一、概述

      臥（wò）式銑鏜加工中心體現了國（guó）產數控機床快速發展，標誌著我國數控機床在技術上的新突破。產（chǎn）品有小規（guī）格300mm工作台到（dào）大（dà）規格2500mm工作台，有單工作台到雙交換（huàn）工作;有普通型到精密、高速型加中心等等。此次（cì）把臥式銑鏜加工中心作（zuò）為論述的重點，是由於這類產品在我國（guó）生產製造（zào）已經有幾十（shí）年（nián）的曆史（shǐ），其製造技術比較成熟，一（yī）般生產機床工作台規格都在2000mm以下。上個世紀八十年代開始，由（yóu）最初國內幾家企業到如今製造該產品的企業達幾十家，產品技術水平也有了質的飛躍。但在幾（jǐ）十餘年的發展曆程中，該產品雖然在技（jì）術性能、精度、主（zhǔ）軸轉速（sù）及坐標移動速度等（děng）方（fāng）麵不斷（duàn）突破，而在（zài）產品（pǐn）規格上最（zuì）大也隻是2000mm工（gōng）作台。大規（guī）格、重大形式臥式銑鏜加（jiā）工中心近幾年才開發出（chū）來。如今，2500mm或以上規格工作台、帶交換（huàn）工作（zuò）台站的重大型臥式加工中（zhōng）心，開創了該類產品曆史先河，為我國航空、航天、軍工、電力、船（chuán）舶、工程機械和其它機械製造業行業（yè）提供（gòng）了大型關鍵設備。

      二、臥（wò）式銑鏜加（jiā）工中（zhōng）心總體（tǐ）布局的結構特點與技（jì）術分（fèn）析

      本分析隻對傳統上刨台式及十字滑台式臥式加工中心進（jìn）分析，不包括落地（dì）式及五軸加工中心。

      臥（wò）式加（jiā）工（gōng）中心產品的總體布局有立柱固（gù）定式和移動式結（jié）構（gòu）;主軸箱有（yǒu）正掛箱和側掛箱;主軸形式有固定（dìng）式和移動式，移動式主軸（zhóu）有鏜杆式、滑枕式、平旋盤式等多種（zhǒng）結構。

      1. 立柱固定（dìng）式結構

      采用立柱固定式（shì）結構的機床，其機床布局不（bú）外乎有這麽幾種形式:

      1）立柱固定在床身上，工作台沿X向、Z向作十字運動，主軸箱（xiāng）沿Y向上下運動。主軸（zhóu）箱可以是正掛（guà）箱、側掛箱兩種形式。此類機床（chuáng）適用於中（zhōng）型（xíng）複雜零件的鏜、銑等多工序加工。

      2）固定（dìng）式框架立（lì）柱結構（gòu），主軸箱沿X、Y向作十字運動，工作台沿Y向運動。此類機床適用於中（zhōng）小型零件的鏜、銑等多種工序（xù）加工。

      3）立柱固定在床身上，主軸箱側掛在立柱上，主軸箱沿Y、Z向作運動，工作台沿X向運（yùn）動（dòng）。此類機床適用於中型零件鏜、銑等多工序加工。

      2. 立柱移動式結構

      立柱移動（dòng）式機床特點是整體床（chuáng）身大（dà）多呈T字型布局，它（tā）包括這麽幾種結（jié）構形式:

      1）床身呈T字布局刨台式結（jié）構，立柱在縱床身上（shàng）沿Z向運動，工作台在橫床身上沿X向運（yùn）動。主軸箱在立柱上有正掛箱、側掛箱兩種形式，沿Y向運動。這（zhè）類機床適用於（yú）中（zhōng）、大型零件，特別是長度較大零件的鏜、銑（xǐ）等多工（gōng）序加工。

  
      2）床身呈倒T字形布局（jú）結構，立柱（zhù）在橫床身上作X向運動，工作台在縱床身上作Z向運動（dòng）。主軸箱在（zài）立柱上有正掛箱、側掛箱兩種形式，沿Y向運動。這類機床（chuáng）適用（yòng）於中、大型零件的鏜、銑（xǐ）等多工序加工。

      3）床身呈倒（dǎo）十字（zì）形布局（jú）結（jié）構，立柱沿X、Z向十字運動（dòng），主軸箱在立柱（zhù）上作Y向運動，工作台（tái）固定在前床身上。這種機床可適用於中（zhōng）、小型複雜零件的鏜、銑等多工序加工。

      目前，國內（nèi）外臥式加工中心機床布局大多采用T字形結構，這種結（jié）構（gòu）的機床技術比較成熟。從上述結構布（bù）局分析可以看出，一般中、小型機床采用倒T字型結構。這種結構機床可配備（bèi）多個工作台實現快速交換。運動部件也可高速移動，並能高速切削加工，提高工作效率。而T字形刨台式（shì）結構適用於大、重型（xíng）機床，可配備（bèi）雙工作台交換加工，機床（chuáng）工作的同時可以在待加工區進行工件的裝夾，提高機床加工效率。這種結構布局可作為柔性單元，搭配自動線構成柔性製造（zào）係統。

      3. 主軸箱正掛箱結構分析

  
      主軸箱為正掛箱即是主軸箱體在龍門框架式熱對稱（chēng）立柱中央沿立柱導軌上下移（yí）動。由於是正掛箱結構，主軸處於箱體的對稱中心部位，機床運轉所產生箱體溫升變形對（duì）主軸軸線位移影響較小。因此（cǐ），主（zhǔ）軸箱為正掛箱（xiāng）的機床更容易保證零（líng）件加工精度。而主軸箱體裝在龍門框架立柱內部，其裝配工藝複雜，必（bì）須有特（tè）殊工藝、工裝才（cái）保證主軸（zhóu）箱與龍門式立柱的裝配。這（zhè）種結構的機床提高（gāo）了（le）工藝製造成本。

      4. 主軸箱側掛箱結構（gòu）分析

  
      側掛箱（xiāng）則是主軸箱側掛於立柱外側沿（yán）立柱（zhù）導軌上下移動。立柱一般都是采用封閉式矩形（xíng）箱型結構，其抗彎、抗扭、抗變形能（néng）力（lì）較強。由於主軸箱（xiāng）掛於立柱側麵，機床（chuáng）運轉（zhuǎn）所產生箱（xiāng）體溫升（shēng）或受其他熱覆射使箱體變形而使主（zhǔ）軸軸線產生偏移，影響工件的加工精度。這種結構機床可承受較（jiào）大的切削力，且裝配（pèi）較正掛箱相對容易簡單。

      加工中心是一種高精度機械加工設備，以（yǐ）提高零件加工精度為前題。因此，國內外企業的臥式加工中心大多數（shù）采用正掛箱結構。

      5. 主軸部件分析

      1) 固定式主軸結構（gòu）:

  
      ● 機械主軸:當今一般都采用結構緊湊集（jí）成主軸組結構，通過獨立（lì）伺服電機驅動，經齒輪有級傳動帶動主軸旋轉。由於采用齒輪降速傳動，主軸變（biàn）速範（fàn）圍大（dà），可實現大扭矩、重切削加工要求。另（lìng）外還有采用（yòng）齒型帶同步傳動結構，可實現主軸無級調速。無論采用哪種傳動（dòng）的（de）主軸結構，主軸（zhóu）軸徑頭部位置與箱體間存在有間隙。一（yī）般在箱體或主軸法蘭藍盤設計成迷宮式結構，並以氣幕加以保護，避免（miǎn）切削液和粉塵等滲入，以保證主軸的精度和使（shǐ）用壽命。

  
      ● 電（diàn）主軸:這種主軸通常采用（yòng）內藏式（shì）電機（jī）主軸單元（yuán）結構，以零傳動的（de）方式（shì）實現主（zhǔ）軸高速旋轉。主軸內部裝（zhuāng）有編碼器，通過伺服裝置對主軸運轉進行控製，可完成主軸準停、急停等功能。由於是電機（jī）直接驅（qū）動無傳動鏈（liàn），可使主軸達幾萬轉或更高轉速，並可減（jiǎn）少（shǎo）機床的噪聲、發（fā）熱、振動和功率損失。一般適用於切削力小、薄壁、複雜曲麵、精密零件的加（jiā）工。

      2）移動式主軸結構（gòu）:

      移動式主軸結構一般用在中、大型機床上。它克服（fú）了固定式主軸接長刀杆加工易使刀杆變形而帶來（lái）的弊端，通常用以較深孔的鏜削或平麵銑削加工。鏜杆或（huò）滑枕伸出時（shí）會產（chǎn）生撓度誤差，而影響工件加工質量，因此，對於采用移動式主軸的機床這是一（yī）個比（bǐ）較關（guān）鍵項目。國內外企業對此（cǐ）不斷進行深入研究，采用新材料，改進設計、工藝，采用主軸集成技術等方法提高移動部件的剛性（xìng），利（lì）用控製及補償技術（shù）修（xiū）正移動誤差來保證（zhèng）加工精度。

  
      ● 鏜杆式移動主軸:這種主軸結構可以由獨立伺服電機驅動滾珠絲杠拖動鏜軸移動，鏜軸移動位（wèi）置由位（wèi）置控製（zhì）器監控（kòng）。它（tā）作為機床一個坐標軸可自行或參與（yǔ）機床坐標聯動加工。通（tōng）常定義該軸為W軸。另外還有由液壓係統作為動力，液壓油缸為執行元件拖動鏜軸移動。這（zhè）種結構鏜軸的移動過程沒有位置監控，不能成為機床的坐標軸。

  
      ●  平旋盤式主軸:平旋（xuán）盤可分為固定式和可（kě）拆式兩（liǎng）種。固（gù）定式平旋盤是安裝在（zài）機床上不可拆（chāi）卸的，而可拆式（shì）平旋盤拆卸與否可根據加工的需要來確定。平旋盤旋（xuán）轉（zhuǎn）運動是（shì）由主電機經齒輪傳動完成主切削運動;平旋（xuán）盤滑塊（kuài）的徑向進給移動是由伺服電機（jī）驅（qū）動（dòng），經齒輪（lún）行（háng）星機構傳遞完成。平旋盤還可以（yǐ）帶有兩個滑塊同向或反向沿徑向移（yí）動，實現進給加工。這種平旋（xuán）盤結構與普通機床上的平旋盤不同，平旋盤滑塊（kuài）的進給是由伺服電機控製（zhì）完成，稱為U軸。平旋盤徑向滑塊上帶有刀具自動夾緊裝（zhuāng）置，可實現刀（dāo）具的自動交換，故稱（chēng）其為數控平旋盤。可實現複雜零件回轉麵及溝槽的車鏜加工。

      三（sān）、高精度、高速度、重大型是臥式銑鏜加工中心技術發展（zhǎn）的重點方向

  
      目前國內生產製造臥式加工中心企業有幾十家，產品規（guī）格從工作台300mm到2500mm等（děng）各種規格二十多台（tái）。在這些企業中我們發現很（hěn）多新麵（miàn）孔。據了（le）解，他們有的是近（jìn）兩年才轉入機（jī）床行業並自行開發、製造臥式加工中心，其機床製造技（jì）術不是很成熟，機床指標與性能還處於一般水平。有的卻是高起點，利用國（guó）外先進技（jì）術生（shēng）產製造（zào）中、大（dà）型臥式加工中心（xīn）及其他類型高端數控（kòng）產品。

  
      一般工作台規格在630mm以下的中小規格機床，機械主軸（zhóu）最高轉速大（dà）多在8000r/min以下（xià）;各直線（xiàn）坐標（biāo）最大位移速度（dù）在60m/min以下;定位精度在0.01mm左右（yòu）。而中大型規格的（de）臥（wò）式加工中心機床指（zhǐ）標低於上述指標。 通過資料顯示，有些企（qǐ）業機床性能、參數可作為（wéi）選項，根據用戶需（xū）要，采用不同配製。例如:有些中、小（xiǎo）規格的加工中（zhōng）心，采用了電動主軸，使機（jī）床主軸轉（zhuǎn）速可達上萬轉/分鍾甚至幾（jǐ）萬轉/分鍾。滿足了汽車工業中的模具製造、以及動力設備製造業中難加工材料如:鈦合金、鉻、鎳、鐵等合金的加工。  

      提高機床進給（gěi）速度、縮（suō）短零件加工時間，是提高生產效率的重要保證。因此在高速進給技術方麵，已采用直線電機驅動或采用大導程滾珠絲杠為（wéi）驅動，進給加速（sù）度達1.5G~ 2G，快速進給速度達120 mm／min。此（cǐ）類產品在於機體的小型化，通過（guò）采用相應的（de）技術手段是不難達到的，這類（lèi）產品更易於（yú）形成（chéng）柔性線體係。   

  
      四、結束語 

      目前，中小規格臥式加（jiā）工中心產品涉足廠家較多，產品的整體製造技術比較成熟，產品的技術性能與技術指標已接（jiē）近國外發達國家產（chǎn）品水平。這（zhè）類產品市場容量大、但競爭（zhēng）也較為激烈，已麵臨著產（chǎn）能過剩（shèng）的危機。而國內重大型臥式加工中心製造技術（shù）還處（chù）於發展階（jiē）段，國內能夠掌握其核心技（jì）術生產（chǎn）、製造的企業不（bú）多，重大型產品競爭遠不如（rú）中小（xiǎo）規格產品競爭激烈，致使企業（yè）缺少（shǎo）產品了創新意思，產品的（de）技術挖潛（qián）升級步伐較慢，導致（zhì）重大型產品（pǐn）技術發展落後於中小規格產品。若要實現核心技術突破，企業應積極跟蹤市場和國外產品技術發展趨勢，踏實做好核心技（jì）術的攻關研究工作，如（rú）大型移動部件的剛性研究以（yǐ）及（jí）拖動技術的研究，熱（rè）變（biàn）形補償技術的研究等等，使之提高機（jī）床的精（jīng）度和穩定性，真正實現從提供機床產品（pǐn）到機床商品的轉變，為我國重點發展領（lǐng）域及新興產（chǎn）業提供先（xiān）進適用的機床裝備。