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由于臥式加工中心結構和功能復雜，如何對其進行模塊化劃分和設計是一個難題。我們先了解一下相關模塊化概念和劃分原則。

1 機床模塊化的概念

對于數控機床而言，模塊化設計是指將機床上一定范圍內的不同功能、不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以構成不同的產品，實現產品的系列化、通用化、標準化。模塊化設計與產品系列化設計、通用化設計和標準化設計密切相關。系列化的目的在于用有限品種和規格的產品來最大限度、且較經濟合理地滿足需求方對產品的要求。通用化是借用原有產品的成熟零部件，不但能縮短設計周期，降低成本，而且增加了產品的質量可靠性。標準化實現零部件跨機型、跨品種的通用化。

2 機床模塊化的劃分原則

模塊化劃分是模塊化設計的前提和基礎。模塊劃分是否合理，直接影響模塊化系統的功能、性能和成本。梳理模塊化劃分原則，大致可分為以下幾種。

一是特性原則：模塊劃分就盡可能考慮機床的特點，力求典型化。

二是獨立原則：對要劃分的模塊單元要在功能上、結構上盡可能做到獨立化，這樣的模塊易于拼組搭配，便于構成多種變型產品。

三是部件原則：以結構相對獨立的部件作為模塊單元，便于模塊互換。

四是組件原則：可以單獨將組裝配作為模塊單元，便于模塊的互換。

五是基礎件原則：基礎件功能和結構比較獨立。

六是可擴充性原則：模塊單元應考慮未來新技術應用的可能性。

根據以上概念和原則，結合實際情況，對臥加系列產品按以下原則進行部件劃分，如圖 1 所示。

圖片.png

圖 1 整機主要部件劃分示意圖

3 模塊化設計方法在臥式加工中心機床設計中的具體應用舉例

3.1 系列化模塊設計

3.1.1 鑄件木模系列化模塊設計

臥加設計全系列引入模塊化理念，包括鑄件木模模塊化，實現木模通過更改活塊的數量和位置實現一個系列的多個鑄件通用一套木模，完全改變了原先一個毛坯對應一個木模的現狀，使多款鑄件毛坯對應一套木模，大幅度降低了鑄件木模成本。

3.1.2 防護系列化模塊設計

將臥加的防護分為 APC 防護、前防護、中間防護、操作側防護、刀庫防護、3 后防護六個模塊。采用模塊化的方法，只要更換一個或幾個組件可以直接用于單工位機型或滿足客戶特殊定制的要求，大大簡化防護間設計和減少系列機型開發時間。

3.2 通用化模塊設計

臥式加工中心的床身、分度工作臺、立柱、主軸等，其材質大都為鑄件，生產加工周期長，影響產品迅速改型。采用同一類型的連接為基礎，建立接口標準化、通用化的基礎件模塊，可以在較低成本前提下最經濟地配生出各式各樣的產品。

3.2.1 主軸部件的系列化模塊設計

由于不同客戶加工產品的不同，對切削性能有不同要求，導致同一規格的臥式加工中心需要匹配不同類型的主軸箱。臥式加工中心中的同一款主軸箱其自身還需要滿足不同電機、不同功能間的快速互換。因此，主軸箱部件和立柱接口的通用化，自身內部零件的通用都非常重要。主軸箱部件的模塊化設計方法如圖 2 所示。

圖片.png

圖 2 主軸部件模塊示意圖

預留功能接口：在主軸箱本體上預留不同電機的安裝接口，方便主軸部件生產及維護。通過配置不同規格的主電機，來輸出不同大小的功率和扭矩，不需要更換整個主軸部件，而只要更換電機。

小組件化的結構設計：將相同功能并通用化的零件分在一個組件中，客戶經常需要變化的零件單獨進行分組，這樣可以方便對通用件進行大量下單。這樣可以對小組件進行單獨的測試入庫，方便管理。

采用相同的導軌位置和結構：統一導軌可以實現在同一款立柱上安裝不同規格的主軸部件，以適應客戶對機床不同的切屑性能需求。目前，很多公司采用預投產方式進行生產，實際客戶訂單可能會和預投產不同，假如預投產的是標準主軸部件，客戶需要帶 W 軸功能的主軸部件，那么，只要將預投產的標準主軸部件換下，裝上帶 W 軸功能的主軸部件就可以滿足客戶需求了。

3.3 標準化模塊設計

以絲杠部件設計為例。首先，不同直徑的絲杠的結構標準化設計。例如，絲杠的軸承布置方式統一，絲杠的調整方式統一，絲杠的拆裝方式統一等。其次，相同直徑的絲杠相關零件作為標準件通用設計，如電機座、尾端座、軸承隔套等作為標準件，不同電機通過更換不同的過渡板來實現快速的生產組織管理。最后，工裝標準化。通過對電機座、尾端座的安裝孔距和檢棒安裝孔距的尺寸統一，減少工裝種類，方便加工及管理。

4 結語

臥式加工中心產品模塊化設計的實踐應用，縮短了設計、制造周期、降低研發與制造成本、提高產品質量、提高企業管理效率和綜合競爭力，值得在其他產品生產和產業發展中推廣應用。

臥式加工中心的部件模塊化設計

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