多主轴卧式加工中心实现高效加工

0 引言

　　在现代金属切削加工中，加工中心占有非常重要的地位。近二十多年来，为了适应社会生产力发展的需求，加工中心的设计制造在结构、性能、功效以及其对环境的影响等方面都有了巨大的进步。就加工中心基本结构而言，我们常将加工中心分为立式(主轴垂直布置)和卧式(主轴水平布置)两大类，它们的加工特点也因此而有较大的区别。一般而言，卧式加工中心具有较多的优点，如结构刚性较高、加工时易于排屑、有利于实现多面加工和加工自动化等等。因此，卧式加工中心越来越受到使用者的重视。

　　然而，卧式加工中心的设计制造相对于立式加工中心来说也具有更高的技术要求和难度。从加工中心发展历史来看，卧式加工中心的问世和普及应用也较之立式加工中心晚许多，这正是两者技术要求的差异所决定的。虽然我国加工中心生产厂商数量庞大，人们对卧式加工中心的研发也在日益重视，但是真正能够成熟生产卧式加工中心的厂家却为数不多。

　　在卧式加工中心的开发、设计、生产和技术进步方面。德国机床制造行业一直走在全世界的最前列。其对技术的精益求精和勇于革新的实践，为国际机床业的发展做出了重要的贡献。例如，德国SW公司在上世纪80年代初期即专注于卧式加工中心的研发和生产。不仅如此。为了能够在卧式加工中心一系列优越性的基础上进一步大幅度提高单机的生产效率，SW公司在1985年即推出了世界上第一台多主轴双工作台卧式加工中心，用于高质量零件的大批量高效生产。时至今日，德国SW公司为卧式加工中心的技术进步不断做出具有重大意义的革新。成为世界多主轴卧式加工中心技术发展的引领者。SW公司的一句名言对我们业内人士很有启发：“最重要的是为客户的加工需求提供最经济的和长期有效的解决方案。为此，做好工艺技术专家，这比制造机床本身还重要。”正是这一理念。形成了SW公司不断革新的基础和动力。这种理念也非常值得我国业内人士借鉴和深思。

1 多主轴卧式加工中心的结构特点

　　多主轴卧式加工中心的优越性是由其结构特点所决定的。床身、立柱、主轴、工作台、刀库、冷却和润滑系统以及它们之间的结构联系，加之各数控轴的驱动和控制，这构成了一台加工中心的主要结构。我们不妨以一台代表国际先进水平的SW机床来分析高性能多主轴卧式加工中心的结构特点，参见图1。

图1 双主轴双工作台卧式加工中心的基本结构 

　　为了提高机床的整体刚性，设计突破了传统的“床身一立柱”式方案，发明了如图2所示具有专利技术的“立体框架式箱形床身结构”。该床身的特点是由梁柱构成一个封闭式的立体框架，并与传统意义上的“床身”连为一体，形成了一个高刚性的箱形结构。

图2 高刚性立体框架式箱形床身结构

　　X，Y，Z三个数控轴集成为一个结构紧凑的组件，如图3所示。其中，主轴(可以是2个也可以是4个)安装在一个主轴座内，主轴座则置于一个高刚性的框架内，并可以实现x和z向的运动；载有主轴的框架通过导轨安装在床身后侧，并可上下运动构成机床的Y轴。

图3 X／Y／Z轴三组件单元

　　机床的工作台为横梁式结构，两端支撑并可液压锁紧，因而实现很高的刚度。该工作台的Y向尺寸比Z向尺寸明显大，以便同时安装多个被加工工件。横梁式双支撑工作台可绕其自身水平轴线转动，形成一个数控转动轴。根据加工节拍的要求，工作台可设置为单双两种形式，如图4a和4b所示。通常情况下，当工件的加工时问较长，可选择单工作台；反之，则选用双工作台。双工作台的优点是：肖位于机床加工空间内的工作台处于加工状态时，位于机床加工空间外的工作台可同时进行工件的装卸，从而明显减少机床的辅助时间，大大提高其有效使用率。两工作台可绕其对称轴翻转，实现位置交换。

图4横梁式双支撑工作台 

　　由于工作台和X/Y/Z组件分别安装在刚性极高的床身箱形结构两侧，故可以有效地承受加工过程中产生的切削力和力矩，使得工作台和主轴之间由此产生的相对变形得到了有效的控制，保证了机床具有很好的力学性能。

图5可扩展模块式刀厍 

　　该机床的刀库置于机床的上方(参见图1)，节省了机床的占地面积。此外，刀库为模块式结构，可以根据需要而增减其刀库容量。图5所示为多个模块组成的刀库结构。

　　从上面的描述可以看出，该机床的方案设计非常合理，具有结构紧凑、高刚性的突出优点。其特点表现在床身的优化设计、移动轴的集成、工作台的构造和刀库的模块化等各方面。正是这些结构上的特点，构成了实现其工艺优越性的基础。