时响应过冲、负载重量大时响应迟缓的问题，并且避免了由以上问题带来的对加工精度不利的影响。
最大的优点是此类机床可以加工重量很大的工件。
B 、由于工作台不移动，和同规格的动工作台式结构的产品相比，工作台上可以放置更大的工件和异形工件，而不必担心工件会和机床的其它部分发生干涉。
另外，对于重心位置不正的零件也可以顺利地实现高精度加工。
C 、由于X 轴运动完全由立柱的移动来实现，立柱在底座上的运动不会在X 轴行程的两端产生运动部件悬伸的情况，保证了运动部件在X 轴全行程上受力情况不发生变化，因而使机床具有更好的精度和刚性。
另外，固定的工作台使得操作者更容易靠近，装卸工件的操作更加容易和省力，操作的宜人性有十分明显的提高。
立柱
鞍座
底座
图3
机床结构见上图3。
工作台固定在底座上，鞍座带着立柱在底座上做左右方向（X 方向）运动，立柱在鞍座上做前后方向（Y 方向）运动，主轴箱在立柱上做上下方向（Z 方向）运动。
此类机床因为立柱做两个方向运动，又称为全动柱立式加工中心。
工作台
主轴箱
3. 小型龙门式结构（见图4）、框中框结构（见图5）
此类立式加工中心产销量占立式加工中心市场的5％左右，此类机床属于高档的立式加工中心，此类机床具有以下优点 ：
A 、由于独特的结构，此类机床刚性好，精度高。
B 、主轴箱部件不悬伸，加工时不承受弯矩造成的变形。
C 、图5所示的框中框结构，机床可以做到高速加工，高速定位。
D 、图5所示的框中框结构，可以做到重心驱动。
即双丝杠驱动的合力通过了移动部件的重
心，是近年来高速、高精度加工的重大突破。
（Y ／Z 轴双丝杠驱动）。
鞍座 机床结构见图4，机床立柱固定在底座上， 工作台在底座上做前后方向（Y 方向）运动， 主轴箱 鞍座带着主轴箱在立柱上做左右方向（X 方 向）运动，主轴箱在鞍座上做上下方向（Z
立柱 方向）运动。
底座
图4
主轴箱
立柱 工作台 鞍座 底座
图5
工作台
机床结构见图5，机床的框架式立柱固定在底座上，鞍座带着工作台在底座上做前后方向（Y 方向）运动，工作台在鞍座上做左右方向（X 方向）运动，主轴箱在立柱上做上下方向（Z 方向）运动。
三、总结
认真、仔细的研究立式加工中心的结构以后，不仅有助于研发人员确定以后产品的发展方向；而且有助于研发人员进行模块化设计，可以大大降低设计成本与生产制造成本。
由于立式加工中心结构变化多端，部分机床的结构十分复杂，除以上几种典型的结构形式外，立式加工中心还有许多其它的结构形式。
由于篇幅所限，在此就不一一介绍了。