一、概述
臥式銑鏜加工中心體現(xiàn)了國產(chǎn)數(shù)控機床快速發(fā)展，標志著我國數(shù)控機床在數(shù)控技術(shù)上的新突破。產(chǎn)品有小規(guī)格300mm工作臺到大規(guī)格2500mm工作臺，有單工作臺到雙交換工作;有普通型到精密、高速型加中心等等。此次把臥式銑鏜加工中心作為論述的重點，是由于這類產(chǎn)品在我國生產(chǎn)制造已經(jīng)有幾十年的歷史，其制造數(shù)控技術(shù)比較成熟，一般生產(chǎn)機床工作臺規(guī)格都在2000mm以下。上個世紀八十年代開始，由*初國內(nèi)幾家企業(yè)到如今制造該產(chǎn)品的企業(yè)達幾十家，產(chǎn)品技術(shù)水平也有了質(zhì)的飛躍。但在幾十余年的發(fā)展歷程中，該產(chǎn)品雖然在技術(shù)性能、精度、主軸轉(zhuǎn)速及坐標移動速度等方面不斷突破，而在產(chǎn)品規(guī)格上*大也只是2000mm工作臺。大規(guī)格、重大形式臥式銑鏜加工中心近幾年才開發(fā)出來。如今，2500mm或以上規(guī)格工作臺、帶交換工作臺站的重大型臥式加工中心，開創(chuàng)了該類產(chǎn)品歷史先河，為我國航空、航天、、電力、船舶、工程機械和其它機械制造業(yè)行業(yè)提供了大型關(guān)鍵設(shè)備。
二、臥式銑鏜加工中心總體布局的結(jié)構(gòu)特點與數(shù)控技術(shù)分析
本分析只對傳統(tǒng)上刨臺式及十字滑臺式臥式加工中心進分析，不包括落地式及五軸加工中心。
臥式加工中心產(chǎn)品的總體布局有立柱固定式和移動式結(jié)構(gòu);主軸箱有正掛箱和側(cè)掛箱;主軸形式有固定式和移動式，移動式主軸有鏜桿式、滑枕式、平旋盤式等多種結(jié)構(gòu)。
1. 立柱固定式結(jié)構(gòu)
采用立柱固定式結(jié)構(gòu)的機床，其機床布局不外乎有這么幾種形式:
1)立柱固定在床身上，工作臺沿X向、Z向作十字運動，主軸箱沿Y向上下運動。主軸箱可以是正掛箱、側(cè)掛箱兩種形式。此類機床適用于中型復(fù)雜零件的鏜、銑等多工序加工。
2)固定式框架立柱結(jié)構(gòu)，主軸箱沿X、Y向作十字運動，工作臺沿Y向運動。此類機床適用于中小型零件的鏜、銑等多種工序加工。
3)立柱固定在床身上，主軸箱側(cè)掛在立柱上，主軸箱沿Y、Z向作運動，工作臺沿X向運動。此類機床適用于中型零件鏜、銑等多工序加工。
2. 立柱移動式結(jié)構(gòu)
立柱移動式機床特點是整體床身大多呈T字型布局，它包括這么幾種結(jié)構(gòu)形式:
1)床身呈T字布局刨臺式結(jié)構(gòu)，立柱在縱床身上沿Z向運動，工作臺在橫床身上沿X向運動。主軸箱在立柱上有正掛箱、側(cè)掛箱兩種形式，沿Y向運動。這類機床適用于中、大型零件，特別是長度較大零件的鏜、銑等多工序加工。
2)床身呈倒T字形布局結(jié)構(gòu)，立柱在橫床身上作X向運動，工作臺在縱床身上作Z向運動。主軸箱在立柱上有正掛箱、側(cè)掛箱兩種形式，沿Y向運動。這類機床適用于中、大型零件的鏜、銑等多工序加工。
3)床身呈倒十字形布局結(jié)構(gòu)，立柱沿X、Z向十字運動，主軸箱在立柱上作Y向運動，工作臺固定在前床身上。這種機床可適用于中、小型復(fù)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(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的機床技術(shù)比較成熟。從上述結(jié)構(gòu)布局分析可以看出，一般中、小型機床采用倒T字型結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)機床可配備多個工作臺實現(xiàn)快速交換。運動部件也可高速移動，并能高速切削加工，提高工作效率。而T字形刨臺式結(jié)構(gòu)適用于大、重型機床，可配備雙工作臺交換加工，機床工作的同時可以在待加工區(qū)進行工件的裝夾，提高機床加工效率。這種結(jié)構(gòu)布局可作為柔性單元，搭配自動線構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)。
3. 主軸箱正掛箱結(jié)構(gòu)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沿立柱導(dǎo)軌上下移動。由于是正掛箱結(jié)構(gòu)，主軸處于箱體的對稱中心部位，機床運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生箱體溫升變形對主軸軸線位移影響較小。因此，主軸箱為正掛箱的機床更容易保證零件加工精度。而主軸箱體裝在龍門框架立柱內(nèi)部，其裝配工藝復(fù)雜，必須有特殊工藝、工裝才保證主軸箱與龍門式立柱的裝配。這種結(jié)構(gòu)的機床提高了工藝制造成本。
4. 主軸箱側(cè)掛箱結(jié)構(gòu)分析
側(cè)掛箱則是主軸箱側(cè)掛于立柱外側(cè)沿立柱導(dǎo)軌上下移動。立柱一般都是采用封閉式矩形箱型結(jié)構(gòu)，其抗彎、抗扭、抗變形能力較強。由于主軸箱掛于立柱側(cè)面，機床運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生箱體溫升或受其他熱覆射使箱體變形而使主軸軸線產(chǎn)生偏移，影響工件的加工精度。這種結(jié)構(gòu)機床可承受較大的切削力，且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工設(shè)備，以提高零件加工精度為前題。因此，國內(nèi)外企業(yè)的臥式加工中心大多數(shù)采用正掛箱結(jié)構(gòu)。
5. 主軸部件分析
1) 固定式主軸結(jié)構(gòu):
● 機械主軸:當今一般都采用結(jié)構(gòu)緊湊集成主軸組結(jié)構(gòu)，通過獨立伺服電機驅(qū)動，經(jīng)齒輪有級傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于采用齒輪降速傳動，主軸變速范圍大，可實現(xiàn)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(gòu)，可實現(xiàn)主軸無級調(diào)速。無論采用哪種傳動的主軸結(jié)構(gòu)，主軸軸徑頭部位置與箱體間存在有間隙。一般在箱體或主軸法蘭藍盤設(shè)計成迷宮式結(jié)構(gòu)，并以氣幕加以保護，避免切削液和粉塵等滲入，以保證主軸的精度和使用壽命。
● 電主軸:這種主軸通常采用內(nèi)藏式電機主軸單元結(jié)構(gòu)，以零傳動的方式實現(xiàn)主軸高速旋轉(zhuǎn)。主軸內(nèi)部裝有編碼器，通過伺服裝置對主軸運轉(zhuǎn)進行控制，可完成主軸準停、急停等功能。由于是電機直接驅(qū)動無傳動鏈，可使主軸達幾萬轉(zhuǎn)或更高轉(zhuǎn)速，并可減少機床的噪聲、發(fā)熱、振動和功率損失。一般適用于切削力小、薄壁、復(fù)雜曲面、精密零件的加工。
2)移動式主軸結(jié)構(gòu):
移動式主軸結(jié)構(gòu)一般用在中、大型機床上。它克服了固定式主軸接長刀桿加工易使刀桿變形而帶來的弊端，通常用以較深孔的鏜削或平面銑削加工。鏜桿或滑枕伸出時會產(chǎn)生撓度誤差，而影響工件加工質(zhì)量，因此，對于采用移動式主軸的機床這是一個比較關(guān)鍵項目。國內(nèi)外企業(yè)對此不斷進行深入研究，采用新材料，改進設(shè)計、工藝，采用主軸集成技術(shù)等方法提高移動部件的剛性，利用控制及補償技術(shù)修正移動誤差來保證加工精度。
● 鏜桿式移動主軸:這種主軸結(jié)構(gòu)可以由獨立伺服電機驅(qū)動滾珠絲杠拖動鏜軸移動，鏜軸移動位置由位置控制器監(jiān)控。它作為機床一個坐標軸可自行或參與機床坐標聯(lián)動加工。通常定義該軸為W軸。另外還有由液壓系統(tǒng)作為動力，液壓油缸為執(zhí)行元件拖動鏜軸移動。這種結(jié)構(gòu)鏜軸的移動過程沒有位置監(jiān)控，不能成為機床的坐標軸。
● 滑枕式移動主軸:這種主軸結(jié)構(gòu)可以進行滑枕大行程對工件加工，比鏜桿移動式結(jié)構(gòu)達到更深的孔或面的加工。這是由于在滑枕移出的基礎(chǔ)上主軸在滑枕內(nèi)繼續(xù)移出，總行程一般可達1000mm以上。由于滑枕截面是矩形結(jié)構(gòu)，滑枕行程移動的間隙類似于機床矩形導(dǎo)軌其間隙可調(diào)，保證了滑枕運動中的高剛性和可重復(fù)性。因此，它的導(dǎo)向性能和移動精度優(yōu)于純鏜桿移動式主軸結(jié)構(gòu)。
● 平旋盤式主軸:平旋盤可分為固定式和可拆式兩種。固定式平旋盤是安裝在機床上不可拆卸的，而可拆式平旋盤拆卸與否可根據(jù)加工的需要來確定。平旋盤旋轉(zhuǎn)運動是由主電機經(jīng)齒輪傳動完成主切削運動;平旋盤滑塊的徑向進給移動是由伺服電機驅(qū)動，經(jīng)齒輪行星機構(gòu)傳遞完成。平旋盤還可以帶有兩個滑塊同向或反向沿徑向移動，實現(xiàn)進給加工。這種平旋盤結(jié)構(gòu)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制完成，稱為U軸。平旋盤徑向滑塊上帶有刀具自動夾緊裝置，可實現(xiàn)刀具的自動交換，故稱其為數(shù)控平旋盤?？蓪崿F(xiàn)復(fù)雜零件回轉(zhuǎn)面及溝槽的車鏜加工。
