高速加工机床的结构与分类分析

高速加工机床与普通加工机床存在很大的不同，它必须能够提供高切削速度。在介绍机床结构与分类之前，首先对高速加工机床特点做一归纳。

1.1.2.1 高速加工机床的特点

高速加工机床的特点主要有：

（1）高速主轴系统及驱动系统 高速主轴系统是高速切削技术最关键的技术之一。高速主轴系统不仅要提供高的转速，而且要有高的同轴度、高的传递力矩和传动功率、良好的散热或冷却装置，并具有动平衡精度。主轴部件的设计要保证具有良好的动态和热态特性，具有极高的角加、减速度，保证在极短的时间内实现升、降速和在指定位置上准停。

高速加工机床与普通机床主轴系统的不同之处表现在：主轴转速一般为普通机床主轴转速的5～10倍，最高转速一般都大于10000r/min，有的高达60000～100000r/min；主轴的加速度、减速度比普通机床高得多，一般比常规数控机床高出一个数量级，达到（1～8）g的加速度，通常只需1～2s即可完成从起动到选定的最高转速（或从最高转速到停止）；主轴系统电动机功率一般高达20～80kW，以满足高速、高效和重载荷切削的要求。

（2）高速进给系统和数控伺服驱动系统 在高速切削加工中，高速机床进给速度和其加、减速度也必须大幅度提高，同时，机床空行程运动速度也大大提高。现代高速加工机床进给系统执行机构的运动速度要求达到40～120m/min，进给加速度和减速度同样要求达到（1～8）g。因此，机床进给驱动系统的设计必须突破一般数控机床中的“旋转伺服电动机+普通滚珠丝杠”的进给传动模式。结构上采用的主要措施有：

1）大幅度减轻进给移动部件的重量，在结构上实现零传动，即直接采用直线电动机驱动。

2）采用多线螺纹行星滚珠丝杠代替常规钢球式滚珠丝杠；采用无间隙直线滚动导轨，实现进给部件的高速移动和快速准确定位。

3）采用快速反应的伺服驱动CNC控制系统。

（3）高刚性的床体结构 高速加工机床在高速切削状态下，一方面产生的切削力一般作用在床体上；另一方面因速度很高，还会产生较大的附加惯性力作用在床体上，因而机床床身受力较大。设计时，要求其具有足够高的强度、刚度和阻尼特性。此外，高刚性和阻尼特性也是高速加工中保证质量和提高刀具寿命的必备条件。

（4）热态特性和静动态特性优良 高速切削加工情况下，单位时间内其移动部件间因摩擦产生的热量较多，热变性较大，机床结构设计必须保证其在内部热源和外部热源的作用下，不产生较大的热变形。因此，高速切削加工机床一般要采取特殊的冷却措施来冷却主轴电动机、主轴支撑轴承、直线电动机、液压油箱、电气柜等，有的设置冷却主轴箱、横梁、床身等大部件。由于高速切削加工下的动态力（惯性力、切削力、阻尼力）和静态力（夹紧力）较大，机床各支撑部件和其总体必须要有足够的动、静刚度，不致产生较大的变形，保证零件的加工精度、加工安全性和可靠性。

（5）换刀装置方便可靠 随着切削速度的提高、切削时间的不断缩短，对换刀时间要求也逐渐提高。缩短换刀时间对于提高加工中心的生产率就显得更加重要，也成为高水平加工中心的一项重要指标。自动换刀装置的高速化也是高速加工中心的重要技术内容。新型换刀结构的设计要保证高速切削加工下换刀方便、可靠、迅捷，换刀时间短。

（6）冷却系统高效快速 在高速切削加工条件下，单位时间内切削区域会产生大量的切削热，如果不能及时将这些热量迅速地从切削区域散出，不但妨碍切削工作的正常进行，而且会造成机床、刀具、工具系统的热变形，严重影响加工精度和动刚度。高速电主轴结构设计时，冷却系统设计也是不可忽略的一个重要方面。为了防止主轴部件在高速运转过程中出现过热现象，支撑轴承必须考虑采用有效的强制冷却方法。

（7）安全装置和实时监控系统 高速加工过程中若有刀具崩裂，飞出去的刀具碎片如同子弹出膛一般，易于造成人身伤害。因此，机床工作时必须用足够厚的钢板将切削区域封闭起来，同时还要考虑便于人工观察切削区状况。此外，工件和刀具必须保证夹紧牢靠；必须采用主动在线监控系统，对刀具磨损、破损和主轴运行状况等进行在线识别和监控，确保操作人员和设备安全。

1.1.2.2 高速加工机床结构

高速加工机床与传统机床有很大的区别，主要包括高速主轴系统、高速进给系统、高速数控系统和高速加工监测系统等，下面分别阐述。

1.高速主轴系统

高速主轴在结构上大都采用交流伺服电动机直接驱动的集成化结构，取消了齿轮变速机构；采用电气无级调速，并配备强力的冷却和润滑装置。集成电动机主轴的特点是振动小、噪声小、体积紧凑。集成电动机主轴是把电动机转子与主轴做成一体，即将无壳电动机的空心转子用过盈配合的形式直接套装在机床主轴上；带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体中，形成内装电动机主轴，简称为电主轴，如图1-2所示。电主轴电动机的转子就是机床的主轴，机床主轴单元的壳体就是电动机座，从而实现了变频电动机与机床主轴的一体化。这种传动方式把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的零传动，有机构紧凑、易于平衡、传动效率高等特点。

图1-2 高速加工电主轴

图1-3 高速电主轴的结构

（1）电主轴结构 高速电主轴的结构如图1-3所示。电主轴交流伺服电动机的转子套装在机床主轴上，电动机定子安装在主轴单元的壳体中，采用水或油冷循环系统，使主轴在高速旋转时保持恒定的温度。电主轴的基本参数有套筒直径、最高转速、输出功率、转矩等。其中，套筒直径为电主轴的主要参数。目前，国内外专业的电主轴制造厂可供应几百种规格的电主轴，其套筒直径为32～320mm，转速为10000～150000r/min，功率为0.5～80kW。

在电主轴中，电动机内置会带来不少问题，但在高速加工中，采用该措施几乎是唯一的选择，也是最佳的选择，其原因如下：

1）如果电动机不内置，仍采用电动机通过带或齿轮等方式传动，则在高速运转条件下，由此产生的振动和噪声等问题很难解决，势必影响高速加工的精度、加工表面粗糙度，并导致环境质量的恶化。

2）高速加工的最终目的是为了提高生产率，相应地要求在最短时间内实现高转速的速度变化，即要求主轴回转时具有极大的角加速度、减速度。达到这个严酷要求的最经济的方法是将主轴传动系统的转动惯量尽可能减至最小，而只有将电动机内置，省掉齿轮、带等一系列中间环节，才能达到这个目的。

3）电动机内置主轴于两支撑之间，与用带、齿轮等作为末端传动的结构相比，可以较大地提高主轴系统的刚度，也就提高了系统的固有频率，从而提高了其临界转速值。这样，电主轴即使在最高转速运转时，仍可确保低于临界转速，保证高速回转时的安全。

4）由于没有中间传动环节的外力作用，主轴高速运行没有冲击而更为平稳，使得主轴轴承寿命相应得到延长。

（2）电主轴的冷却和轴承的润滑 电主轴最突出的问题之一就是内装式高速电动机的发热问题，这与一般主轴部件不同。因为电动机安装在主轴的两支撑轴承的中央，所以电动机的发热会直接影响主轴轴承的工作精度，即影响主轴的工作精度。解决的办法之一就是在电动机定子的外面加一带螺旋槽的铝质冷却套。机床工作时，冷却油-水不断地在该螺旋槽中流动，从而把电动机放出的热量及时带走。冷却油-水的流量可根据电动机放出的热量计算确定。图1-4所示为电主轴的油-水热交换系统。

图1-4 电主轴油-水热交换系统

图1-5 电主轴轴承油-气润滑系统

另外，还必须解决主轴轴承的发热问题。由于电主轴的转速高，所以对主轴轴承的动态和热态特性要求十分严格。除个别超高速电主轴采用磁悬浮轴承或液体动静压轴承外，目前，国内外绝大多数高速电主轴都采用Si₃N₄陶瓷角接触球轴承。为了降低主轴轴承的温升，电主轴轴承采用了油-气润滑系统，如图1-5所示。它利用分配阀，对所需润滑的不同部位按照其实际需要，定时、定量地供给油-气混合物，以保证轴承的各个不同部位既不缺润滑，又不会因润滑过量而造成更大的温升，并可将油雾污染降至最低程度。

2.高速进给系统

高速进给系统是高速数控机床的关键部件之一。目前，对高速机床进给系统的要求包括以下几项：

（1）高速度 由于高速机床的主轴转速比常规机床的要高得多，并且还有继续上升的趋势，因此，为了保证高速切削的顺利进行、减少空程时间、提高数控加工效率，要求进给系统必须提供足够高的进给速度。目前，高速机床对进给速度的基本要求为60m/min，特殊情况可达到120m/min，甚至更高。

（2）高加速度 由于大多数高速机床加工零件的工作行程范围只有几十毫米到几百毫米，如果不能提供很大的加速度来保证在瞬间达到高速和在高速行程中瞬间准停，高速度是没有意义的，因此，对高速机床进给运动的加速度也提出了很高的要求。目前，一般高速机床要求进给加速度为（1～2）g，某些高速机床要求加速度达到（2～10）g。

（3）高精度 精度是机床的关键指标，高速机床对精度的要求尤为突出。在高速运动情况下，进给驱动系统的动态性能对机床加工精度的影响很大，在设计高速机床进给系统时必须予以充分重视。此外，随着进给系统的不断提高，各坐标轴的跟踪误差对合成轨迹精度的影响将变得越来越突出，因此在开发新型高速机床时，一方面要提高各坐标轴自身位置闭环控制的精度，另一方面也必须从合成轨迹和闭环控制的角度来研究高速情况下轨迹的控制方法与实现技术。

（4）高可靠性和高安全性 在高速加工的情况下，如果机床可靠性与安全性差，将会造成灾难性的后果，所以高速机床在这方面的要求比普通数控机床更加严格。一方面由于进给伺服系统是数控机床中强、弱之间的接口环节，其故障率一般比较高，对机床整机的可靠性造成的影响也比较大；另一方面进给系统包含有运动部件，在高速下一旦失控，将非常危险。因此，提高高速进给系统的可靠性和安全性，对提高高速机床的整机性能具有重大的意义。

（5）合理的成本 在保证质量和性能的前提下，降低高速机床的制造成本，提高其性能价格比，是推广应用这类新型机床的关键。考虑到进给系统的成本在高速机床总成本中占有比较大的比重，因此采取有效措施降低进给系统的成本，对控制整机成本具有重要意义。

1）高速滚珠丝杠副进给系统。为了使传统的滚珠丝杠传动系统应用到高速机床中，国内外有关制造厂商不断采取措施，提高滚珠丝杠的高速性能。主要措施有：

①适当加大丝杠的转速、导程和螺纹线数。目前，常用大导程滚珠丝杠名义直径与导程的匹配为40mm×20mm、50mm×25mm、50mm×30mm等，其进给速度均可达到60m/min以上。为了提高滚珠丝杠的刚度和承载能力，大导程滚珠丝杠一般采用双线螺纹，以提高滚珠的有效承载圈数。

②改进结构，提高滚珠运动的流畅性。改进滚珠循环反向装置，优化回珠槽的曲线参数，采用三维造型的导珠管和回珠器，真正做到沿着内螺纹的导程角方向将滚珠引进螺母体中，使滚珠运动的方向与滚道相切而不是相交。这样可把冲击损耗和噪声减至最小。

③采用“空心强冷”技术。高速滚珠丝杠在运行时，由于摩擦产生高温，造成丝杠的热变形，直接影响高速机床的加工精度。采用“空心强冷”技术，就是将恒温切削液通入空心丝杠的孔中，对滚珠丝杠进行强制冷却，保持滚珠副温度的恒定。这个措施是提高中、大型滚珠丝杠高速性能和工作精度的有效途径。

④对于大行程的高速进给系统，可采用丝杠固定、螺母旋转的传动方式。此时，螺母一边转动、一边沿固定的丝杠作轴向移动，由于丝杠不动，可避免受临界转速的限制，避免了细长滚珠丝杠高速运转时出现的种种问题。螺母惯性小、运动灵活，可实现的转速高。

⑤进一步提高滚珠丝杠的制造质量。通过采用上述种种措施后，可在一定程度上克服传统滚珠丝杠存在的一些问题。日本和瑞士在滚珠丝杠高速化方面一直处于国际领先地位，其最大快速移动速度可达60m/min，个别情况下甚至可达90m/min，加速度可达15m/s²。由于滚珠丝杠历史悠久、工艺成熟、应用广泛、成本较低，因此在中等载荷、进给速度要求并不十分高、行程范围不太大（4～5m）的一般高速加工中心和其他经济型高速数控机床上仍然经常被采用。

2）直线电动机进给驱动系统。1971年后，直线电动机开始进入独立应用的时期，并得到了迅速的推广，制成了许多有实用价值的装置和产品，例如直线电动机驱动的钢管输送机、运煤机、各种电动门、电动窗等。利用直线电动机驱动的磁悬浮列车，速度已超过500km/h，接近了航空飞行的速度。图1-6所示为直线电动机的模型。

图1-6 直线电动机模型

直线电动机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电动机按径向剖开，并展成平面而成，如图1-7所示。由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电动机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。

图1-7 旋转电动机展开为直线电动机的过程

直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场；次级绕组在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下作直线运动；反之，则初级作直线运动。

采用直线电动机驱动系统代替滚珠丝杠，可简化系统结构、提高定位精度、实现高速直线运动乃至平面运动。它具有以下特点：

①精度高。由于取消了丝杠等机械传动机构，实现了零传动，可减少插补时因传动系统滞后带来的跟踪误差。利用光栅作为工作台的位置测量反馈元件进行闭环控制，通过反馈对工作台的位移进行精确控制，定位误差可达到0.1～0.01μm。

②速度快、加减速过程短。直线电动机直接驱动进给部件，取消了中间机械传动件，无旋转运动和离心力作用，可容易地实现高速直线运动。目前，由于采用直线电动机直接驱动进给部件，实现零传动的高速响应性，而使其加减速过程大大缩短，从而实现起动瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停，其加速度可达到（2～10）g，最大进给速度可达到80～180m/min。(www.xing528.com)

③传动刚度高、推力平稳。由于采用直线电动机直接驱动进给部件，机床进给传动链的长度缩短为零，实现了机床的零传动，大大提高了其传动刚度；同时，直线电动机的布局可根据机床导轨的型面结构及其工作台运动时的受力情况来布置。

④高速响应性。由于机床进给传动链的长度缩短为零，在系统中取消了一些响应时间常数较大的机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高。

⑤运行效率高、噪声低。由于无中间传动环节，消除了传动丝杠等部件的机械摩擦所导致的能量损耗，导轨副采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨，使运动噪声大大下降。

⑥行程长度不受限制。在导轨上通过串联直线电动机的定件，可无限延长运动的行程长度。行程长度对整个系统的刚度不会有太大的影响。

3）并联结构的高速进给系统。现有高速机床的总体结构基本上采用工件和刀具共同运动的方案。在这类工件和工作台一体运动的常规结构中，由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，不但增加了机床导轨中的摩擦阻力，需耗费较大的驱动功率，而且更为严重的是，要驱动大的质量体完成高加速度运动，将需要很大的推动力，这将显著提高直线伺服电动机的功率，既提高了机床成本又增加了发热，对机床加工精度造成不利影响。此外，传统高速机床结构是一种串联开链结构，组成环节多（特别是在多坐标机床中），结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的连接间隙，不容易获得高的总体刚度，难以适应超高速加工进一步发展的要求。

图1-8 并联机床进给系统结构示意图

采用基于Stewart平台原理的并联闭链多自由度驱动结构，构成了工件固定、刀具（主轴）运动的适合超高速加工中心的新方案，如图1-8所示。该机床的电主轴单元由6根可变长度驱动杆支撑，6根驱动杆的另一端固定于基础框架上。各驱动杆与主轴单元和基础框架的连接均采用可预紧的高刚度滚动结构，这样可使驱动杆不承受弯曲力矩且运动灵活。调节6根驱动杆的长度，可使主轴和刀具作六自由度运动，其中包括沿3个线性轴X、Y、Z的平移运动和沿3个转动轴A、B、C的旋转运动。由于驱动杆在切削力和温度变化作用下的受力变形和热变形主要影响杆的长度，因此通过对杆长进行闭环控制并对测量装置的误差进行实时补偿，可以有效校正杆长位移误差，使机床获得高的加工精度。在这一新型结构中，虽然需用6套进给伺服系统，但每一伺服系统的功率都比常规数控机床单个坐标的驱动功率小，因此总的进给驱动功率与常规机床相当，不会明显增加进给驱动部分的成本。

从总体上看，采用上述结构的超高速加工中心具有以下特点：

①机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，易于经济化批量生产。此外，该机床整体质量轻，约为常规机床的1/5～1/3，因此，原材料消耗少、加工量少，将进一步降低制造成本。

②工件固定而主轴相对于工件作多自由度运动，因此将主轴部件做成电主轴单元，可以有较小的质量，非常有利于获得高的加速度。

③进给机构为空间并联机构，在驱动电动机速度相同的条件下，与采用串联结构的常规数控机床相比可以获得更高的进给速度，有利于满足超高速加工对进给速度的要求。

④六杆平台结构将传动与支撑功能集成为一体，6根驱动杆既是机床的传动部件又兼做主轴单元的支撑部件，这不仅大幅度减小了摩擦阻力，有利于进一步提高进给速度与加速度，而且将有效减少工件—机床—刀具链中的环节，消除了这些环节带来的力变形和热变形，并可减少连接和传动间隙，提高接触刚度，有利于提高机床的综合精度。

⑤因机床的主体为并联闭链结构，消除了常规机床中的悬臂环节，经过合理设计，可使各驱动杆和有关部件只承受拉压力而不受弯曲力矩，因而使机床总体刚度进一步提高（可比一般加工中心高5倍左右）。如果在传动与控制上处理得当，可以使由此构成的新型机床达到比常规机床高得多的加工质量。

⑥机床上不存在沿固定导轨运动的直线和旋转工作台，以及支承工作台所需的其他部件，因此，刀具在空间的定位精度和运动轨迹精度，完全由传动、检测和控制来保证，从而彻底消除了导轨、工作台、立柱、横梁等引起的空间几何误差。

⑦利用该加工中心的主轴部件可作六自由度高速运动，让主轴直接参与换刀过程，不仅可使刀库配置位置灵活，而且可减少刀库运动的自由度，显著简化刀库和换刀装置的结构。更重要的是，换刀环节的减少和机械结构上的简化，将有效提高换刀的可靠性，这在自动化加工系统中是非常重要的。

3.高速数控系统

高速加工机床的数控系统从基本原理上与普通数控机床的数控系统没有本质区别，只是由于主轴转速、进给速度和加速度非常高，而且在进给方向上采用直线电动机驱动，对数控系统提出了更高的要求。

（1）高速机床CNC数控系统应满足的基本要求

1）为了适应高速，要求单个程序段处理时间短。

2）为了在高速下保证加工精度，要有前馈和大量的超前程序段处理功能。

3）要求快速形成刀具路径，此路径应尽可能圆滑，走样条曲线而不是驻点跟踪，少折点、无尖转点。

4）程序算法应保证高精度。

5）遇到干扰能迅速调整，保持合理的进给速度，避免刀具振动等。

（2）高速机床的CNC数控系统应具有的特点

1）采用32位CPU、多CPU处理器以及64位RISC芯片结构，以保证高速处理程序段。因为在高速下要生成光滑、精确的复杂轮廓时，会使一个程序段的运动距离只等于1mm的几分之一，其结果使NC程序将包括几千个程序段。这样的处理负荷不但超过大多数16位控制系统，甚至超过32位控制系统的处理能力。超载的原因之一是控制系统必须高速阅读程序段，以达到高的切削速度和进给速度的要求；其二是控制系统必须预先做出加速或减速的决定，以防止滞后现象发生。

2）能迅速、准确地处理和控制信息流，把其加工误差控制在很小，同时保证控制执行机构运动平滑，机械冲击小。

3）CNC要有足够的容量和很大的缓冲内存，以保证大容量的加工程序高速运行；同时，还要求系统具有网络传输功能，便于实现复杂曲面CAD/CAM/CAE的一体化。

总之，高速切削机床必须具有一个高性能数控系统，以保证高速下的快速响应能力和零件加工的高精度。

4.高速加工监测系统

高速加工监测系统的主要任务是在高速加工中，通过传感、分析、信号处理等，对高速机床及系统的状态进行实时在线的监测和控制，包括位置监测、刀具状态监测、工件状态监测以及机床工况监测等。

（1）位置监测 为了实现高精度加工，必须具有位置反馈系统。位置反馈系统用来监测和控制刀架或工作台等按数控装置的指令值移动的移动量。它是高速加工机床闭环伺服系统的重要组成部分。高速加工机床的常用测量器件有感应同步器、光栅、磁尺等。

位置监测是数控系统的关键之一，不同类型的数控机床对测量器件和测量系统的精度和速度要求也不同。一般数控机床要求测量器件的分辨力为0.001～0.01mm，要求数控机床快速移动速度为1～10m/min，并且抗干扰能力强，能适应机床的工作环境。在高速加工中，主轴最高转速高达10⁴～10⁵r/min，最大进给速度为10～100m/min，同时要求精度为0.1～1μm。因此，提高传感器的响应速度和精度，发展适合高速度、高精度的位移和转速传感器，提高处理速度，发展高速数字跟踪位置测量系统是必然的趋势。

（2）刀具监测 在高速加工中，高速旋转的刀具承受很大的离心力，并且刀具的磨损直接影响到加工质量，因此，需要对刀具进行实时的监测和控制。目前，监控方法主要采用直接监控法和间接监控法。直接监控法，包括光学图像法和接触电阻法是通过一定的测量手段，来确定刀具材料在体积上或质量上的减少，并通过一定的数学模型来确定刀具的磨损或破损状态。间接监控法，包括切削力监控法、振动监控法和声发射监控法等，是测量切削过程中与刀具磨损或破损有很大内在联系的某一种或几种参数，或测量某种物理现象，根据其变化并通过一定的标定关系来监控刀具的磨损或破损状态。

声发射监控法的主要缺点是不同的工艺系统互换性差，而且声发射传感器的定位安装也存在一定的困难。安装在刀具或工件上，虽然对信号采集有利，但实际应用存在一定困难；如果安装在主轴上或冷却喷管中，信号则会有一定程度的减弱；振动传感器的监控位置选择也困难，其理想的安装位置是加工工件的垂直表面，但在实际加工中却同样难以实现。因此，基于高速加工的复杂性，如果仅使用单一的传感器对加工过程刀具状态进行预报，往往会出现误测、误报，所以在实际加工中需要多传感器融合技术来提高监测、预报的准确性。

（3）工件状态监测 在实际加工中，由于影响加工的因素较多，需要对加工中的工件进行实时的监测。工件状态监测主要是指在线监测，即在加工过程中对工件的尺寸、形状、表面粗糙度等进行测定，并把测定的数据反馈到机床的进刀系统，以控制工具的准确位置，通常采用非接触式传感器来实现。

1.1.2.3 高速加工机床分类

高速加工机床按照结构类型可分为卧式高速加工中心、立式高速加工中心和龙门高速加工中心。

1.卧式高速加工中心

图1-9 卧式高速加工中心

如图1-9所示，卧式高速加工中心与普通的卧式加工机床相似，其主轴是水平设置的。一般的卧式高速加工中心有3～5个坐标轴，常配有一个回转轴（或回转工件台）；主轴转速为10～10000r/min；最小分辨率为1μm；定位精度为10～20μm。卧式高速加工中心刀库容量一般较大，有的刀库可存放几百把刀具。卧式高速加工中心的结构较立式高速加工中心复杂，体积和占地面积较大，价格也较高，较适于加工箱体类零件。只要一次装夹在回转工作台上，即可对箱体（除顶面和底面之外）的四个面进行铣、镗、钻、攻螺纹等加工。

卧式高速加工中心程序调试时，不如立式高速加工中心直观而容易观察，对工件检查和测量也不方便，且对复杂零件的加工程序调试时间是正常加工的几倍，所以加工的工件数量越多，平均每件占用机床的时间越少。因此，用卧式高速加工中心进行批量加工才合算。但它可实现普通设备难以达到的精度和质量要求，因此一些精度要求高、其他设备无法达到其精度要求的工件，特别是一些空间曲面和形状复杂的工件，即使是单件生产，也可考虑在卧式高速加工中心上加工。由此可见，卧式高速加工中心既是高效、高质量的自动化生产设备，又是攻克工艺难题的设备。

2.立式高速加工中心

立式高速加工中心采用普通立式加工的形式，刀具主轴垂直设置，能完成铣削、镗削、钻削、攻螺纹等多工序加工，适宜加工高度尺寸较小的零件。但立式高速加工中心在普通立式加工中心的基础上作了两个方面的改进，一方面由电主轴单元代替了原来的主轴系统；另一方面改变了机床的进给运动分配方案，由工作台运动变成刀具主轴（立柱）作进给运动，工作台固定不动。为了减轻运动部件的质量，刀库和换刀装置不宜再装在立柱的侧面，而把它固定安装在工作台的一侧，由立柱快速移动到换刀位置进行换刀。图1-10所示为德国哈默HERMLE立式高速加工中心。表1-2所列为它的技术参数。

图1-10 德国哈默HERMLE立式高速加工中心

表1-2 德国哈默HERMLE立式高速加工中心的技术参数

3.龙门高速加工中心

龙门高速加工中心立轴多为垂直设置，除带有自动换刀装置外，还带有可更换的主轴头附件，数控装置功能齐全。为了实现龙门高速加工中心的高速化，需将机床结构和运动分配进行一些调整。普通龙门式机床采用工作台进给，但由于工作台质量大，加之加工的往往又是重型零件，要想实现工作台高速、高加速度运动比较困难。因此，在高速加工机床中采用双墙式结构支撑横梁，横梁在墙式支撑上可进行快速进给运动，调整工作台进给为横梁进给运动。

图1-11所示为意大利POSEIDON系列五轴联动桥式龙门高速加工中心。它采用高刚性桥式结构、龙门电气双驱、齿轮齿条结构、高动态特性、模块化设计，具有高功率、高转速。该设计确保了机床的高精度、高动态特性、高刚性和高稳定性，适合任何非金属材料和轻铝合金材料的中、大型工件的五轴联动加工。表1-3所列为POSEIDON系列五轴联动桥式龙门高速加工中心的技术参数。

图1-11 意大利POSEIDON系列五轴联动桥式龙门高速加工中心

表1-3 意大利POSEIDON系列五轴联动桥式龙门高速加工中心的技术参数