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摘 要：数控单柱移动立式铣车床，可进行各种金属及其合金、有色金属、非金属等材料的工件加工，适合进行重切削加工。主要用于发电设备及船舶、航空航天等行业超大、超重型零件加工，尤其是大型水压机组的顶盖、底环和转轮大件以及 400mm 厚钢板轧钢机大型零件的加工。
关键词：数控单柱移动立式铣车床；工艺性能；零部件
1.工艺性能要求
（1）数控单柱移动立式铣车床具有内圆、外圆、锥圆、端面、肩面、端面沟槽、孔内沟槽、圆弧沟槽、螺纹、倒角、圆角等车削功能，具有恒线速车削功能，通过数控三轴联动可完成各种旋转曲面加工，通过内置铣轴和工作台分度及铣削进给功能可进行钻削、镗削、铣削和攻丝等机械加工。
（2）在工作台之外的立柱可以在床身导轨上进行水平运动，设有侧刀架和活动横梁。
（3）侧刀架沿立柱导轨可进行垂直进给，侧刀架内的方滑枕可进行径向进给，方滑枕内设有铣轴，侧刀架可安装外置附件，并自动抓取附件。
（4）活动横梁沿立柱导轨作升降移动，活动横梁上设有垂直刀架。垂直刀架沿活动横梁可进行水平进给，垂直刀架内的方滑枕可进行垂直进给，方滑枕内设有铣轴，垂直刀架可安装外置附件，并自动抓取附件。
（5）工作台具有数控分度功能和铣削进给功能，可实现360分度，分别与侧刀架和垂直刀架实现联动加工，X、Z、U、W、C1、A、C2、V 八个进给轴，X、Z、C1、A、C2 轴五轴联动，可实现任意轴联动（V 为平旋盘进给），各个方向的高精度定位可进行镗铣、钻削和攻丝加工。
2 机床总体布局
机床总体结构采用单立柱移动式布局，由主运动部分和进给部分组成。主运动部分由：工作台，底座，主变速箱组成。主变速箱驱动工作台绕底座主轴中心旋转。进给部分由床身，立柱，横梁，刀架、侧刀架等组成。床身固定在地面上，立柱坐落在床身上沿着床身导轨水平移动，横梁和侧刀架沿着立柱导轨上下移动，刀架沿着横梁导轨水平移动。主运动部分与进给部分不连接，相互之间的精度可以独立调整，彼此互不干扰，有利于提高机床的整机精度。
3.主要零部件介绍
3.1立柱、横梁
立柱和横梁采用焊接钢件，采用两次焖火和人工时效方式消除应力。立柱为整体结構，有足够的刚度来抵抗偏载力产生的弯曲及扭曲。立柱上设横梁，横梁由前部导轨和后部三角体组成。横梁在立柱导轨上作垂直升降移动，采用静压卸荷丝杠螺母副，牙形为锯齿形，并有叠形弹簧夹紧油缸定位夹紧，夹紧可靠，液压放松与横梁电机互锁控制。横梁装有卸荷梁，卸掉垂直刀架与滑座的重量，以保持横梁导轨的精度，保证垂直刀架水平移动的精度。
立柱后面装有带围笼的爬梯，立柱顶梁上装有护栏，保护安装和维修人员的人身安全。
横梁升降由固定在立柱顶端的大功率交流电机，带动减速箱传动。横梁导轨及升降丝杆采用不锈钢伸缩式防护罩。
3.2立柱滑座、床身
立柱滑座为焊接钢件，基座床身满足机床刚度的要求。立柱滑座可在床身上移动，行程为 7000（mm），立柱传动箱安装在床身端面上，外立柱置于床身上，床身设导轨，由传动箱上的交流电机通过减速由普通丝杠螺母副传动、前进和后退可在任意位置停止，滑座与床身间有液压锁紧定位装置。
床身导轨采用静压卸荷导轨，导轨板为优质锌铜基耐磨合金。
床身采用不锈钢伸缩式防护罩。
3.3垂直刀架及滑枕
垂直刀架由滑座和方滑枕两部分组成，均采用独立的交流伺服电机驱动。滑座水平移动（X 轴）采用双电机驱动双齿轮与齿条传动，方滑枕作垂直移动（Z轴）采用加有预载的滚珠丝杠副传动。滑座水平移动和方滑枕垂直移动导轨均为预载恒流闭式静压导轨，全闭环控制。
垂直刀架滑枕上可安装直角铣头，具有钻、铰、铣、镗功能。
垂直刀架装上电动磨头，磨削筒体内、外圆柱面，并可磨削平面。
垂直刀架 Z 轴交流伺服电机为制动型，防止断电时滑枕下落。
滑枕内铣轴立式布置，铣轴采用碟簧自动夹紧，液压松刀，铣轴锥孔为ISO60。铣轴采用优质合金钢，并经过多道工序超精加工而成，表面氮化处理。
导轨和滚珠丝杠副采用定时定量自动润滑，有可靠的回油装置， 油面高度具有检测报警装置。
3.4 侧刀架及滑枕
侧刀架具有水平移动的滑枕（U 轴），和垂直升降移动的滑座（W 轴）。侧刀架垂直移动采用德国西门子交流伺服电机为动力，双电机驱动双齿轮、齿条传动。侧刀架方滑枕移动采用德国西门子交流伺服电机为动力，加有预载的滚珠丝杠副传动。滑座垂直移动和方滑枕水平移动导轨均为预载恒流闭式静压导轨，全闭环控制。铣轴卧式布置，可对筒体进行钻孔、铰孔加工。
侧刀架端头有单刀夹，用于卡刀，车削筒体外圆，装上电动磨头，可磨削筒体外圆柱面。
侧刀架滑枕上可安装直角铣头，具有钻、铰、铣、镗功能。
侧刀架滑枕安装附件的接口满足数控平旋盘使用需要。
侧刀架设配重装置，以达到侧刀架的配重。
导轨和滚珠丝杠副采用定时定量自动润滑，有可靠的回油装置。
3.5 工作台、底座
工作台大件为铸铁件，分体铸造、整体加工而成。工作台主传动采用数字式直流调速系统，车削由可控硅供电的宽调磁直流电机，通过立式两档齿轮变速带动工作台回转。工作台分度和铣削圆周进给部分由两个交流伺服电机带动双齿轮驱动，完成分度后能自动夹紧。C 轴参加插补进给时卡紧打开，圆光栅安装在工作台中心。工作台主轴中心部分既具有恒定中心卸荷，又有轻载时给静压导轨加预载的结构，以减少和分担发热而引起的工作台导轨内侧的边沿负载，增强油膜刚度，主轴上部装有预紧油膜的调心滚子轴承、径向采用高精度双列圆柱滚子轴承定心，并装有承载能力较大的卸荷轴承。主轴轴承供油充分，以利润滑。保证工作台径向具有很高的精度和很长的使用寿命。底座采用多点恒流静压导轨，多点分油器定量供油。导轨面上镶有铜合金耐磨材料，开有静压油槽。轴向采用这种预载恒流静压导轨，承载能力大，稳定可靠。导轨面间有温度保护，并在导轨面之间有位置传感器油膜测厚装置，进行油膜厚度的实时监控，在加工过程中随时观察导轨的温度和油膜厚度，当油温达到 60℃时，工作台自动声光报警，保护导轨。在机床突然断电时，采用飞轮对导轨进行保护。
3.6 主变速箱
主变速箱是通过液压缸推动滑移齿轮变速的。恒速车削编码器安装在主变速箱内。传动箱内的齿轮采用淬火磨齿工艺，主变速箱齿轮结构紧凑、效率高、噪声低。
3.7 地基及液压设备
设备对地基的载荷分布合理，尽量降低基础的施工难度，且满足高温、潮湿及腐蚀性环境等现场使用工况。
液压、静压系统设计合理、安全可靠、维修性好、换油方便、不渗漏。
液压站设独立的静压油箱，各油箱具有足够容量，有油箱油位控制器和液压系统压力报警装置，在油箱放油孔设置放油管和手动截止阀，油箱顶面考虑积油排放措施。工作台静压油箱配工业冰箱式油温冷却装置，静压导轨有静压油膜测厚装置，并有油膜报警、保护停机功能，设置油温控制器，有温度报警保护装置，有防止油液外溢的可靠措施。
保证各大件足够的强度和刚性，减震性好，以满足在满负荷工作状态下正常工作的需求。各零部件均选用性能优良的材料，并经相应的热处理，保证足够的性能要求。
3.8升降走台及其它
设有独立的升降操作间，沿水平方向可伸缩，在垂直方向可升降，各行程能满足操作使用需求且有足够余量，有断电保护装置。操作台位于升降操作间上，并配有手持操作单元，线长以西门子所能提供的最大长度为限。工作台面设计足够的标准 T 型槽和配置 8 套标准卡爪，具有增力装置。
各运动表面均设置润滑加油装置，采用自动润滑方式，并采取可靠的防尘措施和回收净化循环装置，保证各润滑点润滑良好、安全可靠、维修性好、换油方便、没有泄漏。
外露导轨加不锈钢伸缩式防护罩。
各运动机构终端设置可靠的减速限位、极限保护装置，防止运动机构出轨，以保证操作人员和设备的安全。
结论
本文研究数控单柱移动立式铣车床工艺性能和机床总体布局，重点研究了主要零部件设计。
参考文献
[1] 王晓员.车铣多功能机床总体设计[J].机械工程师，2007，05
[2] 张惠敏.五轴联动数控机床的设计[J].机床与液压，2010，08
关键词：数控单柱移动立式铣车床；工艺性能；零部件
1.工艺性能要求
（1）数控单柱移动立式铣车床具有内圆、外圆、锥圆、端面、肩面、端面沟槽、孔内沟槽、圆弧沟槽、螺纹、倒角、圆角等车削功能，具有恒线速车削功能，通过数控三轴联动可完成各种旋转曲面加工，通过内置铣轴和工作台分度及铣削进给功能可进行钻削、镗削、铣削和攻丝等机械加工。
（2）在工作台之外的立柱可以在床身导轨上进行水平运动，设有侧刀架和活动横梁。
（3）侧刀架沿立柱导轨可进行垂直进给，侧刀架内的方滑枕可进行径向进给，方滑枕内设有铣轴，侧刀架可安装外置附件，并自动抓取附件。
（4）活动横梁沿立柱导轨作升降移动，活动横梁上设有垂直刀架。垂直刀架沿活动横梁可进行水平进给，垂直刀架内的方滑枕可进行垂直进给，方滑枕内设有铣轴，垂直刀架可安装外置附件，并自动抓取附件。
（5）工作台具有数控分度功能和铣削进给功能，可实现360分度，分别与侧刀架和垂直刀架实现联动加工，X、Z、U、W、C1、A、C2、V 八个进给轴，X、Z、C1、A、C2 轴五轴联动，可实现任意轴联动（V 为平旋盘进给），各个方向的高精度定位可进行镗铣、钻削和攻丝加工。
2 机床总体布局
机床总体结构采用单立柱移动式布局，由主运动部分和进给部分组成。主运动部分由：工作台，底座，主变速箱组成。主变速箱驱动工作台绕底座主轴中心旋转。进给部分由床身，立柱，横梁，刀架、侧刀架等组成。床身固定在地面上，立柱坐落在床身上沿着床身导轨水平移动，横梁和侧刀架沿着立柱导轨上下移动，刀架沿着横梁导轨水平移动。主运动部分与进给部分不连接，相互之间的精度可以独立调整，彼此互不干扰，有利于提高机床的整机精度。
3.主要零部件介绍
3.1立柱、横梁
立柱和横梁采用焊接钢件，采用两次焖火和人工时效方式消除应力。立柱为整体结構，有足够的刚度来抵抗偏载力产生的弯曲及扭曲。立柱上设横梁，横梁由前部导轨和后部三角体组成。横梁在立柱导轨上作垂直升降移动，采用静压卸荷丝杠螺母副，牙形为锯齿形，并有叠形弹簧夹紧油缸定位夹紧，夹紧可靠，液压放松与横梁电机互锁控制。横梁装有卸荷梁，卸掉垂直刀架与滑座的重量，以保持横梁导轨的精度，保证垂直刀架水平移动的精度。
立柱后面装有带围笼的爬梯，立柱顶梁上装有护栏，保护安装和维修人员的人身安全。
横梁升降由固定在立柱顶端的大功率交流电机，带动减速箱传动。横梁导轨及升降丝杆采用不锈钢伸缩式防护罩。
3.2立柱滑座、床身
立柱滑座为焊接钢件，基座床身满足机床刚度的要求。立柱滑座可在床身上移动，行程为 7000（mm），立柱传动箱安装在床身端面上，外立柱置于床身上，床身设导轨，由传动箱上的交流电机通过减速由普通丝杠螺母副传动、前进和后退可在任意位置停止，滑座与床身间有液压锁紧定位装置。
床身导轨采用静压卸荷导轨，导轨板为优质锌铜基耐磨合金。
床身采用不锈钢伸缩式防护罩。
3.3垂直刀架及滑枕
垂直刀架由滑座和方滑枕两部分组成，均采用独立的交流伺服电机驱动。滑座水平移动（X 轴）采用双电机驱动双齿轮与齿条传动，方滑枕作垂直移动（Z轴）采用加有预载的滚珠丝杠副传动。滑座水平移动和方滑枕垂直移动导轨均为预载恒流闭式静压导轨，全闭环控制。
垂直刀架滑枕上可安装直角铣头，具有钻、铰、铣、镗功能。
垂直刀架装上电动磨头，磨削筒体内、外圆柱面，并可磨削平面。
垂直刀架 Z 轴交流伺服电机为制动型，防止断电时滑枕下落。
滑枕内铣轴立式布置，铣轴采用碟簧自动夹紧，液压松刀，铣轴锥孔为ISO60。铣轴采用优质合金钢，并经过多道工序超精加工而成，表面氮化处理。
导轨和滚珠丝杠副采用定时定量自动润滑，有可靠的回油装置， 油面高度具有检测报警装置。
3.4 侧刀架及滑枕
侧刀架具有水平移动的滑枕（U 轴），和垂直升降移动的滑座（W 轴）。侧刀架垂直移动采用德国西门子交流伺服电机为动力，双电机驱动双齿轮、齿条传动。侧刀架方滑枕移动采用德国西门子交流伺服电机为动力，加有预载的滚珠丝杠副传动。滑座垂直移动和方滑枕水平移动导轨均为预载恒流闭式静压导轨，全闭环控制。铣轴卧式布置，可对筒体进行钻孔、铰孔加工。
侧刀架端头有单刀夹，用于卡刀，车削筒体外圆，装上电动磨头，可磨削筒体外圆柱面。
侧刀架滑枕上可安装直角铣头，具有钻、铰、铣、镗功能。
侧刀架滑枕安装附件的接口满足数控平旋盘使用需要。
侧刀架设配重装置，以达到侧刀架的配重。
导轨和滚珠丝杠副采用定时定量自动润滑，有可靠的回油装置。
3.5 工作台、底座
工作台大件为铸铁件，分体铸造、整体加工而成。工作台主传动采用数字式直流调速系统，车削由可控硅供电的宽调磁直流电机，通过立式两档齿轮变速带动工作台回转。工作台分度和铣削圆周进给部分由两个交流伺服电机带动双齿轮驱动，完成分度后能自动夹紧。C 轴参加插补进给时卡紧打开，圆光栅安装在工作台中心。工作台主轴中心部分既具有恒定中心卸荷，又有轻载时给静压导轨加预载的结构，以减少和分担发热而引起的工作台导轨内侧的边沿负载，增强油膜刚度，主轴上部装有预紧油膜的调心滚子轴承、径向采用高精度双列圆柱滚子轴承定心，并装有承载能力较大的卸荷轴承。主轴轴承供油充分，以利润滑。保证工作台径向具有很高的精度和很长的使用寿命。底座采用多点恒流静压导轨，多点分油器定量供油。导轨面上镶有铜合金耐磨材料，开有静压油槽。轴向采用这种预载恒流静压导轨，承载能力大，稳定可靠。导轨面间有温度保护，并在导轨面之间有位置传感器油膜测厚装置，进行油膜厚度的实时监控，在加工过程中随时观察导轨的温度和油膜厚度，当油温达到 60℃时，工作台自动声光报警，保护导轨。在机床突然断电时，采用飞轮对导轨进行保护。
3.6 主变速箱
主变速箱是通过液压缸推动滑移齿轮变速的。恒速车削编码器安装在主变速箱内。传动箱内的齿轮采用淬火磨齿工艺，主变速箱齿轮结构紧凑、效率高、噪声低。
3.7 地基及液压设备
设备对地基的载荷分布合理，尽量降低基础的施工难度，且满足高温、潮湿及腐蚀性环境等现场使用工况。
液压、静压系统设计合理、安全可靠、维修性好、换油方便、不渗漏。
液压站设独立的静压油箱，各油箱具有足够容量，有油箱油位控制器和液压系统压力报警装置，在油箱放油孔设置放油管和手动截止阀，油箱顶面考虑积油排放措施。工作台静压油箱配工业冰箱式油温冷却装置，静压导轨有静压油膜测厚装置，并有油膜报警、保护停机功能，设置油温控制器，有温度报警保护装置，有防止油液外溢的可靠措施。
保证各大件足够的强度和刚性，减震性好，以满足在满负荷工作状态下正常工作的需求。各零部件均选用性能优良的材料，并经相应的热处理，保证足够的性能要求。
3.8升降走台及其它
设有独立的升降操作间，沿水平方向可伸缩，在垂直方向可升降，各行程能满足操作使用需求且有足够余量，有断电保护装置。操作台位于升降操作间上，并配有手持操作单元，线长以西门子所能提供的最大长度为限。工作台面设计足够的标准 T 型槽和配置 8 套标准卡爪，具有增力装置。
各运动表面均设置润滑加油装置，采用自动润滑方式，并采取可靠的防尘措施和回收净化循环装置，保证各润滑点润滑良好、安全可靠、维修性好、换油方便、没有泄漏。
外露导轨加不锈钢伸缩式防护罩。
各运动机构终端设置可靠的减速限位、极限保护装置，防止运动机构出轨，以保证操作人员和设备的安全。
结论
本文研究数控单柱移动立式铣车床工艺性能和机床总体布局，重点研究了主要零部件设计。
参考文献
[1] 王晓员.车铣多功能机床总体设计[J].机械工程师，2007，05
[2] 张惠敏.五轴联动数控机床的设计[J].机床与液压，2010，08