大量工程实践［1 － 2］和理论计算［3 － 4］表明  ，螺栓球的加工质量是决定空间结构网格安全稳定性的主导因素 。其中  ，螺栓球的形位误差和螺纹误差是加工中影响质量的最主要问题  ，依照标准  ，目前行业中螺纹孔精度和角度误差的合格率普遍不超过 30%  ，有的误差甚至超过国家规定标准 10 倍以上［4］  ，施工时多采用强迫安装  ，使局部受力过大  ，应力集中显著  ，严重影响空间结构的安全 。随着大型、超大型空间结构日益增多  ，对螺栓球精度的要求越来越高  ，安全性问题日益突出 。
造成以上结果的原因是行业内采用改造的普通机 床和人工加工方式  ，不能适应螺栓球加工的特点  ，补 偿繁琐  ，劳动强度大  ，生产效率低 。随着数控技术发 展  ，采用数控加工中心是一种解决方案  ，行业上曾出 现利用美国辛辛那提数控中心加工螺栓球的生产方 式  ，采用普通立式加工联合 2  轴数控转台进行加工  ，但螺栓球受力巨大  ，为维持加工刚性需减少进给速度  ，而无法在行业中推广 。
开发螺栓球专用加工机床  ，适应螺栓球加工特点  ，提高加工精度和效率  ，是空间网架结构行业亟需解决的问题 。
作者针对螺栓球加工的特点  ，分析了螺栓球加工中的受力情况和误差来源  ，提出了定心加工方案和卧式机床设计  ，依据分析结果计算了各个功能部件的受力以及装配要求 。
1    加工条件
设计螺栓球时  ，依据专用软件的计算结果决定单 个螺栓球中螺栓孔的尺寸和方位  ，属于单件生产 。螺 栓球直径为 120 ～ 300 mm  ，加工进给量 150 mm 以内  ， 属短进给加工 。
不考虑基准面和孔  ，螺栓球中每一个螺纹孔加工分为 4 步:  铣平面→钻孔→倒角→攻丝 。其中  ，受力或力矩最大的步骤是钻孔和攻丝 。随着建筑大型化  ， 螺栓球最大孔直径已经达到 M50 以上 。以 M40 为计算实例  ，钻孔的轴向钻削力接近 1 × 104  N  ，攻丝力矩达到 200  N•m  ，属于重力切削加工 。因此  ，加工中应使用锁紧装置和静态加工方法增强加工稳定性和刚 性  ，并应尽可能实现加工中各个部件的受力基本均 匀 。
 另一个现实条件是: 由于螺栓球为单件加工  ，应尽可能使用自动设备加工  ，减少人工使用量和编程量  ，以提高效率 。

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针对 45 号钢螺栓球的直径为 10 ～ 50 mm 螺纹孔全系列加工特点  ，设计专用加工机床  ，采用球心定位结构和卧式机床布置形式  ，进行了误差影响因素分析和受力状态下的机床刚性有限元分析  ，提出了机床的设计思路 。结果表明:
( 1) 采用卧式转台和立式转台的轴心交点和螺栓球球心重合  ，实现球心定位  ，能够减少两项设计和避免补偿加工误差;
( 2) 球心定位结构的薄弱环节在于立式转台  ， 将立式转台结构简化为空心体  ， 当壁面厚度在 15mm 以上时  ，球心点位移在 0. 05 mm 以下  ，考虑内部减速机构的分担作用  ，可认为刚度能够保证加工精度;
( 3) 有限元简化模型中  ，立式转台的台面和夹具连接部分为应力集中区域  ，在设计中需要加强;
( 4) 机床设计应以联合转台结构为出发点  ，依据机床受力逐步扩展 。
设计螺栓球加工机床时  ，应考虑的因素较多  ，包括摩擦刚度和辅助构件等构型设计  ，需要进一步研究 。