面对我国航空、航天、核电、风电、船舶等国家重点领域的重大工程项目对关键加工装备的迫切需求，发展大型、重型高档数控机床成为必然，高架式五轴车铣加工中心就是为此而设计的。车铣复合加工技术是集高速切削和铣削技术的优点而发展起来的先进切削技术，而该高架式五轴车铣加工中心正是运用车铣加工这种新的加工方法，在大型回转体的高速切削及弱刚度回转体的精加工中有其独特的优势。在此车铣加工中心上可完成车削、铣削、钻镗等复杂工序加工，提高设备利用率和加工效率，解决了大型回转体类零件尤其是内表面具有矩形网格结构的大型薄壁回转体类零件的高速车铣加工问题。
1. 机床结构及特点
1.1 机床结构
基于现有大型薄壁回转体类零件，尤其是内表面具有矩形网格结构的大型薄壁回转体类零件的特点，选择了新的工艺路线———高速车铣技术。具有高速铣削一切优点的高速车铣比单纯的车或铣能提高效率5-10倍。本机床采用高架式横梁移动框架结构，用于实现X、Y、Z 三轴的高速移动，设置双摆动式铣削头，既可以实现独立的车削功能，又可以实现独立的铣削功能，并配备有链式刀库及回转直径为4M的立式回转工作台。
具体结构构成如下：回转工作台U 设置在工作台底座上，并通过安装在工作台底座侧面的直流调速电动机4和齿轮变速箱5驱动；设置有2个前后方向布置的X轴导轨座1，它们分别通过导向键和螺栓与3个底座3 固定，其上各安装有X 轴滚动导轨29：Y轴后横梁8 和Y轴前横梁9 通过导向键和螺栓固定成一体（简称为Y轴横梁），该横梁水平方向布置，并安装在2个X轴滚动导轨上面，由X轴伺服电动机通过布置在X轴导轨座中央的X轴滚珠丝杠33 带动其前后运动；Y轴后滑鞍10 和Y轴前滑鞍11通过导向键24和螺栓固定成一体（简称为Y轴滑鞍），该滑鞍上下方向布置，并安装在Y轴横梁的滚动导轨27、31上，由Y轴伺服电动机通过布置在Y轴后横梁上的Y轴滚珠丝杠28带动其水平运动；Z轴滑枕12上下方向布置，并通过3个Z轴滚动导轨26安装在Y轴滑鞍上，由Z轴伺服电动机通过布置在Y轴后滑鞍10上的Z轴滚珠丝杠25带动其上下运动；双摆动复合车铣电主轴14固定在Z轴滑枕下端，链式刀库’2设置在后底座的内侧面。X、Y、Z轴为直线运动，B轴为摆动，A轴为旋转运动。机床总体结构简图如图1 所示。
1.2 机床结构特点
机床有以下6个特点：
（1）采用高架横梁移动式框架结构，除保证加工精度外，也易于实现X、Y、Z 三轴的高速移动。此外在! 轴的方向上也易于实现长距离的驱动。
（2）设置双摆动式铣削头，铣头安装台上可安装铣削电主轴和车铣电主轴。车铣电主轴可以实现独立的车削功能和独立的铣削功能。需要车削时车铣电主轴后端部位的鼠齿盘锁紧，完成车削的任务；需要铣削时车铣电主轴后端部位的鼠齿盘松开，完成铣削的任务。需要高速铣削时，将车铣电主轴卸下，并安装高速铣削电主轴，完成高速铣削的任务。
（3）设置最大回转直径4M的立式回转工作台，以完成回转类工件加工的车削和铣削功能。
（4）在X轴方向上采用双轴驱动的运动方式，驱动精度为一个脉冲，确保了左右X轴同步高精度移动。
（5）在Y轴方向上采用双横梁的结构形式，易于实现受力的平衡和受载荷的均匀。
（6）在立柱后端设置一链式刀库，可安装不同规格的车刀和铣刀，以实现机床的自动换刀。
2 机床主要技术参数
最大加工工件直径/MM:36000；
X轴最大行程/MM:5600；
Y 轴最大行程/MM:4300；
Z轴最大行程/MM:1500；
回转工作台的转速范围（r/min）：0.4-40；
链式刀库的总容量：48把；
双摆动式铣削头（垂直方向）B 轴：220°；
双摆动式铣削头（水平方向）A 轴：360°；
铣削电主轴的最高转速（r/min）：18000。
3. 控制系统及加工过程
3.1 控制系统
本机床CNC 控制系统采用法国NUM1050，伺服驱动为MDLU全数字式，具有精度高、运行速度快等特点。
3.2 加工过程
机床启动，X、Y、Z、B 四个方向的运动部件移至机床零点，启动预先编好的加工程序，机床各部件将按自动的指令运动，对被加工工件进行加工。当加工空间曲面时，X、Y、Z可以联动完成对空间曲面的铣削加工；当加工复杂的空间曲面时，X、Y、Z、B和A五轴联动，完成对复杂空间曲面的铣削加工；当高速车铣加工回转体工件的内表面矩形网格时，圆柱立铣刀垂直于矩形网格，利用X、Y、Z和A四轴联动来实现；当车削内孔、外圆和上平面时，车刀安装在双摆动复合车铣电主轴上，电主轴由鼠牙盘锁紧，车刀的空间位置由两个力矩电动机相应的转动来保证，被加工工件随立式回转工作台一起转动。加工完毕后，各轴退回到零点位置，刀具和回转工作台停止转动，等待下一个工件的加工。
4 结语
本文提供的这种结构简单、高效精密的高架式五轴车铣加工中心，解决了回转体类零件的高速车铣加工问题，尤其解决了内表面具有矩形网格结构的大型薄壁回转体零件的高速车铣加工问题，可实现一次装夹就能完成其复杂型面回转体大部分工序的一次整体高速精密加工。
(审核编辑: 智汇小新)
