组合机床的设计

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1、前言 在装备制造业中，组合机床是必不可少的加工设备，以其生产效率高，设计制造周期 短，应用范围广，操作简单等优点，在机械加工中得到广泛的应用。随着科技事业的发展 与进步，尤其是组合机床通用部件的标准化，组合机床越来越发挥出其巨大的潜力，因此 在我国组合机床的的产量迅速增长，质量不断提高，新产品逐渐的涌现。 本组合机床的设计是针对齿轮泵泵盖所要加工的 4 个钻孔进行的。调研地点是阜新液 压件厂。由于该厂采用立式钻床对 4 个孔逐个加工，这样保证不了孔的位置精度，且生产 率很低，因此采用专用的夹具对其进行加工。 我采用的夹具为一面两销定位方式：一面即耳座面，定位三个方向的自由度。两销之 一是耳座面

2、后的凸台，另一个是形销，两销亦定位三个方向的自由度，这样一共定位了六 个方向的自由度。 采用这样的组合机床进行加工，生产率会得到很好的保证且加工精度有了很大的提 高。1.1 组合机床概述组合机床概述及发展组合机床概述 组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹 具，组成的半自动或自动专用机床。 组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比 通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能 缩短设计和制造周期。因此。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量生产中得到 广泛应用，并可用以组成自动化生产线。

3、 组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具 的旋转运动和刀具与零件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削 平面、 切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。 有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转， 由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端 面加工。1.1.2 组合机床的发展2二十世纪 70 年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动 补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达 0.05 毫米 1000 毫米， 表面粗糙度可低达 2.50.63 微米； 镗孔精度可达 I

4、T76 级， 孔距精度可达 0.03 0.02 微米。 专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用， 逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂 都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维 修，1953 年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通 用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。1.2 组合机床的特点1.2.1 组合机床的特点1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零部件总量

5、的 70%80%，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好；2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高， 产品质量稳定，劳动强度低； 3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制 造，因此结构稳定工作可靠，使用和维修方便；4）在组合机床的通用上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工 质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高；5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。用组 合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造； 6）组合机床易于联成组合机床生产线，以适应大规模

6、的生产需要。1.3 组合机床的工艺范围和发展方向1.3.1 组合机床的工业范围组合机床最常用的形式就是加工平行孔系。除此之外还可完成铣平面、刮平面、车端 面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔、攻丝、倒角、锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技 术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可以完成车外 圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面、磨削、抛光、甚至还可 以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。1.3.2 组合机床的发展方向1）提高组合机床的加工精度 a 提高工件加工精度的因素 提高测量仪器的精度等级，提高机床的精度等级，降低工件的装夹斜量，降低工

7、件的 定位与找正误差，降低温度差引起的热变形量，降低设备刻度尺误差值，降低工艺系统由 于自激振动与受压迫振动产生的加工误差等。 b 采用新的设计结构提高工件加工精度 采用超精密级滚动轴承，液体静压轴承，液体动压轴承，气压轴承和磁浮轴承等。 c 采用新工艺以提高工件加工精度 采用带有镗刀磨损补偿装置的镗削头，在加工进行中可以自动测量，自动调整刀具位 移，以提高加工精度。 2）提高组合机床的柔性化程度a 柔性制造系统的优点： 柔性生产系统适应企业多品种，小批量生产要求；柔性化生产有利于提高产品质量可 以大大提高组合机床的经济效益；缩短产品的制造周期，企业能迅速适应市场需求变化。b 组合机床柔性化的

8、途径： 组合机床柔性化是指机床的主要部件柔性化，机床进给系统通过数控滑块实现柔性 化。机床主运动系统实现柔性化的方法有：自动换箱式组合机床；自动换刀式组合机床； 手动换箱式组合机床2 组合机床的通用部件2.1 通用部件简介2.1.1 通用部件的分类1）动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。动力部件是通用部件中最 基本的部件。第一种动力部件是传递切削主运动的部件，包括动力箱和完成各种专能工艺 的切削头，如铣削头、镗削头、钻削头、镗孔车端面头等。第二种是传递进给运动的部件， 包括液压滑台和机械滑台。第三种是转塔动力部件，包括多轴转塔头和单轴转塔头。 2）输送部件是用以输送工件或主轴箱至加

9、工工位的部件，主要有分度回转工作台、 环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。主要是将工件由一个工位输送到另 一个工位得部件，常用作夹具和工件的移动或转位。 3）支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底 座、中间底座、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。支承部件是组合机床的基础部件， 组合机床的其他部件都安装在支承部件上。组合机床各部件之间的相对位置精度，机床的 刚度等主要靠支承部件保证。 4）控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。 辅助部件有润滑装置、 冷却装置和排屑装置等。 控制组合机床按规定程序运动的一些部件， 包括液

10、压元件，电气挡铁及操纵台等。 5）除上述以外的其他部件，例如：冷却与润滑装置、气动或液压夹具装置和机械搬手 等。 为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工 艺相似的零件集中在一台组合机床上加工， 以提高机床的利用率。 这类机床常见的有两种， 可换主轴箱式组合机床和转塔式组合机床。2.2 动力滑台及动力箱2.2.1 动力滑台概述滑台与滑座配套组成一个独立的动力部件动力滑台。滑台在滑座导轨上移动，实现 机床的进给运动。滑台上可以安装各种专用的单轴工艺切削头或安装动力箱和主轴箱。图 所示为利用动力滑台进行加工的工序，其中有：钻、扩、铰、镗孔、倒角、刮端面、铣削、 攻

11、丝。若安装分级进给机构可以进行深孔加工，安装转塔头可以组合成转塔式动力头。此外，滑台还可以用作夹具和工件的输送部件。滑台的主要参数规定为台面宽度尺寸。组合机床各种通用部件的品种，规格及其配套关系也以滑台宽度尺寸为标准，其理由是：直接反应在滑台上安装工艺切削头的能力，间接反映铣刀最大直径等。在安装主轴箱 时，可以反映出被加工零件加工位置的分布面积等。滑台台面宽度是一个主要结合尺寸， 结合面尺寸的标准化能使组合机床整个部件外型协调。滑台台面宽度作为通用部件配套标 准，使机床受力合理，提高组合机床的刚度。 1）HY 系列液压动力滑台 液压滑台是由滑台，滑座和油缸三部分组成。油缸固定在滑座上，活塞杆则

12、固定在滑 台下面。 当压力油进入油缸的后腔或前腔时， 便可实现滑台沿滑座的导轨向前或向后移动。 控制滑台各种运动的液压系统装置，则可根据滑台动作程序另外配置。液压滑台可实现的 典型自动工作循环。这些自动工作循环的油路系统已有标准设计，可以成套购买，以满足工艺需要。 滑座与滑台配制矩形导轨用于精加工，如无导向装置的精镗孔，镗孔车端面工序等。 滑座与滑台配置双矩形导轨，用于粗加工，如钻孔、铣削及带有镗模的浮动主轴镗孔工序等。 液压滑台即可用与配置卧式机床又可配置立式机床。当液压滑台用于配置立式或倾斜 式机床时，为了使滑台在滑座上移动轻便和防止滑台下滑需要配置平衡重锤。 2）液压滑台的液压系统 滑台

13、实现两次进给工作循环的液压系统。在液压系统中采用变量叶片泵供油，进口节 流调速，各液压元件按集成块式联接装置，即在油路系统中，将各元件按其作用，分别组 成若干个实现一定功能的环节，每个环节组成一个集成块，再将这些集成块装在一起组成 一个完整的油路装置。整个油路系统在电器及固定在滑台上的行程挡铁配合下，完成所需 要的工作循环：滑台快进一次工进二次工进停留快退原位停止。 下一工件重新安装后，经发令，重复上述自动循环。 3）液压滑台的技术性能 台面宽 320 毫米以下的滑台，可以安装分级进给装置，用以进行深孔加工。根据经验 规定一般麻花钻头在钢件上钻孔深度超过其直径的 6 倍， 在铸铁上钻孔深为其直

14、径的 1015 倍，应作为深孔加工。由于加工深孔排屑困难，切削易阻塞在孔内使钻头折断，因此，深 孔加工过程中，要求刀具加工到一定深度便退出工件之外排屑和冷却，然后再行切入。分级进给机构已有标准部件，可根据工艺需要选择。2.2.2 动力箱动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置。它与动力滑台和主轴箱配套使 用，由动力滑台实现进给运动，动力箱上安装主轴箱实现切削运动，用以组成带导向装置 加工的卧式或立式组合机床。 标准中规定了动力箱的两种结构形式，即齿轮传动的动力箱和联轴节传动的动力箱。 图为齿轮传动的动力箱，其机构比较简单，运动从电动机经一对降速齿轮传到驱动轴。为 了提高动力箱的刚度，规定

15、动力箱与主轴箱结合面的高度等于动力箱与滑台结合面的宽 度。动力箱与主轴箱结合面的宽度以及动力箱的长度为同参数滑台宽度尺寸的 1.25 倍。其优点是： 1）通过联轴节传动可以吸收振动，使传动平衡； 2）采用联轴节传动，动力箱不需润滑，这样就可避免主轴箱与动力箱之间的漏油。2.3 组合机床的支承部件32.3.1 概述组合机床支承部件包括中间底座、侧底座、立柱、立柱底座、支承架及垫块等。支承 部件主要用来安装动力部件及其他工作部件，是组合机床的基础部件。支承部件应由足够 的刚度，以保证各部件之间相对位置精度长期正确，从而保证组合机床的加工精度。2.3.2 ICC 系列滑台侧底座本系列滑台侧底座用于

16、HY 系列液压滑台及各种机械滑台，侧底座长度按滑台行程长 度分型并与其配套。滑座安装在侧底座上，侧底座与中间底座用螺钉及销连结成一体。滑 座也底座之间装有 5mm 厚的垫圈，采用调整垫对机床的制造和维修都方便，因此防滑座 导轨磨损后，或重新组装机床时，只须取下滑座将导轨面重新修刮或修磨，再重新更换调 整垫厚度，可使机床达到应有的精度。侧底座的顶面除具有与滑座结合的平面外，在其周围有收集冷却液或润滑油用的沟槽，用管道将油液引回储存槽中，侧底座的另一侧面有电器盒，以供安装电器元件，一般 电器盒与冷却液储存槽不应接近，以防电器元件潮湿。为了便于安装支承部件及整台机床 运输，侧底座应有起吊孔。2.3.3 ICD 系列立柱侧底座本系列立柱侧底座用于安装 ICL 立柱及 ICLb 立柱，根据组合机床总体联系尺寸的需要，立柱可以在立柱侧底座上平面前，后方向作任何位置上的安装。根据组合机床调整， 维修和更新的要求，在立柱与立柱侧底座之间增加 5mm 调整垫块，在主侧底座与中间底 座之间的连接定位有键定位和锥销定位两种。2.3.4 中间底座中间底座是用于安