一、概述

      臥（wò）式銑鏜加工中心（xīn）體現了國產數控機床快速（sù）發展（zhǎn），標誌著我國數控機床在技術上的新突（tū）破。產品有小規格300mm工作台到大規格2500mm工作台，有單工作（zuò）台到雙交換工作（zuò）;有普（pǔ）通型到精密、高速型加中心（xīn）等等。此次把臥式銑鏜加（jiā）工中心作為論述的重點，是由（yóu）於這類產品在我國生產製造已經有幾十年的曆史，其製造技術比較成熟，一般生產機（jī）床工作台規格都（dōu）在2000mm以下（xià）。上個世紀八十（shí）年代開始，由最初國內（nèi）幾家企業（yè）到（dào）如今製造該產品的企業達（dá）幾十家，產品技（jì）術水平（píng）也有了質的飛躍。但在幾十餘年的發（fā）展曆程（chéng）中，該產品雖然在技術性能、精度、主軸轉速及坐標移動速度等方麵不斷突破（pò），而在產品規格上最大也隻是2000mm工作台。大規格（gé）、重大形（xíng）式臥（wò）式銑鏜（táng）加工中心近幾年才開發出來。如今，2500mm或（huò）以上規格工作台、帶（dài）交換工作台站的重大型（xíng）臥式加工中心，開創（chuàng）了（le）該類產品曆史先河，為我（wǒ）國航空（kōng）、航天、軍（jun1）工、電力、船舶、工程機械和（hé）其它機械製造業行業提供了大型關鍵設備。

      二、臥式銑鏜加工中心總（zǒng）體布局（jú）的結構特點與技術分析

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

      臥式（shì）加工中心產品的總體布局有立柱固定（dìng）式和移動式結（jié）構;主軸箱有（yǒu）正掛箱和側掛箱;主軸形式（shì）有固定式（shì）和移動式，移動式主軸有鏜杆式、滑枕式、平旋盤式等多（duō）種結構。

      1. 立柱固定式結構

      采用立柱（zhù）固定式結構的機床，其機床布局（jú）不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（shí）字運動（dòng），主軸箱沿Y向上下運動（dòng）。主軸箱可以是正掛箱、側掛箱兩（liǎng）種形式。此類機床適用於中型複雜零件的鏜、銑等多工序加工（gōng）。

      2）固定式（shì）框架立柱（zhù）結構（gòu），主軸箱（xiāng）沿（yán）X、Y向作十字運動，工作（zuò）台沿Y向運動。此類機（jī）床適用於中小型零件的鏜、銑（xǐ）等多種工序加工。

      3）立柱固定（dìng）在床身上，主軸箱側（cè）掛在立柱（zhù）上，主軸箱（xiāng）沿Y、Z向作運動，工作台沿X向運動。此類（lèi）機床適用於中型零件鏜（táng）、銑等多工序加工。

      2. 立柱移動式結構

      立柱移動式機床特點是整體床身大多呈T字型布局，它包括這麽幾種結構形式:

      1）床身呈T字布局刨台式結構，立柱在縱床身上沿Z向（xiàng）運動，工作台在（zài）橫床身上沿（yán）X向運動。主軸箱在立柱上有正掛（guà）箱、側掛箱兩種形式，沿（yán）Y向運動。這類機床適用於中、大型零件，特別是長（zhǎng）度較大零（líng）件的（de）鏜、銑等多工序加工。

  
      2）床身呈倒T字形布局結構，立柱在橫床身上作X向運動，工作（zuò）台（tái）在（zài）縱床身上作Z向運動。主軸箱在立（lì）柱上（shàng）有正掛箱、側掛（guà）箱兩種形式，沿Y向運動。這（zhè）類機床適用（yòng）於中、大型零件的鏜、銑等多工序加工。

      3）床身呈倒十字形布局結構，立柱沿X、Z向十字運動，主軸箱在立柱上作Y向運動，工作台固定在前床身上。這種機床可適用於中、小（xiǎo）型複雜零件的鏜、銑等多工序加工。

      目前，國（guó）內外臥式加工中心機床布（bù）局大多采用T字形結構，這種結構的機床技術比較成熟。從上述結構布局（jú）分析可（kě）以看出，一般中、小型機床采用倒T字型（xíng）結構。這種結（jié）構機床可配備多個（gè）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（zì）形刨（páo）台式結（jié）構適（shì）用於大、重型機床，可（kě）配備雙（shuāng）工作台交換加工，機床工作的同時可（kě）以（yǐ）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（zuò）為柔性單（dān）元，搭配自動線構成柔性製造係（xì）統。

      3. 主軸箱正掛箱結構分析

  
      主軸箱為正掛箱即（jí）是主軸箱體（tǐ）在龍門框架式熱對稱立柱中央（yāng）沿立柱導軌上下移動。由於是正掛箱結構，主軸處於箱體的對稱中（zhōng）心部位，機床運轉所產生箱體溫升變形對主軸軸線位（wèi）移影響較小。因此，主軸箱為正掛箱的機床更容易保證零件加工（gōng）精度。而主軸箱體裝在龍門框架立柱（zhù）內部（bù），其裝配工藝複雜，必須有特殊工藝、工裝（zhuāng）才保證主軸箱與龍門式立（lì）柱的裝配。這種結構的機床提高了工藝製造成本。

      4. 主軸箱側掛箱結構分（fèn）析

  
      側掛箱則是主軸箱側掛於立柱外側沿立柱導（dǎo）軌上下移動。立柱一般都是（shì）采（cǎi）用封閉式（shì）矩形箱（xiāng）型結構，其抗彎、抗（kàng）扭（niǔ）、抗（kàng）變形能力較強。由於主（zhǔ）軸箱掛於立柱側麵，機床運轉所產生（shēng）箱體溫升（shēng）或（huò）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（gōng）件（jiàn）的加工精度（dù）。這種結構機床可承受較大的切（qiē）削力，且裝配較正掛箱相對容易簡（jiǎn）單。

      加工中心是一種高精度機械加工設備，以提高零件（jiàn）加工精度為前題（tí）。因此，國內（nèi）外企（qǐ）業的臥式（shì）加工（gōng）中心大多數采用（yòng）正掛箱結構。

      5. 主軸部件（jiàn）分析

      1) 固定式（shì）主軸結構:

  
      ● 機械主軸:當今一般都采用結構緊湊集成主軸組結構（gòu），通過獨立伺服（fú）電機驅動（dòng），經齒輪有級傳動帶動主軸旋轉。由於采用齒輪降速傳動，主軸變速範圍大，可實現大扭矩、重切削加工要求。另外還有采用齒型帶同步傳動結（jié）構，可實現主軸無（wú）級調速。無論采（cǎi）用哪種傳動的主軸結構，主軸軸徑頭部位（wèi）置與箱體間存在有間隙。一般在（zài）箱體或（huò）主（zhǔ）軸法蘭藍盤設計成迷宮式結構，並以氣幕加以保護，避免切削液和粉（fěn）塵等滲入，以（yǐ）保證主（zhǔ）軸的精（jīng）度（dù）和使用壽（shòu）命。

  
      ● 電（diàn）主軸:這種主軸通常（cháng）采用內藏式（shì）電機主軸單元結（jié）構，以零（líng）傳（chuán）動的方式實現主軸高速旋轉。主軸（zhóu）內部裝有編（biān）碼器，通過伺服裝置對主（zhǔ）軸運轉（zhuǎn）進行控製，可完成主軸準停、急停等功能。由於是電機直接驅動無傳動鏈，可使主軸達幾萬轉或（huò）更高轉速，並可減少機床（chuáng）的噪聲、發熱、振（zhèn）動和功率損失。一般適用於切削力（lì）小、薄壁（bì）、複雜曲麵、精密零件的加（jiā）工。

      2）移動（dòng）式主軸結構:

      移（yí）動式（shì）主軸結構一般用在中、大型機床上。它克服了固（gù）定式主軸接（jiē）長刀杆加工易使刀杆變形而帶來的弊端，通常用以較深孔的鏜削或平麵銑削加工。鏜杆或滑枕（zhěn）伸出時會產生（shēng）撓度誤差（chà），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）較關鍵項目。國內外企（qǐ）業對此不斷進行深入研究，采用新材料，改（gǎi）進（jìn）設計、工藝，采用主（zhǔ）軸（zhóu）集成技術等方法提高移動部件的剛（gāng）性，利用控製及補償技術修正移動誤差來保證加工精度。

  
      ● 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（zhū）絲杠拖動鏜軸移動，鏜軸移動位置由位置控製（zhì）器監控。它作為機床一個坐標軸可（kě）自行或參與（yǔ）機床坐標聯動加工。通常定義該軸為W軸。另外還（hái）有由液壓係統作為（wéi）動力，液壓（yā）油缸為執行元件拖動鏜軸移動。這種結構鏜軸的移動過程沒有位置監控，不能成為（wéi）機（jī）床的坐標軸。

  
      ●  平旋盤式主軸:平（píng）旋盤可分為固定式和可拆式兩種。固定式平旋（xuán）盤是安裝在機床上不（bú）可拆卸的，而可拆式平旋盤拆卸與否可根據加工的（de）需（xū）要來確定。平旋盤（pán）旋轉（zhuǎn）運動是（shì）由主電機經齒輪傳動完成主切削運動;平旋盤滑塊（kuài）的徑向進給（gěi）移動是由伺服電機驅動，經（jīng）齒輪行星機（jī）構傳遞完成。平旋盤還可以帶有兩（liǎng）個滑塊同向或反向沿徑向移動，實現進給加（jiā）工（gōng）。這種平旋盤結構（gòu）與普通機床上的平旋盤不同，平旋（xuán）盤滑塊的進（jìn）給是（shì）由伺服電機控製完成，稱為U軸。平旋盤徑向滑塊上帶有刀（dāo）具自（zì）動夾緊裝置，可實現刀具的自動交換，故（gù）稱其為數控平旋盤。可實現複雜零件回轉麵及溝槽的車鏜加（jiā）工。

      三、高精（jīng）度、高（gāo）速度、重大（dà）型是臥式銑鏜加工中心技術發展的重點方向（xiàng）

  
      目前國內生產製造臥式（shì）加工中心企業有幾十家，產品規（guī）格從工作台300mm到2500mm等各種規格二十多台。在這些企業中我們發（fā）現很（hěn）多新麵孔。據了解，他（tā）們有的是近兩年才轉入機床行業並自行開發、製造臥式加（jiā）工中心，其機床製造（zào）技術不是很成熟，機床指標與性能還處（chù）於一般水平（píng）。有的卻（què）是高起點，利用（yòng）國外先進技術生（shēng）產（chǎn）製造中、大型臥（wò）式加工（gōng）中心及其（qí）他類型高端數控產品。

  
      一般工作台（tái）規格在630mm以（yǐ）下的中小規格機床，機械主軸最高轉速大多在8000r/min以下;各直線坐標最大（dà）位移速（sù）度在60m/min以下（xià）;定（dìng）位精度在0.01mm左（zuǒ）右。而中大型規格的臥（wò）式加工中心機床指標低於上述（shù）指標。 通過資料顯示，有些企業機床性能、參（cān）數可作為選項，根據（jù）用戶需要，采用不同配製。例如:有些中、小規格的加工中心，采用了電動主軸（zhóu），使機床主軸（zhóu）轉速可（kě）達上（shàng）萬轉/分鍾甚（shèn）至幾萬轉/分鍾。滿足了汽車工業中的模（mó）具（jù）製造、以及動力設備製造業中難加工材料如:鈦合金、鉻、鎳（niè）、鐵等合金的加工。  

      提高機床進給速度、縮短零（líng）件加工時間，是提高生產效率的重要保證。因此在高（gāo）速（sù）進給技術方麵，已（yǐ）采用直線電機驅動或采用大導程滾珠絲杠為驅動，進給加速度達1.5G~ 2G，快（kuài）速進給速度達120 mm／min。此類產品（pǐn）在於機體的小型化，通過采用相應的技術手段是不（bú）難達到的，這類產品更易於形成柔性線體係。   

  
      四、結束語 

      目前（qián），中小規格臥式加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）近國外發達國家產品水（shuǐ）平。這類產品市（shì）場容量大（dà）、但競爭（zhēng）也較為激烈，已麵臨著產能過剩的危機。而國內重大型（xíng）臥式加工中心製造技術還處於發展階（jiē）段，國內（nèi）能夠掌握其核心（xīn）技術生產、製造的企業不多，重大型產品競爭遠不如中小規格產品競爭（zhēng）激烈，致使企業缺少產品了創新意思，產品的技術挖潛升級步伐較慢，導致重大型產品技術發展落後於（yú）中小規格產品。若要（yào）實（shí）現（xiàn）核（hé）心技術突破，企（qǐ）業應積極跟蹤市場和（hé）國外產（chǎn）品技術發展趨勢，踏實做（zuò）好核心技術的攻關研究工作（zuò），如大（dà）型移（yí）動部件（jiàn）的剛性研究以及拖動技術的研究（jiū），熱變形補償技術的研究等（děng）等，使之提高（gāo）機床的精度（dù）和穩定性，真正實現從提供機床產品到機床商品的轉變，為（wéi）我國重點發展（zhǎn）領域及新興產業（yè）提供先進適用的機床裝備。