立式加工中心废屑收集处理装置应用设计
2026-6-24 来源： 通用技术集团机床工程研究院有限公司 作者： 于文启
1.引言
随着制造业向高精度、高效率、环保化方向发展，立式加工中心作为机械制造领域的核心设备，其辅助功能的优化升级日益受到重视。在立式加工中心进行金属切削的过程中，大量废屑的产生不仅会影响零件加工精度和表面质量，还会缩短设备寿命、污染工作环境。
现有技术通常为立式加工中心机床配置收集废屑及切削液的水箱或排屑器，根据机床切削零件的切削强度，产生的废屑量不同。当废屑存储过多后，就需要人工从水箱接屑槽将其移送至接屑小车内或规定的废屑收集区域。由于废屑收集响应较慢，而且废屑和切削液经常混杂在一起较难分离，处理过程费时费力。若废屑及切削液处理不及时，不仅会对机床外观产生影响，甚至会影响其生产安全，造成效率降低、资源浪费和污染环境等问题。
针对此类问题，文章设计一种应用于立式加工中心机床的集废屑收集、分离、转运功能于一体的移动式处理装置，通过一车两用设计，将传统的废屑收集和人工转运步骤合二为一，极大提升了废屑收集处理效率，为同类废屑处理装置的设计和应用提供参考。
2.设计目的
立式加工中心废屑收集处理装置的应用设计，主要目的在于解决传统废屑处理方式的弊端，实现废屑的即时收集、在线固液分离、快速转运，通过简洁化、高效率的处理流程，进而达成高效收集、环保处理、资源回收三大目标。
2.1 提高废屑收集效率
目前机加工企业车间内产生的切屑，如铸铁屑、短钢屑、长钢屑等，由于松散堆积而体积庞大，占地面积大，且铁屑倒料和装车采用人工方式处理，不仅效率低，还会造成废屑和切屑液撒落，污染环境，腐蚀地面，致使地面因油迹污染而湿滑，影响企业的生产安全性。
因此，设计一种立式加工中心废屑收集处理新装置。相较于现有的技术，新装置省去了操作工人通过工具将废屑从容器内移动到小车或其他移动设备上的步骤，将现有的废屑及切削液处理两个步骤简化为一个步骤，并且实现了在车体上即可将废屑与切削液分离，提高了生产效率，降低了人工成本。此外，新装置响应速度快，可避免溢出对机床造成影响，提高了安全性。
2.2 改善工作环境
金属切削加工过程中产生的细小废屑和粉尘若未经有效处理，会散布到空气中，影响工人健康和车间环境质量。进入立式加工中心的粉尘颗粒也易导致电路板短路，影响机床的灵敏度和精度，使得机床生产的产品不能满足预期要求，降低产品质量，影响产品合格率。通过设计废屑收集处理新装置，高效地收集加工过程中产生的废屑和粉尘，从源头上对污染物的产生和扩散进行严格控制，防止有害物质在空气中扩散，可显著提升工作环境的空气质量，全面改善车间内的工作环境。
2.3 实现资源循环利用
在金属切削加工过程中，通常需要用切削液来冷却、润滑刀具和加工件。机床加工常用的水基切削液，其主要由矿物油、油脂及脂肪酸、表面活性剂、防锈剂、防腐剂等多种成分组成，成本较高且不宜降解，甚至部分添加剂对环境具有毒害作用。一旦切削液失效，如不经处理合格便排放，将会严重危害环境安全。传统的机床加工废屑处理方式往往将切削液与金属废屑混合排放，造成资源浪费。针对此类状况，业内急需研
究开发机床废屑分离和冷却液收集装置来大幅提高资源回收效率。因此，文章设计集成废屑和切削液分离功能的新装置，使切削液能够被循环使用，进而减少资源消耗和生产成本，降低其排放对环境的污染度。
3.设计方法
3.1 整体结构设计
立式加工中心废屑收集处理装置采用模块化设计理念，由移动收集车和固定储液箱两个核心模块组成（表 1、图 1）。其中，移动收集车专门用于收集废屑和切削液，并在线进行固液分离 ;固定储液箱专门用于收集过滤后的切削液，通过冷却泵实现循环利用。这种模块化设计使装置能够根据不同加工需求灵活调整收集车的大小或者储液箱的容积，提高装置的可适性和可维护性。
表 1 废屑收集处理装置主要模块功能
1.车体 2.收集斗 3.过滤网 4.排屑通道 5.储液箱 6.支撑杆 7.支
撑块 8.支撑板 9. 车轮 10. 把手 11.铰接头 12. 轴体 13.定位销
图 1 废屑收集处理装置结构示意
移动收集车的车体上设有收集斗，车体的一端设有与收集斗连通的过滤口，当收集斗随车体移动到机床排屑通道下方时，废屑及切削液将流入到收集斗内，同时废屑将被过滤网阻挡留在收集斗内，而切削液将流入储液箱内，完成废屑与切削液的即时固液分离。与传统废屑处理方式相比，该设计在结构创新和功能集成方面具有显著优势。传统立式加工中心多采用单一功能废屑处理装置，仅具备基础收集功能 ; 而新装置通过多模块协同工作，实现了废屑从收集到处理的全流程优化，效率倍增，同时改善了人机工程学，安全性、灵活性和可靠性更高，更利于切削液回收，特别适用于高节拍、大批量的生产场景。
3.2 收集与过滤一体化设计
新装置的收集与过滤一体化设计通过将传统的废屑收集、转运至移动设备的两个相互独立的步骤，整合为移动设备直接在线接收并高效过滤的一个连贯步骤，从而省略了中间环节，提升了废屑处理的整体效率，降低了人工成本和劳动强度。此外，收集车具备随时替换的灵活性，能够即时快速地响应立式加工中心在加工过程中的排屑需求，有效避免因满溢而引发的停机现象、设备污染风险或潜在的安全事故。在移动收集车上直接进行即时固液分离操作，使得切削液能够迅速回流至储液箱内，不仅可减少交叉污染的可能性，还可有效控制液体飞溅的问题，进一步提升工作环境的整洁性和安全性。
3.3 多功能收集车结构设计
收集车采用多功能结构设计，保证在接屑与运输两种状态的切换既稳定又便捷。其设计涵盖可旋转收放的把手、布局有差异的车轮和能进行姿态控制的车体等。
可旋转收放的把手包含 2 根支撑杆、1 个横跨的把手、车体上的铰接轴座，以及车体尾部的支撑块，其能够借助支撑杆围绕车体头部的轴座旋转。在接屑状态时，把手向后旋转，支撑杆末端搭在车体尾部的支撑块上 ; 运输状态时，把手向前旋转至车体前端，定位销插入轴体与铰接头对齐的定位孔中，从而将把手锁定，达成单一把手在不同工作状况下的功能优化，同时兼顾接屑时的低姿态、高稳定性以及运输时的良好操控性。
收集车的两对车轮主要包括一对大直径车轮（位于车体底部中间）和一对小直径车轮（位于车体尾部）。车体尾部底部设计成倾斜面，小车轮安装在此倾斜面上。在运输状态时，只有中间的大车轮着地，车体尾部翘起 ; 接屑状态时，小车轮通过支撑板滚动到位，使车体头部搭在储液箱上，整体呈现前低后高的姿态，确保切削液可以顺利经由过滤网流入储液箱。当需要清理废屑时（倾倒状态），车体尾部的小车轮置于地面，因倾斜面的存在，车体自然呈前高后低姿态，方便将废屑从收集斗中倒出。
3.4 定位与固定结构设计
为保证接屑状态的稳定性和可靠性，设计支撑板与曲面相结合的定位和固定结构。
通过在支撑板近坡道端进行特定形态的曲面设计，实现车体在接屑工位的精准定位与固定保持。支撑板靠近坡道端的承载表面设计向一侧凹陷的连续波浪曲面。该曲面构型使得移动车体的另一对车轮能够沿坡道轨迹顺利滚入波浪面的凹陷区域，形成具有自锁效应的机械定位，确保车体在接屑过程中的全自由度约束。当装置处于接屑工作状态时，车轮与波浪面凹陷的契合会形成可靠的紧固定位，使车体前端能够以预设的搭接角度平稳承载于储液箱边缘。
这种结构设计不仅解决了传统接屑车体易发生位移窜动的技术难题，更通过机械自锁原理实现了无需额外锁紧装置的精确定位。而波浪面既可作为导向结构引导车轮运动轨迹，又可作为定位结构提供约束力，同时其连续曲面的特性还可避免应力集中问题。
3.5 防泄漏与接口密封设计
为实现废屑收集处理过程中的防泄漏和密封效果，设计排屑通道与接屑口的插接结构。将立式加工中心的排屑通道末端设计为可直接插入到收集车接屑口的方式。这种紧密的插接方式，形成了一个完全包覆式的连接结构，能够有效防止废屑和切削液在接口处发生飞溅和泄漏，确保整个收集过程的安全和清洁。
此外，为进一步提升密封性能，还特别设计了可拆卸的挡板，在接屑口的两侧分别设置了插槽，当收集车处于运输状态时，可以将挡板插入插槽中，从而封闭接屑口，防止转运途中废屑漏洒污染环境，达到理想的密封效果。
4. 结果分析
4.1 废屑收集效率提升
将该废屑收集处理装置应用于某厂制造车间后，立式加工中心机床的废屑收集效率得以显著提高。通过加工同材料同尺寸的毛坯零件，使用相同的加工程序，加工完成将收集的废屑静置干燥后，根据收集废屑质量（毛坯加工前质量 / -毛坯加工后质量）得出收集效率，实测数据见表2。由表 2 可知，传统水箱装置的废屑收集率一般为 70%~80%，而新装置的废屑收集率稳定保持在 95% 以上，高效的废屑收集降低了人工清理的频次，提升了设备的综合利用率。
表 2 传统与现代废屑处理方式对比
4.2 环保性能改善
该废屑收集处理装置在环保性能方面有显著改善，主要体现在粉尘控制及切削液回收两个方面。
（1）在粉尘控制方面，装置通过采用高效率的废屑收集和过滤，能够将加工过程中产生的粉尘颗粒有效控制在收集系统内部，防止扩散到空气中，不仅显著提升了车间内的空气质量，还改善了工人的作业环境。
（2）在切削液回收方面，该装置通过废屑和切削液在线高效率分离，使得切削液的回收利用率大幅提升，不仅有效减少了资源的浪费和消耗，还大幅降低了废液处理的成本，同时减轻了对环境的污染负担。
4.3 操作便捷性与经济性
该废屑收集装置具备优异的操作便捷性和显著的经济性优势。
在操作便捷性方面，该装置通过结构设计能够在降低操作人员劳动强度的同时，高效完成废屑的收集、分离和处理等一系列复杂工序。相较于传统的废屑处理方式，该装置能够提升了工作效率，减轻了操作人员的负担。
在经济性方面，该装置有效降低水箱的制造成本，使用更少的原材料即可达到更为理想的废屑收集处理效果。此外，该装置减少了机床整机占地面积，布局紧凑合理，尤其对于厂房面积有限的客户，可以在有限的空间内布置更多的设备，从而最大化利用现有资源，进一步降低采购成本。废屑收集装置使用场景如图 2 所示。
图 2 废屑收集装置车间现场使用场景
5. 结束语
文章对立式加工中心废屑收集处理装置的应用设计进行了全面而系统的分析。该装置通过采用创新的模块化结构设计理念，实现了废屑的高效收集、环保处理以及资源回收的多重目标，有效解决了传统废屑处理方式中存在的效率低、环境污染严重、资源浪费等弊端。客户实际场景的应用结果显示，该装置在多个方面展现出显著的优越性，在收集效率方面，该装置废屑的收集率能够达到 95% 以上，提升了废屑处理的效率，保障了生产环境的整洁 ; 在环保效益方面，该装置能够有效控制粉尘的扩散，提升切削液的回收利用率，对环境保护起到了积极作用，符合现代制造业对绿色生产的要求 ; 在操作便捷性方面，该装置设计合理，操作简便，能够大幅减少人工干预，显著降低工人的劳动强度，提升工作效率。
尽管该装置在设计和应用上已经达到了较高的水平，但仍然存在进一步优化的空间。例如，可以考虑针对不同行业的具体加工场景，开发系列化的规格型号，以满足多样化的需求，提升装置的适用性和灵活性 ; 同时，可以结合先进的工业物联网技术，进一步提升其智能化水平，实现装置的远程监控和预测性维护，确保装置的稳定运行和高效维护。此外，还可以采用新型材料来提升关键部件的耐磨性和使用寿命，从而延长装置的整体使用寿命，降低维护成本，提高长期使用的经济效益。随着制造业对环保和效率要求的不断提升，这种集成化、智能化的废屑收集处理装置必将成为立式加工中心的标准配置，为推动制造业的绿色升级和可持续发展提供坚实的技术支撑。
投稿箱：
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
如果您有机床行业、企业相关新闻稿件发表，或进行资讯合作，欢迎联系本网编辑部， 邮箱：skjcsc@vip.sina.com
更多相关信息
