组合机床设计全套指导资料.docx

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组合机床设计全套指导资料

（一）组合机床设计

1、概述

组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或数种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。

组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻螺纹、铣削、车孔端面等工序。

（1）组合机床的类型

根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置形式等方面的差异，将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。

习惯上滑台台面宽度B≥250mm的为大型组合机床，滑台台面宽度B<250mm的为小型组合机床。

根据大型组合机床的配置形式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。

具有固定夹具的单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。

在整个加工循环中，夹具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。

这类机床加工精度较高，但生产率较低。

按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向，单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式四种类型。

具有移动夹具的多工位组合机床的夹具和工件可按预定的工作循环，作间歇的移动或转动，以便依次在不同工位上对工件进行不同工序的加工。

这类机床生产率高，但加工精度不如单工位组合机床，多用于大批量生产中对中小型零件的加工。

按照夹具和工件的输送方式不同，可分为移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和鼓轮式四种类型。

转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。

按多轴箱是否作进给运动，可将这类机床分为两类：

1）只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床；2）既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床。

转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工，因而可以减少机床台数和占地面积，适宜于中、小批量生产。

（2）组合机床的通用部件

按通用部件在组合机床上的作用，可分为下列几类：

1）动力部件动力部件是组合机床的主要部件，它为刀具提供主运动和进给运动。

动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴头，如铣削头、钻削头、镗孔车端面头等，其它部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。

2）支承部件支承部件是组合机床的基础部件，它包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等，用于支承和安装各种部件。

组合机床各部件之间的相对位置精度、机床的刚度主要由支承部件保证。

3）输送部件输送部件用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要求有较高的定位精度。

输送部件主要有移动工作台和回转工作台。

4）控制部件控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程控制器（PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。

5）辅助部件辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排屑装置以及上下料的机械手等。

（2）通用部件的型号、规格及配套关系

按通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其它通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。

2、组合机床总体设计

组合机床总体设计内容和步骤与普通机床相同，但由于组合机床只加工一种或数种工件的特定工序，工艺范围窄，主要技术参数已知；且工艺方案一旦确定，也就确定了结构布局；因而总体设计的侧重点不同，主要是通过工件分析等掌握机床设计的依据，画出详细的加工零件工序图；通过工艺分析，画出加工示意图；然后进行总体布局，画出机床尺寸联系图。

总体设计内容和方法大致如下：

（1）制定工艺方案

零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。

指定工艺方案时，要考虑下列几点基本原则：

1）选择合适、可靠的工艺方法

根据被加工零件的材料，加工部位的尺寸、形状、结构特点，加工精度、表面粗糙度以及生产率要求等等，结合组合机床的工艺范围及所能达到的加工精度，选择合适、可靠的工艺方法，以保证机床有稳定的加工质量和高的生产率。

2）粗、精加工要合理安排

一般情况下，在大批量生产或零件加工精度要求较高时，应将粗、精加工工序分开，以利于保证加工精度和保持精加工机床的工作精度；在生产批量不大时，在能够保证加工质量的前提下，也可将粗、精加工集中在同一机床上进行，以利于减少机床台数，提高经济效益。

3）工序集中的原则

为了提高机床生产率，减少机床台数，要求尽量贯彻工序集中的原则。

但是，工序集中程度过高会使机床结构复杂，调整使用不便，可靠性下降，并有可能由于切削负荷过大而引起工件变形，降低加工精度。

所以，应合理的考虑工序集中。

例如，单一工序可以相对集中在一台机床或同一工位上完成。

如钻孔、镗孔、攻螺纹等，但要考虑孔距的限制，以免给多轴箱的设计带来困难或无法进行；大量的钻、镗孔工序则不宜集中在同一主轴箱上完成，因为钻孔和镗孔的直径及加工时所采用的转速都相差很大，会导致主轴箱的设计困难，且钻孔的轴向力会影响镗孔的加工精度；铰孔和镗孔也不宜集中在同一主轴箱上完成，因为铰孔用低转速、大进给量切削，而镗孔则用高转速、小进给量，会使主轴箱设计困难。

4）定位基准及夹紧点的选择原则

应注意组合机床多刀、多面、多工位加工的特性，选择定位基准和夹紧部位时，应使工件有较多的敞开面，以利于加工。

另外，还应注意组合机床加工时切削力大、工件受力方向经常改变的特点，结合工件、夹紧刚度的因素，慎重地选择夹紧点。

（2）确定组合机床的配置形式和结构方案

通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。

但是还要考虑下列因素的影响。

1）加工精度的影响

工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。

2）工件结构状况的影响

工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。

例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等等。

3）生产率的影响

生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。

例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。

而在选择多工位组合机床时，还要考虑工位数不超过2—3个，并能满足生产率要求时，应选用移动工作台式组合机床；工位数超过4个时才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。

·

4）现场条件的影响

使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。

例如，使用单位的气候炎热，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，则宜采用机械传动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将影响组合机床的结构方案。

（3）“三图一卡”的编制

编制“三图一卡”的工作内容包括：

绘制被加工零件图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。

“三图一卡”是组合机床总体方案的具体体现。

1）被加工零件工序图

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。

它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。

图5所示汽车变速器上盖单工位双面卧式钻、铰孔组合机床的被加工零件工序图。

图5被加工零件工序图

绘制被加工零件工序图的一些规定：

1）本工序的加工部位用粗实线绘制，其余部位用细实线绘制。

定位基准、夹紧部位、夹紧方向等需用符号表示；本道工序保证的尺寸、角度等，均在尺寸下用横线标出。

2）加工部位的位置尺寸应由定位基准算起。

但有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准算起，其余各孔的位置尺寸再从该孔算起。

当定位基准与设计基准不重合时，要进行换算。

位置尺寸的公差不对称时，要换算成对称公差尺寸。

3）注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对精镗孔机床应注明是否允许留有退刀痕迹。

4）对简单的零件，可直接在零件图上作必要的说明，而不必另行绘制被加工零件工序图。

如铣削组合机床和单轴镗孔组合机床等。

2）加工示意图

加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据，是整台组合机床布局形式的原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。

图46为汽车变速箱上盖11孔双面钻（铰）加工示意图。

在加工示意图上应标注的内容

1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。

2）工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。

如工件端至多轴箱端面间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等。

3）主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆（包括镗杆）、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。

刀具应按加工终了位置绘制。

绘制加工示意图之前的有关计算

加工示意图绘制之前，应进行刀具、导向装置的选择以及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的计算。

绘制加工示意图的注意事项

1）加工示意图中的位置，应按加工终了时的状况绘制，且其方向应与机床的布局相吻合。

2）工件的非加工部位用细实线绘制，其余部分一律按机械制图标准绘制。

3）同一多轴箱上，结构、尺寸完全相同的主轴，不管数量多少，允许只绘一根，但应在主轴上标注与工件孔号相对应的轴号。

4）主轴间的分布可不按真实的中心距绘制，但加工孔距很近或需设置径向尺寸较大的导向装置时，则应按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、导向装置等是否产生干涉。

5）对于标准通用结构，允许只绘外形，标上型号，但对一些专用结构如导向、专用接杆等则应绘出剖视图，并标注尺寸、精度及配合。

图6汽车变速器上盖11孔双面钻（铰）加工示意图

3）机床联系尺寸图

机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形式、机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。

它是进行多轴箱、夹具等专用部件设计的重要依据。

如图7所示，机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号、规格，动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数，工件与各部件间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等等。

图7机床联系尺寸图

绘制机床联系尺寸图之前，应进行下列工作及其有关计算。

1）选用动力部件选用动力部件主要指选择型号、规格合适的滑台和动力箱。

2）确定装料高度装料高度指工件安装基面至机床底面的垂直距离。

组合机床标准中，推荐装料高度为1060mm，但根据具体情况，如车间运送工件的滚道高度、多轴箱最低主轴高度等因素，在850—1060mm范围内选取。

本例取装料高度为900mm。

3）确定夹具轮廓尺寸工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的基本依据。

确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件、夹紧机构、刀杆导向装置的需求空间，并应满足排屑和安装的需要。

一般情况下，加工示意图中已确定工件至导向套端面的距离和导向套的尺寸。

4）中间底座轮廓尺寸中间底座的轮廓尺寸要满足夹具在其上面联接安装的需要。

中间底座长度尺寸根据所选动力部件（滑台、滑座）及配套部件（侧底座）的位置关系确定。

同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具体之间应有适当距离，以便于机床调整、维修；另外中间底座周边应有不小于70—100mm的排屑或冷却液回流槽。

中间底座长度方向尺寸L，要根据所选动力部件和夹具安装要求来确定。

中间底座长度