卧式加工中心的部件模块化设计
由于卧式加工中心结构和功能复杂，如何对其进行模块化划分和设计是一个难题。我们先了解一下相关模块化概念和划分原则。
1 机床模块化的概念
对于数控机床而言，模块化设计是指将机床上一定范围内的不同功能、不同性能、不同规格的产品进行功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合可以构成不同的产品，实现产品的系列化、通用化、标准化。模块化设计与产品系列化设计、通用化设计和标准化设计密切相关。系列化的目的在于用有限品种和规格的产品来大限度、且较经济合理地满足需求方对产品的要求。通用化是借用原有产品的成熟零部件，不但能缩短设计周期，降低成本，而且增加了产品的质量可靠性。标准化实现零部件跨机型、跨品种的通用化。
2 机床模块化的划分原则
模块化划分是模块化设计的前提和基础。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本。梳理模块化划分原则，大致可分为以下几种。
一是特性原则：模块划分就尽可能考虑机床的特点， 力求典型化。
二是独立原则：对要划分的模块单元要在功能上、结构上尽可能做到独立化，这样的模块易于拼组搭配，便于构成多种变型产品。
三是部件原则：以结构相对独立的部件作为模块单元， 便于模块互换。
四是组件原则：可以单独将组装配作为模块单元，便于模块的互换。
五是基础件原则：基础件功能和结构比较独立。
六是可扩充性原则：模块单元应考虑未来新技术应用的可能性。
根据以上概念和原则，结合实际情况，对卧加系列产品按以下原则进行部件划分，如图 1 所示。
图 1 整机主要部件划分示意图
3 模块化设计方法在卧式加工中心机床设计中的具体应用举例
3.1 系列化模块设计
3.1.1 铸件木模系列化模块设计
卧加设计全系列引入模块化理念，包括铸件木模模块化，实现木模通过更改活块的数量和位置实现一个系列的多个铸件通用一套木模，*改变了原先一个毛坯对应一个木模的现状，使多款铸件毛坯对应一套木模，大幅度降低了铸件木模成本。
3.1.2 防护系列化模块设计
将卧加的防护分为 apc 防护、前防护、中间防护、操作侧防护、刀库防护、3 后防护六个模块。采用模块化的方法，只要更换一个或几个组件可以直接用于单工位机型或满足客户特殊定制的要求，大大简化防护间设计和减少系列机型开发时间。
3.2 通用化模块设计
卧式加工中心的床身、分度工作台、立柱、主轴等， 其材质大都为铸件，生产加工周期长，影响产品迅速改型。采用同一类型的连接为基础，建立接口标准化、通用化的基础件模块，可以在较低成本前提下地配生出各式各样的产品。
3.2.1 主轴部件的系列化模块设计
由于不同客户加工产品的不同，对切削性能有不同要求，导致同一规格的卧式加工中心需要匹配不同类型的主轴箱。卧式加工中心中的同一款主轴箱其自身还需要满足不同电机、不同功能间的快速互换。因此，主轴箱部件和立柱接口的通用化，自身内部零件的通用都非常重要。主轴箱部件的模块化设计方法如图 2 所示。
图 2 主轴部件模块示意图
预留功能接口：在主轴箱本体上预留不同电机的安装接口，方便主轴部件生产及维护。通过配置不同规格的主电机，来输出不同大小的功率和扭矩，不需要更换整个主轴部件，而只要更换电机。
小组件化的结构设计：将相同功能并通用化的零件分在一个组件中，客户经常需要变化的零件单独进行分组， 这样可以方便对通用件进行大量下单。这样可以对小组件进行单独的测试入库，方便管理。
采用相同的导轨位置和结构：统一导轨可以实现在同一款立柱上安装不同规格的主轴部件，以适应客户对机床不同的切屑性能需求。目前，很多公司采用预投产方式进行生产，实际客户订单可能会和预投产不同，假如预投产的是标准主轴部件，客户需要带 w 轴功能的主轴部件，那么， 只要将预投产的标准主轴部件换下，装上带 w 轴功能的主轴部件就可以满足客户需求了。
3.3 标准化模块设计
以丝杠部件设计为例。首先，不同直径的丝杠的结构标准化设计。例如，丝杠的轴承布置方式统一，丝杠的调整方式统一，丝杠的拆装方式统一等。其次，相同直径的丝杠相关零件作为标准件通用设计，如电机座、尾端座、轴承隔套等作为标准件，不同电机通过更换不同的过渡板来实现快速的生产组织管理。后，工装标准化。通过对电机座、尾端座的安装孔距和检棒安装孔距的尺寸统一， 减少工装种类，方便加工及管理。
4 结语
卧式加工中心产品模块化设计的实践应用，缩短了设计、制造周期、降低研发与制造成本、提高产品质量、提高企业管理效率和综合竞争力，值得在其他产品生产和产业发展中推广应用。
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2 机床模块化的划分原则
模块化划分是模块化设计的前提和基础。模块划分是否合理，直接影响模块化系统的功能、性能和成本。梳理模块化划分原则，大致可分为以下几种。
一是特性原则：模块划分就尽可能考虑机床的特点， 力求典型化。
二是独立原则：对要划分的模块单元要在功能上、结构上尽可能做到独立化，这样的模块易于拼组搭配，便于构成多种变型产品。
三是部件原则：以结构相对独立的部件作为模块单元， 便于模块互换。
四是组件原则：可以单独将组装配作为模块单元，便于模块的互换。
五是基础件原则：基础件功能和结构比较独立。
六是可扩充性原则：模块单元应考虑未来新技术应用的可能性。
根据以上概念和原则，结合实际情况，对卧加系列产品按以下原则进行部件划分，如图 1 所示。
图 1 整机主要部件划分示意图
3 模块化设计方法在卧式加工中心机床设计中的具体应用举例
3.1 系列化模块设计
3.1.1 铸件木模系列化模块设计
卧加设计全系列引入模块化理念，包括铸件木模模块化，实现木模通过更改活块的数量和位置实现一个系列的多个铸件通用一套木模，*改变了原先一个毛坯对应一个木模的现状，使多款铸件毛坯对应一套木模，大幅度降低了铸件木模成本。
3.1.2 防护系列化模块设计
将卧加的防护分为 apc 防护、前防护、中间防护、操作侧防护、刀库防护、3 后防护六个模块。采用模块化的方法，只要更换一个或几个组件可以直接用于单工位机型或满足客户特殊定制的要求，大大简化防护间设计和减少系列机型开发时间。
3.2 通用化模块设计
卧式加工中心的床身、分度工作台、立柱、主轴等， 其材质大都为铸件，生产加工周期长，影响产品迅速改型。采用同一类型的连接为基础，建立接口标准化、通用化的基础件模块，可以在较低成本前提下地配生出各式各样的产品。
3.2.1 主轴部件的系列化模块设计
由于不同客户加工产品的不同，对切削性能有不同要求，导致同一规格的卧式加工中心需要匹配不同类型的主轴箱。卧式加工中心中的同一款主轴箱其自身还需要满足不同电机、不同功能间的快速互换。因此，主轴箱部件和立柱接口的通用化，自身内部零件的通用都非常重要。主轴箱部件的模块化设计方法如图 2 所示。
图 2 主轴部件模块示意图
预留功能接口：在主轴箱本体上预留不同电机的安装接口，方便主轴部件生产及维护。通过配置不同规格的主电机，来输出不同大小的功率和扭矩，不需要更换整个主轴部件，而只要更换电机。
小组件化的结构设计：将相同功能并通用化的零件分在一个组件中，客户经常需要变化的零件单独进行分组， 这样可以方便对通用件进行大量下单。这样可以对小组件进行单独的测试入库，方便管理。
采用相同的导轨位置和结构：统一导轨可以实现在同一款立柱上安装不同规格的主轴部件，以适应客户对机床不同的切屑性能需求。目前，很多公司采用预投产方式进行生产，实际客户订单可能会和预投产不同，假如预投产的是标准主轴部件，客户需要带 w 轴功能的主轴部件，那么， 只要将预投产的标准主轴部件换下，装上带 w 轴功能的主轴部件就可以满足客户需求了。
3.3 标准化模块设计
以丝杠部件设计为例。首先，不同直径的丝杠的结构标准化设计。例如，丝杠的轴承布置方式统一，丝杠的调整方式统一，丝杠的拆装方式统一等。其次，相同直径的丝杠相关零件作为标准件通用设计，如电机座、尾端座、轴承隔套等作为标准件，不同电机通过更换不同的过渡板来实现快速的生产组织管理。后，工装标准化。通过对电机座、尾端座的安装孔距和检棒安装孔距的尺寸统一， 减少工装种类，方便加工及管理。
4 结语
卧式加工中心产品模块化设计的实践应用，缩短了设计、制造周期、降低研发与制造成本、提高产品质量、提高企业管理效率和综合竞争力，值得在其他产品生产和产业发展中推广应用。
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