随着我国先进制造业的发展,零件的形状精度以及位置精度的要求也越来越高。齿轮箱、发动机箱体等重要场合对复杂箱体类零件的需求量与日俱增,对复杂箱体类零件的性能也提出了更高的要求。复杂箱体类零件是机器及其部件的重要结构件,将机器及其基础部件中的轴、轴承、套和齿轮等零件按一定的相互位置关系装配成一个整体,并按预定传动关系协调其运动,复杂箱体类零件加工质量的好坏不仅影响整机装配精度及运动精度,而且影响到机器的使用性能和使用寿命。传统加工复杂箱体类零件的加工工序多,工件在不同的机床上多次装夹,造成加工过程中工件坐标系不一致,导致复杂箱体类零件位置精度不易把握,给后期的装配带来困难;头库式数控龙门加工中心是“工序集中”的机床设备,其是基于数控龙门加工中心的基础上发展而来,它具有数控龙门加工中心加工跨距大、效率高、刚度好等特点,聚集了铣、钻、扩、镗、铰、锪,攻丝等“工序集中”的工艺功能。头库式数控龙门加工中心配带了头库,能够实现“卧式镗铣”与“立式镗铣”转换加工的功能,能够保证复杂箱体类零件的位置精度、相互位置精度等要求。头库式数控龙门加工中心主轴与卧式主轴头的连接部位采用四个辅助液压缸作为拉紧装置,使得卧式主轴头在每一个加工位置上都能与机床成为有机的整体,因此头库式数控龙门加工中心的刚性好,可以在加工时采用大的切削量,提高了工件的加工效率、降低了大型箱体类零件的加工成本,提高零件加工精度。头库式数控龙门加工中心将会广泛应用于机械、化工、汽车以及航空航天等工业领域。为了提高复杂箱体类零件加工的位置精度,需要对数控机床的结构进行改进和创新。因此本文系统的研究了国内外数控机床的刀库、回转工作台与角度头、五轴联动数控机床、五面加工中心等的结构,针对复杂箱体类零件的位置精度难以保证问题,提出了采用头库式数控龙门加工中心来完成复杂箱体类零件的加工,分析了头库式数控龙门加工中心在加工过程中可能出现的问题及原因,为复杂箱体类零件在头库式数控龙门加工中心中的加工工艺做好理论上的准备工作。为了大幅度的提高头库式数控龙门加工中心的加工范围,本文将卧式主轴头设计有可回转的功能。通过卧式主轴头绕Z轴进行多工位的回转并准确的安装定位,来加工复杂箱体的不同面(与卧式主轴垂直面)。因为在加工过程中只有主轴头的互相更换和卧式主轴头的方向回转,并没有对复杂箱体工件再次装夹,因此可以提高零件的位置精度。为了验证头库式数控龙门加工中心的实用性,本文基于箱体加工件的成形工艺,建立了头库式数控龙门加工中心机床上加工实例,并对箱体加工件进行装夹定位,演示头库式数控龙门加工中心加工过程。在卧式主轴头设计过程中,基于有限元workbench软件完成一对弧形圆锥齿轮的轮齿接触应力和弯曲应力分析。在数值模拟的基础上,得到弧形圆锥齿轮下的头库式数控龙门加工中心切削效率更好,噪音得到降低,为复杂箱体件成形工艺的制定、工艺参数的优化提供了依据。头库式数控龙门加工中心机床的正常运转需要头库装置。基于箱体加工件在头库式数控龙门加工中心机床上的成形过程,箱体加工件的加工特点和更换主轴头动作的实现,本文初步设计出了头库式数控龙门加工中心设备的整体结构,并重点设计了换头机构和卧式主轴头的结构。通过Solidworks制作机床运动仿真验证所设计的装置能实现预定的动作,符合使用需求,为头库式数控龙门加工中心的优化设计和整体制造提供技术支撑。