一、概述

      臥式銑鏜加工中心體現了國產數控機床快速發展，標誌（zhì）著我國數（shù）控機床在技術（shù）上的新突破（pò）。產品有小（xiǎo）規格300mm工作台到大規格2500mm工（gōng）作台，有單（dān）工作（zuò）台到雙交（jiāo）換工（gōng）作;有普通型到精密、高速（sù）型加中心等等（děng）。此次把臥式銑鏜加工中心（xīn）作為論述的重點，是由於這（zhè）類產品在我國生產（chǎn）製造已經有幾十年的曆史，其製造技術比較成熟，一般生（shēng）產機（jī）床工作台規格都在2000mm以（yǐ）下。上個（gè）世紀八十年代開（kāi）始，由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（de）飛躍。但在幾十餘年的發展曆程（chéng）中，該產品雖（suī）然在技術性能（néng）、精度、主軸轉速及（jí）坐標移動速度等方麵不斷突破，而在產品規格上最大（dà）也隻是2000mm工作台。大規格、重大形式臥（wò）式銑鏜加工中心（xīn）近（jìn）幾年才開發出來。如今，2500mm或以上規格工作台（tái）、帶交換工作台站的重大型臥式（shì）加工中心（xīn），開創了該類產品（pǐn）曆史先河，為我國航空、航天、軍工、電力、船舶、工程機械和其它機械製造業（yè）行業提供了大型關鍵設備。

      二、臥式銑鏜加工中心總體布局的結構（gòu）特點與技術分析

      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（bāo）括落地式及五軸加工中心。

      臥式加工中心產品的總體（tǐ）布局有立柱固定式和移動式結構（gòu）;主軸箱有正掛（guà）箱和側掛箱（xiāng）;主軸形式有固（gù）定式和移動式，移動式主軸有（yǒu）鏜杆式、滑（huá）枕（zhěn）式、平旋盤式等多（duō）種（zhǒng）結構。

      1. 立柱固定式結構

      采（cǎi）用立柱固定式（shì）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（dìng）在床身上，工作台沿X向、Z向作十字（zì）運動，主（zhǔ）軸箱沿Y向（xiàng）上下運動。主軸箱可以是正掛箱、側掛箱兩種形式。此類機床適用於（yú）中型複雜零件的鏜、銑（xǐ）等多工序加工。

      2）固定式框架立柱結構，主軸箱（xiāng）沿X、Y向作十字運（yùn）動，工作台沿Y向運動。此類機床適用於（yú）中小（xiǎo）型零件的鏜、銑等多種工序加工。

      3）立柱固定在床身上，主（zhǔ）軸箱側掛在立柱上（shàng），主軸箱沿Y、Z向作運動，工作台沿X向運動。此類（lèi）機床適（shì）用（yòng）於中型零件鏜、銑等多工序加工（gōng）。

      2. 立柱（zhù）移動式結構

      立柱移動式機床特點是整（zhěng）體床（chuáng）身大多呈T字型布（bù）局，它包括這麽（me）幾種結構形式:

      1）床身呈T字布局（jú）刨台式結構，立柱在縱床（chuáng）身上（shàng）沿Z向運動，工作台在橫床身（shēn）上沿X向運（yùn）動。主軸箱在立柱上有正掛（guà）箱、側掛（guà）箱兩種形式，沿Y向運動。這類（lèi）機床適用於中、大型零件，特別是長度較大零件的鏜、銑等多工序加工。

  
      2）床（chuáng）身呈（chéng）倒T字形布局結構（gòu），立柱在橫床身上作X向（xiàng）運動，工作台在縱床（chuáng）身上作Z向運動。主（zhǔ）軸箱在立柱上有正掛箱、側掛箱兩（liǎng）種（zhǒng）形式，沿Y向運動。這類機床適（shì）用於中、大（dà）型零件的鏜、銑等多工序加工。

      3）床身呈倒十字形布局結構（gòu），立柱沿X、Z向（xiàng）十字運動（dòng），主（zhǔ）軸箱在立柱上作Y向運動，工作台固定在前床身上。這（zhè）種（zhǒng）機床可適用於中、小型複雜零件的鏜、銑等多工序加工。

      目前，國（guó）內外臥式加（jiā）工（gōng）中心機床（chuáng）布局大多采用T字形結構，這種結構的機床技術比較成熟（shú）。從上述結構布局（jú）分析可以看出，一般中、小（xiǎo）型機床采用倒T字（zì）型結構。這種結構機床可配備多個工作（zuò）台實現快（kuài）速交換（huàn）。運動部件也可高速移動，並能高速切（qiē）削加工，提高工作效率。而T字形（xíng）刨（páo）台式結構適用於大、重型機床，可（kě）配備雙工作台交換加工，機床工作的同時可以在待加工區（qū）進行工件的（de）裝夾，提高機床加（jiā）工效率。這種結構布局可作為柔性單元，搭配自（zì）動線構成柔性製造係統。

      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立柱中央沿立柱導軌上下移動。由於是正掛箱結構，主軸處（chù）於箱體的對稱中心部位（wèi），機床運轉所產生箱體溫升變形對主軸軸（zhóu）線位移影響（xiǎng）較小。因此（cǐ），主軸箱為正掛箱的機床更（gèng）容易保證零件加工精度。而主軸箱體裝（zhuāng）在（zài）龍（lóng）門框架立柱內部，其裝配工藝複雜，必須有特殊工藝、工裝才保（bǎo）證主（zhǔ）軸箱與龍門式立（lì）柱的裝配。這種結構（gòu）的（de）機（jī）床提高了（le）工藝製造成本。

      4. 主軸箱側掛箱結構分析

  
      側掛箱（xiāng）則是主軸箱側掛於（yú）立柱外側沿立柱導軌上下移動。立柱一般都是采用封閉式矩形箱型結構，其抗彎、抗扭、抗變形能力較強。由於主軸箱掛於立柱側麵，機床運轉所產生箱體溫升（shēng）或受其他熱（rè）覆射使（shǐ）箱體變形（xíng）而使主軸軸線（xiàn）產生偏移，影響工件的加工精度。這種結構機床可承受較大的切削力，且（qiě）裝配較正掛箱相對容易簡單。

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

      5. 主軸部件分析

      1) 固定式主軸（zhóu）結構:

  
      ● 機（jī）械（xiè）主軸:當今（jīn）一般都（dōu）采用結構緊湊集成主（zhǔ）軸組（zǔ）結構，通過獨立伺服電機驅動，經齒輪有級傳動帶動主軸旋轉。由於（yú）采用齒輪降速傳動，主（zhǔ）軸變速（sù）範（fàn）圍大，可實現大扭矩、重切（qiē）削加工要求。另外還有采用齒型帶同步傳動結構，可實現主軸無級調速。無論采用哪種傳動的主軸（zhóu）結（jié）構（gòu），主軸軸徑頭部（bù）位置與箱體間存在（zài）有間隙。一般在箱體或主軸法蘭藍（lán）盤設計成迷宮式結構，並以氣幕加以保護，避（bì）免切削（xuē）液和粉塵等滲入，以保證主軸的精度和使用壽命。

  
      ● 電（diàn）主軸:這種主軸通常采用內藏式電機主軸單元結（jié）構，以零傳動的方式實現（xiàn）主軸高速旋轉。主軸內部裝有編碼器，通過伺服裝置（zhì）對主軸運轉進行控製（zhì），可完（wán）成主軸準停、急停等功能。由於是電機（jī）直接驅動無傳（chuán）動鏈，可使主軸達幾萬轉或更高轉速，並可（kě）減少機床的噪聲、發熱、振動和（hé）功率損失。一般適用於切削力小、薄壁、複雜曲（qǔ）麵、精密零件的加工。

      2）移動式（shì）主軸（zhóu）結構:

      移動式主軸結構一般（bān）用（yòng）在（zài）中、大型機床上。它克服了固定式（shì）主軸接長刀（dāo）杆加工易使刀杆變形而帶來的（de）弊端，通常用以（yǐ）較深（shēn）孔的鏜削（xuē）或平（píng）麵銑削加工。鏜杆或滑枕伸出時會產生撓度（dù）誤差，而影響工件加工質量，因此，對於采（cǎi）用移動式主軸（zhóu）的機床這是一個比較關鍵項目。國內（nèi）外企業對此不斷進行深入研究，采用新材料（liào），改進設計、工藝，采用（yòng）主（zhǔ）軸集成技術等方法提高移（yí）動部件的剛性，利用控製及補（bǔ）償技（jì）術修正移動（dòng）誤差（chà）來保證加工精度。

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

  
      ●  平旋（xuán）盤式主軸:平旋盤可分（fèn）為固定式和（hé）可拆式兩種。固定式平旋盤是安裝在機床上不可拆卸的，而可拆式平旋盤（pán）拆卸與否（fǒu）可根據加工（gōng）的（de）需要來確定。平旋盤旋轉運動是（shì）由主電機經齒輪傳動完成主切削運動;平旋盤（pán）滑塊的徑向（xiàng）進給移動是由伺服電機驅動，經齒輪行星（xīng）機構傳遞完成。平旋盤還可以帶有（yǒu）兩個滑塊同向或反向沿徑（jìng）向移動，實現進給加工。這種平旋盤結構與普通機床上的平旋盤不同，平旋盤滑塊的進給是由伺服電機控製完（wán）成，稱（chēng）為U軸。平旋盤徑向滑塊上（shàng）帶有刀具自（zì）動（dòng）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（gōu）槽的車鏜加（jiā）工。

      三、高精（jīng）度（dù）、高速度、重大型是臥式銑鏜加工中心技（jì）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（men）發現很多新麵孔。據了（le）解，他們（men）有的是近兩年（nián）才轉入機床行業並自行開發、製造臥式加工（gōng）中心，其機床製造技術不是很成（chéng）熟，機床指標與性能（néng）還處於一般水平。有的卻是高起點，利（lì）用國外先進技術生產製造中、大（dà）型臥式（shì）加工中心及其他類型高端數控產品。

  
      一（yī）般工作台規格在630mm以下的中小規格（gé）機床，機械主（zhǔ）軸最高轉速大多在8000r/min以下;各直線坐標最大位移速度在60m/min以下;定位精度在（zài）0.01mm左（zuǒ）右。而中大型規格的臥式加工中心機床指標低於上述指標。 通過資料顯示，有些企業機床性能、參數可作為選項，根據（jù）用戶需要，采用不同（tóng）配製。例如（rú）:有些中、小規格的加工中心，采用了電動主軸（zhóu），使（shǐ）機床主軸轉速可達（dá）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。  

      提高機床進給速（sù）度、縮短零（líng）件加工時（shí）間，是提高生產（chǎn）效率的重要保證。因（yīn）此在高速進給技術方（fāng）麵，已采用直線（xiàn）電機驅動或采用大導程滾珠絲杠（gàng）為驅動，進給加速度達1.5G~ 2G，快（kuài）速進給速度達120 mm／min。此類產品在於機體的小型（xíng）化，通過采用相應的技術手段是不難達到（dào）的，這類產品更易於形成柔性線體係。   

  
      四、結束語 

      目前，中（zhōng）小規格臥式加工中心產品（pǐn）涉足廠家較多，產品的整體製造技術比較成熟，產品的技（jì）術性能與技術指標已接近國外發達國家產品水平。這類產品市場容量（liàng）大、但競爭也較為激烈，已麵臨（lín）著產能過剩的（de）危機。而國內重（chóng）大型臥式加（jiā）工中心製造技術還（hái）處於發展階段（duàn），國內能夠掌握其核心技術生（shēng）產、製造的企業不多，重大型產品競（jìng）爭（zhēng）遠不如中小規（guī）格產（chǎn）品競爭激烈，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（pǐn）技術發展落後於中小規格產品。若要實現核心技術突（tū）破，企業應積極跟蹤市場和國外產品技術發展趨勢，踏實做好核心技術的攻關研究工作，如（rú）大型移動部件的剛（gāng）性研究以及拖動技術的（de）研究，熱變形補償技術的研究等等，使之提高機床的精（jīng）度和穩定性，真正實現從提（tí）供機床產（chǎn）品到機床商品的轉變（biàn），為我（wǒ）國重點發展領域及新興產業提供（gòng）先進適用的機床裝備。