祝勇 隋国鑫
沈阳机床（集团）有限责任公司，辽宁 沈阳 110142
摘要：卧式加工中心数控机床是现代制造业中应用非常广泛的设备之一，卧式加工中心具有多样性的结构布局形式，文章从工作中接触的卧式加工中心结构的布局形式进行简要的介绍和优缺点分析，为用户在卧式加工中心品牌的选择上提供浅薄的参考建议。
关键词：卧式加工中心、结构布局、优缺点分析。
1.前言
卧式加工中心数控机床是当前装备制造设计和应用的热门产品，卧式主轴利于排屑，一次性装夹，多工位加工，多工序加工，应用灵活和便于配备生产线等优势，在机床设备行业的生产中有着举足轻重的影响力，卧式加工中心数控机床已经被广泛应用于航空航天、汽车、军工、科研、精密仪器、纺织、石油等领域。
随着卧式加工中心数控机床制造技术的不断发展，卧式加工中心的结构布局形式种类多样，本文主要围绕四大类型结构布局形式论述。
2. 定柱十字滑台结构
结构布局为立柱定于床身上形成机床的基础固定框架，运动形式为主轴箱沿立柱导轨上下做Y轴垂直运动，工作台在床身上沿X、Y轴水平方向移动。国内早期此结构布局在卧式加工中心的应用以青海第一机床厂机为代表，代表机型为XH775G。属于国产早期且技术比较成熟，近几年，国内一些其他机床厂商也主推此结构布局产品，南通国盛机床有限公司推出的HME系列卧加产品，浙江日发精密机械有限公司推出的RFMH系列卧加产品。
.png)
图1 定柱十字滑台结构
此结构布局优点是结构紧凑，技术成熟，结构简单，占地面积小，易于装配，制造成本较低等。在被加工零件尺寸和零件重量较小的情况下，十字滑台结构机床的驱动点与各传动部件的重心距离较近，在加工过程中的切削力与各运动轴加减速产生的惯性力对驱动点的扭矩较小，移动部件和被加工零件的变形相对也较小，使机床易于达到高精度和高动态性能。十字滑台结构的机床的缺点也比较明显，由于X、Y 轴的驱动力会随着零件重量的大小不同而变化，对机床的定位精度以及加工精度会造成一定的不稳定性。
3. 动柱式三坐标单元结构
此结构床身为整体铸造，立柱左右移动为X轴，前后移动为Z轴，主轴箱沿着立柱上下移动为Y轴。主轴头在X、Y、Z方向移动加工。前端为固定不动的工作台。通过B轴或A轴回转，机床主轴可以在一次装夹过程中完成零部件的多角度、多工作面的铣、钻、镗、铰、攻丝等多工序的加工，以及二维、三维复杂曲面的加工。该机床适合箱体类、壳体类、盘类、异形类等多种类零部件件的加工。此结构机床以沈阳机床集团生产的HMC40d、HM-L为代表，此类结构布局具备以下优点：
（1）机床的工作台可以是固定式的，或选B轴转台以及A轴转台，根据加工内容的需要灵活多变。
（2）转台、夹具及工件的重量直接作用在工作台上，更适合于重型零件的加工。同时，机床的动态特性与承重无关，稳定性更好。
（3）液压夹具的油管、气管、水管及电缆等管线不用穿在拖链里随着机床坐标轴弯曲移动，从而提高管路的寿命，而且检查、维修非常方便。
（4）机床采用后排屑，更适于切屑的集中处理、运输，便于组线。
（5）适合实现自动化上下料，配置桁架机械手或关节机器人。
缺点：各进给轴传动部件叠加在一侧，在加工过程中各轴的产生的切削力与各运动轴加减速产生的惯性力对驱动点的影响，对机床的定位精度以及加工精度会造成一定的不稳定性。
.png)
图2动柱式三坐标单元结构
4. 整体式床身动柱、工作台移动式T字型结构
此结构机床采用一体式床身，床身刚性好，工作台在床身上左右移动为X轴，立柱在床身上前后移动为Z轴，主轴箱沿着立柱上下移动为Y轴（见图3）。此结构布局的卧式加工中心适用于中小型高速卧式加工中心的设计应用。此结构布局的卧式加工中心主要优点是快移速度较快在一般在40-60m/min左右，加速度1G以上，定位精度较高，定位精度0.008mm、重复定位精度0.005mm以内，点到点换刀速度3秒以内，但是，此结构布局的卧式加工中心缺点是机床主轴不能太长，否则会影响主轴刚性，而且对于加工孔距较大、同轴度要求较高的零件需B轴松开回转180度后锁紧采用掉头加工方式，这种加工方式必然影响机床的加工能力。此结构布局是现行主流设计，应用的品牌有日本牧野、日本马扎克、日本大隈、德国Heller、意大利MCM、沈阳机床集团HMC系列等国内外知名品牌。
.png)
图3整体式床身动柱、工作台移动式T字型结构
5. 分体式床身立柱、工作台移动式T字型结构
床身为T字型，工作台在床身上左右移动为X轴，立柱在床身上前后移动为Z轴，主轴箱沿着立柱上下移动为Y轴，如图4所示。此结构的卧式加工中心逐渐偏向于中大型卧加应用，工作台尺寸1000×1000mm以上的应用非常普遍，此结构布局的卧式加工中心主要优点是具备高刚性，大扭矩，强力切削等优点，适合中大型零件的加工需要。但是，此类结构布局的机床缺点是快移速度一般低于24m/min，加速度小于0.5G，换刀时间10-15秒，属于低速重载卧式加工中心。应用此结构布局的品牌包括日本新泻HN-D系列、意大利PAMA-SPEEDMAT HP系列、德国BW、韩国起亚KH系列等。
.png)
图4分体式床身立柱、工作台移动式T字型结构
6.结束语
随着新技术、新工艺的发展，模拟、仿真、有限元分析等技术手段的不断发展，一些高端品牌机床厂商在以上结构布局的基础上锦上添花，增添一些独特的局部优化设计。例如：三点地脚支撑、箱中箱框架结构、阶梯导轨、进给轴双驱传动等，将产品独特的结构设计极致的展现出来，引领卧式加工中心数控机床不断迭代发展。任何机械结构都存在优缺点，没有完美的结构布局，最适合的结构才是最好的 。
参考文献：(1) 徐正平.浅谈加工中心的发展［J］.机械工人冷加工.2007(04).
(2) 车溪久.卧式加工中心产品简述［J］.世界制造技术与装备市场.2007.(06). (3) 李永强.一种高速卧式加工中心的整机结构设计.山东工业技2014年第14期
(4) 机械原理 于靖军主编；郭卫东等编. –北京：机械工业出版社，2013.3