在五轴卧式加工中心的结构优化设计过程中，对主要部件的拓扑优化设计，提高了加工中心的静动态特性；以机床床身为研究对象，建立床身的简化有限元模型，以固有频率作为衡量床身动态性能优劣的指标，重点研究床身固有频率的变化趋势以及主轴箱支撑台筋板布置方式对床身动态特性的影响，并对此提出有效的解决方案。

 

    卧式加工中心，适合于工件多面的铣、钻、镗、铰、攻丝、两维、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，还特别适合于箱体孔的调头镗孔加工。为保证机床能够高精、高速及高质量地完成切削任务，需要对主轴箱垂直方向运动增加平衡装置，以消除主轴箱本身及其承载的各部件产生的重量对其在垂直方向运动的速度、加速度和控制精度产生的不良影响。

 

    原有气缸平衡系统

 

    考虑到五轴卧式加工中心的结构特点及加工工艺，主轴箱在垂直方向运动加工时，不仅要受到刀具切削力和丝杠驱动力的作用，还会受到自身重量及装载的主轴、电动机、结构件和管路等零部件重量的作用，总计大概700kg，而且这些力的作用方向与主轴箱的运动方向平行，又不能效仿水平移动部件那样被支撑起来，如果这些力不能被平衡，会对主轴箱运动的平稳性带来非常恶劣的影响。

 

    因此，过往设计了气缸平衡系统，气缸固定于立柱之上，气缸杆下伸拉住主轴箱以平衡掉主轴箱80%的重量。整套气缸平衡系统的工作原理，压力为0.6MPa的压缩空气经过空气洁净器干燥过滤后进入增压器，压力增加至0.85～0.9MPa，由于经增压器排出的空气压力不稳定，需经减压阀稳定在0.8MPa后进入储气罐，在进储气罐前需安装单向阀防止气体回流导致气缸失效。储气罐总容积·158·70L，内部的空气供给气缸工作，气缸缸径100mm，活塞杆直径30mm，经过计算可平衡约572kg的重量。