五軸臥式加工中心的高速化對機床的動態(tài)性能提出了越來越高的要求，近年來國內(nèi)外對機床結(jié)構(gòu)動態(tài)設計方面都開展了大量的研究。加工中心進給系統(tǒng)動態(tài)及工作臺為研究對象，建立了進給系統(tǒng)的有限元模型，利用軟件進行了分析，以提高工作臺的固有頻率為優(yōu)化目標進行了工作臺的尺寸優(yōu)化；在高速臥式加工中心動態(tài)設計時候，通過動態(tài)測試的方法獲得導軌結(jié)合面的特性參數(shù)并將其應用到數(shù)字仿真模型中，提高了模型的精度。
在五軸臥式加工中心的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計過程中，對主要部件的拓撲優(yōu)化設計，提高了加工中心的靜動態(tài)特性；以機床床身為研究對象，建立床身的簡化有限元模型，以固有頻率作為衡量床身動態(tài)性能優(yōu)劣的指標，重點研究床身固有頻率的變化趨勢以及主軸箱支撐臺筋板布置方式對床身動態(tài)特性的影響，并對此提出有效的解決方案。
臥式加工中心，適合于工件多面的銑、鉆、鏜、鉸、攻絲、兩維、三維曲面等多工序加工。具有在一次裝夾中完成箱體孔系和平面加工的良好性能，還特別適合于箱體孔的調(diào)頭鏜孔加工。為保證機床能夠高精、高速及高質(zhì)量地完成切削任務，需要對主軸箱垂直方向運動增加平衡裝置，以消除主軸箱本身及其承載的各部件產(chǎn)生的重量對其在垂直方向運動的速度、加速度和控制精度產(chǎn)生的不良影響。
原有氣缸平衡系統(tǒng)
考慮到五軸臥式加工中心的結(jié)構(gòu)特點及加工工藝，主軸箱在垂直方向運動加工時，不僅要受到刀具切削力和絲杠驅(qū)動力的作用，還會受到自身重量及裝載的主軸、電動機、結(jié)構(gòu)件和管路等零部件重量的作用，總計大概700kg，而且這些力的作用方向與主軸箱的運動方向平行，又不能效仿水平移動部件那樣被支撐起來，如果這些力不能被平衡，會對主軸箱運動的平穩(wěn)性帶來非常惡劣的影響。
因此，過往設計了氣缸平衡系統(tǒng)，氣缸固定于立柱之上，氣缸桿下伸拉住主軸箱以平衡掉主軸箱80%的重量。整套氣缸平衡系統(tǒng)的工作原理，壓力為0.6MPa的壓縮空氣經(jīng)過空氣潔凈器干燥過濾后進入增壓器，壓力增加至0.85～0.9MPa，由于經(jīng)增壓器排出的空氣壓力不穩(wěn)定，需經(jīng)減壓閥穩(wěn)定在0.8MPa后進入儲氣罐，在進儲氣罐前需安裝單向閥防止氣體回流導致氣缸失效。儲氣罐總?cè)莘e·158·70L，內(nèi)部的空氣供給氣缸工作，氣缸缸徑100mm，活塞桿直徑30mm，經(jīng)過計算可平衡約572kg的重量。
