0 引（yǐn）言

      在現代（dài）金（jīn）屬切削加工中，加工中（zhōng）心占有非（fēi）常重要的地位。近二十多年（nián）來，為了適應社會（huì）生產力發展的需（xū）求（qiú），加工中心的設計（jì）製造在結構、性能、功效以及其對環（huán）境的（de）影（yǐng）響等方麵（miàn）都有了巨大（dà）的進（jìn）步。就（jiù）加工中（zhōng）心基本結構而言，我們常將加工中心分為立式( 主軸垂直布置) 和臥式（shì）( 主軸水平布置) 兩大類，它（tā）們（men）的（de）加工特點也因此而有較大的區別。一般而言，臥式加工中心具有較多的優點，如結（jié）構剛性較高、加工時易於排屑（xiè）、有利（lì）於實現多麵加（jiā）工和加工自動化等（děng）等（děng）［1-3］。因此（cǐ），臥式加工中心越來越受到使（shǐ）用者的重視。

      然而，臥式加工中（zhōng）心的設計製造（zào）相對於立（lì）式加工（gōng）中心來說也具有更高的技（jì）術要求和難度。從加工中心發展曆史來看（kàn），臥式加工中心的問世和普及應用也較之立式加工中心晚許多（duō），這正是（shì）兩者技術要求的差異所決定的。雖然我國加（jiā）工中心生（shēng）產廠商（shāng）數量龐大，人們對臥式加工中心的研發也在日益重視［4-7］，但是真正能夠成熟生產臥式加工中心的廠（chǎng）家卻為數不多。

      在臥式加工中心的開發、設計、生產和技術進步方麵，德國機床（chuáng）製造行業一直走在全世界的最前列。其對技術的精益求精（jīng）和勇於革新的實（shí）踐，為國際機床業的發展做出了（le）重要的貢獻。例如，德國SW 公司在上世紀80 年代初期即專注於臥式加工中心的研發和生產（chǎn）。不僅如此，為了（le）能夠在臥式（shì）加工中心一係列優越性的（de）基礎上進一步（bù）大（dà）幅度提高單機的生產效率，SW公司在1985 年即推出了世界上第一台多主軸雙工作台臥式加工中心，用於高質量零件的大批（pī）量高效生產。時至今日，德國SW 公司為臥（wò）式加工中（zhōng）心（xīn）的技術進步不斷做出具有重大意義的（de）革新，成為世界多主軸臥式加工中心技術發展的引領者。SW 公司的一句名言（yán）對我們業內人士很（hěn）有啟發:“最重要的是為客戶的加工需求提供最經濟的和（hé）長期有效的解決方案，為此，做好工藝技術專家，這（zhè）比製造機床本身還重要。”正是（shì）這一理（lǐ）念，形成了SW 公司不斷革新（xīn）的（de）基礎和動力。這種理念也非常值得我國業內人士借鑒和深思。

      1 多主軸臥式加工中（zhōng）心的結構特點

      多主軸臥式加工中心的優（yōu）越性（xìng）是由其結構特（tè）點所決定的。床身、立柱、主（zhǔ）軸（zhóu）、工作台（tái）、刀庫、冷卻和（hé）潤滑（huá）係統以及它們之間的結構聯係，加之各數控軸的驅動和控製，這構成了一台（tái）加工中心的主要結構。我不妨以一台代表國際先進水平的SW 機床（chuáng）來分析高性能多主軸臥式加工中心（xīn）的結構特（tè）點，參見圖1。

      為了提高機床的整體剛性，設計（jì）突破了（le）傳統的 “床身（shēn）-立（lì）柱”式方案，發明了如圖2 所示具有專利技術（shù）的“立體框架式箱形（xíng）床身結構”。該床身的特點（diǎn）是由梁柱構成一個封閉式的立體框架（jià），並與傳統意義上的“床身”連為（wéi）一體，形成了一個高剛性的箱形（xíng）結構。

      X，Y，Z 三個數控軸集成為一個（gè）結構緊湊的組件（jiàn），如圖（tú）3 所示。其中，主軸( 可以是2 個也可以是4個) 安裝在一個主軸座內，主軸座則置（zhì）於一（yī）個高剛性的框架內，並可（kě）以實現（xiàn）X 和Z 向的運動; 載有主軸的框架通過導軌安裝在床身後側（cè），並可上下運動構成機床的Y 軸（zhóu）。

      機床的工作台為橫梁式結構，兩端支撐並可液壓鎖緊，因（yīn）而實現很高的剛度（dù）。該工作台的Y 向尺寸比Z 向尺寸明顯大，以便同時安裝多（duō）個被加工工件。橫梁式雙支撐工作台可繞其自身水平軸線轉動，形成一個數控轉（zhuǎn）動軸。根據加工節拍的（de）要求，工作台可設置為單雙兩種形式（shì），如圖4a 和4b 所示。通常情況下，當工件的加工時間較長（zhǎng），可選擇單工作台; 反之，則選用雙工作台（tái）。雙工作台（tái）的優點是: 當位於機床加工空間內的工作台處於加（jiā）工狀態時，位於機床加工空間外（wài）的工作台可同時進行工件（jiàn）的裝卸，從（cóng）而明顯減少機床的輔助時間，大大提高其有效使用率。兩工作台可繞其對稱軸翻轉，實現（xiàn）位置交換。

      由於工作台和X /Y /Z 組件分別安裝（zhuāng）在剛性極高的床身箱形結構兩側，故可以有（yǒu）效地承受加（jiā）工過程中產生的切削力和力矩，使得工（gōng）作台和主軸之間（jiān）由此產生的相對變形得到了有效的（de）控製，保（bǎo）證了機床（chuáng）具有（yǒu）很好的力學性能。

      該機（jī）床的刀（dāo）庫置於機床的上方( 參見圖1) ，節省了機床的占地麵積。此外，刀庫為模塊式結構，可以根據需要而增減其刀庫容量。圖5 所示為多個（gè）模塊組成的刀（dāo）庫結構。

      從上（shàng）麵的描述可以看出，該機床的方案設計非（fēi）常（cháng）合理，具有結構（gòu）緊湊、高剛性的突出優點。其特點表現在床身的（de）優化設計（jì）、移動軸的集成、工作台的構造和刀庫的模塊化等各方麵。正是這些結構上的特點，構成了實現其工藝優越性的（de）基礎（chǔ）。

      2 多主軸臥式加工中心的工藝優越性

      多主軸（zhóu）臥（wò）式加工中（zhōng）心除具備單主軸加工中心所具備的一般優越性以（yǐ）外，還具備以下突出優點:

      ( 1) 可（kě）以實現極高產能

      能夠實現極高產能是多主軸臥式加工中心區（qū）別於其它類型加工中心最突出的優點之（zhī）一。例如一台四（sì）主軸雙工作台臥（wò）式加工中心可以同（tóng）步加工四個工件，而與此同時，機床操作人（rén）員可以為另一個工（gōng）作（zuò）台（tái）裝夾待加工工件。當機床加工空（kōng）間內的工件被加工（gōng）完畢後，兩個工作（zuò）台繞（rào）其對（duì）稱軸線（xiàn）翻轉，實現（xiàn）兩（liǎng）個工（gōng）作台的位置（zhì）互換。機床執行（háng）新一輪的加工過程，操作人員則同時實施工件的裝卸（xiè）。此過程周而複始。由此可見，在加工節拍與（yǔ）工件裝卸時間相互配合很好的情（qíng）況下，機床幾乎可以實現連續性（xìng）生產。使用這種機床對於有些零件的加工甚至可以達到年產十萬件以（yǐ）上。圖6 示意了多主軸臥式加工中心在不（bú）同的主軸和工作台（tái）配置的情況下，其年（nián）產能的經驗數據。當然，對於具體（tǐ）零件加工的年產能與其具體加工內（nèi）容和要求密切相關，不可一概（gài）而論。

      ( 2) 有利於優化加工工藝

      橫梁式工作台不僅（jǐn）本身是一個數控轉動軸，而（ér）且可以根據加工需要在（zài）任意角度位置將（jiāng）其兩端液壓鎖緊，體現出（chū）極高的剛性。工作台上下兩麵均可裝夾工件（jiàn），每麵均備有多個液壓油和壓力氣體接口，為自動工裝夾具提供動力。這種（zhǒng）機床還可采（cǎi）用框架機器人直接（jiē）從機床的上方送料，實現無人化自動生產（chǎn）。值得指（zhǐ）出的是，為了進（jìn）一步（bù）優（yōu）化加工時的排屑性能，常可采用工（gōng）件倒置的方式進（jìn）行加工，這是一般回轉工作台式加工中心所難以實現的（de）。

      此外，橫梁式工作台（tái）上（shàng）還可以橫向布置安裝多個第5 軸，以實現多工件同步五軸聯動加工。

      ( 3) 優良的（de）人機（jī）交互性能

      工作台高度符合人機工程學原理，操作人員以（yǐ）普通站立姿勢裝夾工件。此外（wài），在裝夾工件時（shí），可將工作台麵置於水平向上的位置，易於裝夾操作，克服了用（yòng）工裝塔（tǎ）側麵裝夾工件費力費時的缺點。刀（dāo）庫裝刀（dāo）可在機（jī）床側麵進行，充（chōng）分考慮到（dào）了（le）操作的便捷性（xìng）。為了便於機床的維（wéi）護保養，機（jī）床的絕大多數核（hé）心部位都置於維修人員容易達到的位置。如機床（chuáng）的核心X /Y /Z 組（zǔ）件就可以方便（biàn）地調至適當的高度，維修人員可以從機床的後側方便地對其進行維護。

      ( 4) 有利於（yú）降低生產成本

      多主軸（zhóu）臥式加工中心雖然單機價格（gé）比普通加工（gōng）中心高，但由於其單位時間產出量極高，因而能夠明顯降低工件加工的單件成本。此外，這種機床（chuáng）占地麵積小，節能減（jiǎn）排（pái）效果顯著。例如，一台4 主軸臥式（shì）加（jiā）工中心（xīn）的產能相當於4 台普（pǔ）通加工中（zhōng）心。但其（qí）隻需一個冷卻潤滑係統、一個液壓係統、一個刀庫、一個控製係統等等，而（ér）且隻（zhī）需一個機床操（cāo）作人（rén）員。其極高的經濟（jì）效益不言而喻。

      ( 5) 精度標（biāo）準

      此（cǐ）類機（jī）床的位（wèi）移測（cè）量均采用直接測量方法。在用戶（hù）沒（méi）有特殊（shū）要求的情（qíng）況下，精度通常執行DIN-ISO230-2 標準。

      3 應用舉例

      這裏以幾個汽車零件（jiàn）的加工為例介紹多主軸臥式加工中心的（de）實際應用［8-9］。

      如圖7 所示為（wéi）一汽車的轉向節（jiē），材料是球墨鑄（zhù）鐵。使用BA600-2 型雙主軸雙工作台臥式加工中心，通過兩次夾緊完成所有加工。在橫梁式（shì）工作台上（shàng）四個（gè）工件( 其中兩個左轉向節和兩個（gè）右轉向節) 按 “左-右-左（zuǒ）-右”的順序安放，在一（yī）次夾緊的狀態下，完成（chéng）兩對轉向（xiàng）節的加工。單件加工時間為1. 72min。

      圖8 所示的零（líng）件是汽（qì）車刹車係統防抱死裝（zhuāng）置中液（yè）壓控製閥的閥體。該零件除六麵（miàn）均（jun1）需進行銑削加（jiā）工外（wài），還有大量的孔需要加工。這種閥體（tǐ）分為鑄鐵件和鋁件兩種形式。對於鑄鐵件閥體的加工，通常選用由絲杠（gàng）驅（qū）動直（zhí）線軸的BA400-4 型四主軸雙工作（zuò）台臥式加工中心; 而對於鋁（lǚ）件閥體的加工，則選用由直線電機驅動的BAW04-42 型四主軸雙工作台臥式加工中心。橫梁式工作台（tái）采用矩形截麵，在每個工作台的4 個側麵上各安裝4 個工件。通過兩次裝夾完成全部加工。對於鑄鐵件閥體加工總時（shí）間為2. 24min; 而對於鋁件（jiàn）閥體加工總時間僅為47s。

      渦（wō）輪增壓器葉輪為帶有空間（jiān）曲麵的複雜形狀零件（jiàn），如圖9 所示。由於該零件的（de）切削加工時間較長，工件裝夾又能夠（gòu）很快完成，故隻需一個工作台即可。這裏（lǐ）采用（yòng）BA321 型雙主軸（zhóu）單工（gōng）作台臥式加工中心。為了加工空間曲麵，在橫梁式工作台上設置兩個第5軸，實現五軸聯動加工。主（zhǔ）軸轉速40000r /min，兩（liǎng）個工件同時加工完成，加工時間為3. 6min。

      圖10 為一體（tǐ）積（jī）較大的汽車變速箱殼體，其（qí）特點是壁厚較（jiào）薄，且（qiě）為鋁件，加工時容易變形。為了加工該零件，采用BAW06-22 型雙主軸雙工作台臥式加工中心。每個工作台（tái）安裝兩（liǎng）個工件，采用液壓夾緊（jǐn）裝置夾緊（jǐn）工件。通過兩次裝夾完成所（suǒ）有加（jiā）工，單件加工時間為3. 46min。

      由上述應用舉例可以看出（chū）多主軸臥式（shì）加工中心具有極高的生產效率（lǜ）。

      4 結束語

      多主（zhǔ）軸臥式加工中心（xīn）展示了高產能機床的發展方向，其生產效率可以（yǐ）與一些高產能專用機床相比。但與專（zhuān）用機床不（bú）同，它同時具備加工中心的高柔性，適用於（yú）不同工件的（de）加工，為金屬切削加工提供了一（yī）種經濟高（gāo）效（xiào）的加（jiā）工手段。這類機床特別適（shì）用於中等批量或者大批量生產，即（jí）便是較小批量的加工情（qíng）況（kuàng），隻要加工節拍和工件裝夾（jiá）時間配合（hé）恰當，也常常可以實現很好的經濟效益。多主軸臥（wò）式加工中心在（zài）汽車零部件、液壓氣動件、工（gōng）程機械等許（xǔ）多（duō）領域（yù）都具有廣泛（fàn）的應用前（qián）景。