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前言

如今，世界己进入了全球制造的时代，缩短产业链、专注自身核心竞

争力的提高已成为世界制造业企业的变革趋势。面对千差万别的制造业，

如何以客户为中心、满足客户个性化的需求、为他们提供一个整体的最优

化的解决方案是当今机床制造企业所面临的一个重要课题。鉴于此，复合

机床应运而生。

复合机床（ComplexMachineTools），是指能够在一台主机上完成尽

可能从毛坯到成品的多种加工要素的机床。该类型机床就是为适应市场单

件小批、快捷生产需求以及新工艺对机床在各方面的要求而开发的。它具

有保持工序集中、节省作业面积、减少机床和夹具数量、消除或减少工件

重新安装定位次数、免去工件间的搬运和储存、提高工件加工精度、缩短

加工周期的优势，是当前世界机床技术发展潮流。本文就以复合机床中的

一种——车铣复合加工中心为例，系统阐述机床设计的脉络及需要注意的

问题。

具体设计过程

1.分析任务

本次设计任务为车铣复合加工中心，顾名思义，设计成果要实现以下

功能：

1）车削。车削加工的最大特点为工件通过卡盘夹在机床主轴上，并高

速旋转，刀具固定，并按照回转体的母线走刀，切出产品外型。与传统的

车削机床不同，目前车削类机床的刀具均为动力刀架。

2）铣削。与车削加工不同，铣削加工的显著特征为刀具在高速电主轴

的驱动下旋转，工件固定，本功能可以由动力刀架上的配备电主轴的刀具

实现。

3）加工中心。提到加工中心，就不能忽视其自动换刀功能。依照加工

中心的功能要求，常常以转塔刀架或刀库实现此项功能。鉴于本设计为中

小型加工中心，因此选用前者作为换刀装置。

4）精密。由于先进制造的要求，精密加工已经成为机加工的大势所趋。

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当今机床行业中，精密已经成为衡量机床性能的最基本指标。为了实现这

一性能，机床界掀起了一股股推陈出新的浪潮，推动了机床业的发展。

2功能部件选择

由上述分析，可以初步确定出此加工中心的总体布局。其依据为其各

个参数。如用于加工零件的最大回转半径，主轴转速初步选定伺服电机，

为防止在实际加工过程中出现类似超负荷等意外，选择伺服电机时应该注

意要留有一定的余量。精密滚珠丝杠为目前常规机床机加工中心上常用的

传动部件，采用多种有效地冷却系统，精密滚珠丝杠能满足大部分精密加

工的要求。如今，精密滚珠丝杠早已产业化，用户可以根据自己的需求通

过专门的厂家量身定制所需规格的滚珠丝杠。在本设计中，采用长短两根

精密滚珠丝杠，分别提供加工中心x和y方向进给运动。滚珠丝杠带动溜

板箱，而溜板箱有两根导轨固定于床身上，而横向进给（即y方向进给）

的溜板箱上端固定动力刀架，下端通过导轨固联于横向溜板箱，其运动由

较短的滚珠丝杠提供，两滚珠丝杠端部均通过联轴器与相应的伺服电机联

接，伺服电机型号由滚珠丝杠所承受的负载确定。关于滚珠丝杠和导轨的

具体尺寸则由厂家确定，用户只需提供丝杠需传动的负载即可。根据快速

进给速度初步确定滚珠丝杠和导轨的型式和长度。由以上各个数据可以初

步确定加工中心主要工作部分的结构及尺寸。

到此为止，加工中心的传动系统就初步设计完成，下面是动力刀架的

设计。动力刀架是数控车床及中小型加工中心中应用最普遍的一种辅助装

置，它可使数控车床在工件一次装夹中完成多种甚至所有的加工工序，以

缩短加工的辅助时间，减少加工过程中由于多次安装工件而引起的误差，

从而提高机床的加工效率和加工精度。动力刀架的性能和结