组合机床设计正文

四川理工学院毕业设计（论文）1/36第一章绪论§1.1组合机床概述组合机床是用系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件组成的,能加工一种(或几种)零件的一道(或几道)工序的高效率专用机床。组合机床的通用部件和标准件约占70-80%,这些部件是系列化的,可以进行成批生产。其余20-30%的专用部件是由被加工零件的形状,轮廓尺寸,工艺和工序来决定,如夹具,主轴箱,刀具和工具等。组合机床常用的通用部件有：床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台或回转工作台。动力箱、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动和进给运动的动力部件，其中还有可能同时完成切削主运动和进给运动动力头。床身、立柱、中间底座等是组合机床的支承部件，起着机床的基础骨架作用。组合机床的刚度和部件之间的精度保持性，主要由这些部件保证。除了上述主要部件之外，组合机床还有各种控制部件，主要指挥机床按顺序动作，以保证机床按规定的程序进行工作。组合机床是一种自动化或半自动化的机床。无论是机械电气或液压电气控制的都能实现自动循环。半自动化的组合机床,工人只要将工件装夹好,按一下按钮,机床即可自动进行加工,加工一个循环停止。自动化的组合机床,工人只要将工件放到料斗或上料架上,机床即可连续不断的进行工作。组合机床一般采用多轴,多刀,多工序,多面,多工位同时加工,是一种工序集中的高效率机床。加工孔的组合机床,刀具是借助钻模板和镗模架来导向,所以能稳定的保证产品质量。它的特点有：1.主要用于箱体零件和复杂的孔面加工。2.生产率高。因为工序集中，可多面、多工位、多轴、多刀同时自动加工。3.加工精度稳定。因为工序固定，可选用成熟的通用部件、精密夹具和自动工作循环来保证加工精度的一致性。4.研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低。因为通用化、系列化、标准化程度高，通用零部件占70-90%，通用部件可组织批量生产进行预制或外购。5.自动化程度高，劳动强度低。6.配置灵活。因为结构模块化、组合化。可按工件或工序要求，用大量通用部件和少量专用部件灵活组成各种类型的组合机床及自动线；机床易于改装，产品及工艺变化时，通用部件一般可以重复利用。§1.2组合机床设计步骤组合机床一般都是根据和用户签定的设计、制造合同进行设计的。合同规定了具体的加工对象（工件）、加工内容、加工精度、生产率要求、交货日期及价格等主要的原始数据。在设计过程中，应尽量做到采用先进的工艺方案；正确选择组合机床通用部件及机床布局型式；要十分注意保证加工精度和生产效率以及操作使用方便性，力争设计出技术先进、经济合理和工作可靠的组合机床。组合机床的设计步骤大致如下：一.调查研究第一章绪论它为组合机床设计提供必要的大量的数据、资料，作好充分的、全面的技术准备。二.拟定总体设计方案总体方案的设计主要包括制定工艺方案、确定机床配置型式、制定影响机床总体布局和技术性能的主要部件的结构方案。它是组合机床设计的最关键的一步。对同一加工内容，有各种不同的工艺方案和机床配置方案，在最后决定采用那种方案时，必须对各种可行的方案作全面分析比较，并考虑使用单位及制造单位等诸方面因素，综合评价，选择最佳方案或较为合理的方案。总体设计的具体工作是编制“三图一卡”，即绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡。在设计联系尺寸图过程中，不仅要根据动力计算和功能要求选择各通用部件，往往还应对机床关键的专用部件结构方案有所考虑。三.技术设计技术设计就是根据总体设计已确定的“三图一卡”，设计机床专用部件正式总图。在设计过程中，应按设计程序作必要计算和验算等工作，并对第二、第三阶段中初定的数据、结构等作相应的调整或修改。四.工作设计当设计通过审核后可开展工作设计，即绘制各个专用部件的施工图样、绘制各部件零件明细表。四川理工学院毕业设计（论文）3/36第二章组合机床总体设计组合机床的设计，目前有两种情况，一是根据具体加工对象的具体情况进行专门的设计，是最普遍的做法。二是，随着组合机床在我国机械行业的广泛使用，工人们总结自己生产和使用组合机床的经验，设计成为通用的组合机床。又称为“专能组合机床”。这种专能组合机床就不需要每次按具体加工对象进行专门的设计和生产，而是通过设计为通用品种，组织成批生产，然后按加工零件的具体要求，配以简单的夹具和刀具，就组成加工一定对象的高效设备。专能组合机床一般都是由单轴动力头组成，这种机床是由安装在支承部件上的一个或两个多能动力头组成。动力头能够实现快进——工进——快退的工作循环。实现进给运动的液压传动装置设置在底座内。机床留有安装夹具的位置；配上专用夹具及刀具，即可用于箱体、支承座等工件的加工。组合机床设计时，应考虑以下几点：1．采用先进的加工工艺，制定最佳的工艺方案。2．合适地确定机床工序集中程度。3．合理地选择组合机床的通用部件。4．选择恰当的组合机床的配置型式。5．合理地选择切削用量。6．设计高效率的夹具、工具、刀具及主轴箱等。图2-1双面组合机床第三章组合机床多轴箱设计§2-1工艺方案的拟定制定组合机床工艺方案式设计组合计最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能否达到“重量轻、体积小、结构简单、使用方便、效率高、质量好”的要求。影响机床工艺方案的主要因素有：1.被加工零件的加工精度和加工工序要求：被加工零件需要在组合机床上完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。首先分析工件的精度和技术要求，加工4－M10的箱体螺钉孔的精度要求一般只是保证圆周分布即可。2.被加工零件的特点：被加工零件的特点在很大程度上决定了机床采取的配置型式。一般说来，孔的中心线与定位基面平行且需由一面或几面加工的箱体零件宜采用卧式机床；对于箱体零件，采用单工位机床加工比较适宜。必须重视工件在组合机床加工前以完成的工序以及毛坯孔的质量。当毛坯孔余量很大或铸造质量较差，有大毛刺时，有时则安排粗加工工序，对几个同心孔常用粗扩的加工方法。工件有无适应的工艺基面也是影响工艺方案制定的重要因素。1.零件的生产批量零件的生产批量为：30000件/年。属于大批量生产，要求减少机床的台数，此时将工序尽量集中在一台或多台机床上加工，以提高机床利用率。2.工件到组合机床加工前，其毛坯或半成品必须达到零件图的要求，否则，会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定为基面，那么组合机床应考虑为下一道工序加工出定位基面。一．工艺基面的分析选择工艺基面和夹紧部件式制定工艺方案的极其重要的问题。工艺基面的选择的正确，将能实现最大限度的工序集中，从而保证加工精度。1．箱体零件工艺基面的选择：箱体零件是机械制造业中加工工序多，工作量大，精度要求高的关键零件。这类工件一般都有精度较高的轴承孔要加工，但这里只对轴承孔圆周分布的四孔进行加工。“一面两孔”是这类零件在组合机床上加工中时常用的典型定位方法。图2－3所示是“一面两孔”的定位方法示意图。四川理工学院毕业设计（论文）5/36图2-2箱体零件的“一面两孔”定位采用“一面两孔”定位方式，①可以简便地消除工件的六个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。②有同时加工五个面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。③“一面两孔”定位方法可以作为粗加工到精加工的全部工序的基准，使整个工艺过程实现基准统一。④还可以夹紧方便，夹紧机构简单，容易使夹紧力对准支承，消除夹紧力引起工件变形对加工精度的影响。⑤“一面两孔”易于实现自动化定位，并有利于防止切屑落入基面。为了保证箱体零件的加工精度及技术要求，不能选择零件上直径太小的孔作为定位销孔，因为定位销孔过小，易受力变形，甚至因装卸工件碰撞而破坏定位。根据零件的重量以及工件上现有孔的情况，定位销孔可选两个￠11mm的螺栓孔。2．确定机床配置型式及结构方案：根据被加工零件的结构特点、加工要求、工艺过程方案及生产率等，可大体上确定采取哪种基本型式的组合机床。但由于工艺的安排、动力部件的不同配置、零件的安装和工位数的不同，而会产生各种配置方案。不同配置方案对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整可能性及经济性效果等等，都具有不同程度的影响。因此，确定机床配置型式及结构方案时，考虑以下因素：（1）单工位多面组合机床单工位多面组合机床，具有固定式夹具，通常安装一个工件，用于中型零件的加工。利用多轴箱同时从两个方向对工件进行加工。但其机动时间不能与辅助时间重合，因而生产率比多工位机床低。钻孔的位置精度——孔与孔的相关位置尺寸精度，采用固定式导向能达到±0.2mm；严格要求机床主轴与夹具导向套的同轴度，减少钻头与导向套的间隙，导向套尽量接近工件时，可达±0.15mm。（2）其他问题第三章组合机床多轴箱设计（a）在确定组合机床完成工艺时，考虑可同时加工的最小孔间中心距。由于多轴箱结构和导向的需要，以保证必须的加工精度和工作可靠性的要求，组合机床钻孔时对于通用的多轴箱；其主轴间的最小中心距为24mm（若采用专用结构则可更小些），这样，主轴能够在铸铁上钻直径为￠10mm以下的孔了。（b）在确定机床配置型式和结构方案时，合理地解决工序集中的问题。在一个动力部件上配置多轴箱加工多孔来集中工序。主轴数量的多少，主要考虑加工零件的加工要求，还要考虑动力部件及多轴箱的性能、尺寸及调整机床和更换刀具方便，并注意排屑和操作使用的方便性。二．加工工艺分析随着组合机床在机械加工中的广泛使用，组合机床的工艺范围也是日益扩大。组合机床是钻孔最常见，也是最有效的加工方法。组合机床上钻孔多数是采用标准麻花钻。钻孔孔径及位置精度主要取决于导向精度及钻头的刃磨情况。为了提高钻孔孔径及位置精度，要减小导向套和钻头间的间隙，严格控制钻头切削刃的跳动，使导向套适当靠近被加工零件以及严格要求主轴与导向套之间的同轴度。§2-2组合机床切削用量的选择组合机床的正常工作与合理地选用切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量，有很大关系。切削用量选择得恰当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快省地进行生产。本组合机床采用多刀加工，而且是多把钻头同时工作。计算最佳切削用量的工作比较复杂，要想从理论上来确定合理适用于多刀加工的切削用量，很少有简便可靠的方法。一．确定工序余量为了使加工过程顺利进行并稳定保证加工精度，必须合理地确定工序间的余量。对于本箱体零件上4孔的加工余量，将在“组合机床设计”一章中详细介绍。二．选择切削用量确定了在组合机床上完成的工艺内容后，就可以着手选取切削用量了。1．组合机床切削用量选择的特点:目前组合机床切削用量的选择，还是根据多年来积累的一些经验数据来进行。由于组合机床上几把刀具同时工作，为了使机床正常工作，而达到较高的生产率，所选取的切削用量比一般通用机床单刀加工要低一些。可以概括地说：“在多轴加工的组合机床上不宜采用较大的切削速度和进给量”，但并不是说，在组合机床上就应尽可能选取较低一些的切削用量。无论何时采用降低切削用量的方法来改善加工情况是不正确的。在铸铁零件上钻孔时，如果进给量选得太小，钻头的寿命不仅不长，反而会很快磨损，且耗费功率大，并且带有尖叫声。根据现有机床的使用情况来看，多轴加工组合机床一般比通用机床的切削用量低30％左右。2．确定切削用量应注意的问题：（1）尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能。（2）复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命。（3）选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响。（4）切削用量的选择要有利于多轴箱的设计。（5）选择切削用量时，还应考虑所选动力滑台的性能。3．组合机床钻削切削用量的选择：根据工件材料、工作条件、技术要求进行分析，按照经济地满足加工要求的原则，四川理工学院毕业设计（论文）7/36合理地选择切削用量。通过