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1、第四章 组合机床设计,普通高等教育“十一五”国家级规划教材,主 编：李庆余 孟广耀 副主编：张 佳 董 锋,目录,第一节 概述 第二节 组合机床总体设计 第三节 通用多轴箱设计,第一节 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。,第一节 概述,主要加工箱体类零件，如气缸体、变速箱体、汽缸盖、阀体等；一些重要零件的关键加工工序，虽然生产批量不大，也采用组合机床来保证其加工质量。 目前，组合机床的研制正向高效、高精度、高自动化的柔性化方向发展。,第一节 概述,组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多
2、面、多工位同时加工；可完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、铣削、车孔端面等工序；随着组合机床技术的的发展，其工艺范围日益扩大，如：焊接、热处理、自动测量和自动装配、清洗等非切削工序。 组合机床广泛应用于大批大量的生产的行业，如：汽车、拖拉机、电动机、内燃机、阀门、缝纫机等制造业。,组合机床的组成,组合机床的组成,组合机床主要由滑台1、镗削头2、夹具3、多轴箱4、动力箱5、立柱6、立柱底座7、中间底座8、侧底座9以及控制部件和辅助部件（图中未示出）等组成。 夹具3和多轴箱4是按加工对象设计的专用部件，其余均为通用部件； 专用部件中的绝大多数零件（约为70%90%）是通用零件。,组合机床的类型,根据所选用
3、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。 滑台台面宽度B250mm的为大型组合机床； 滑台台面宽度B250mm的为小型组合机床。 本章只介绍 大型组合机床及其设计。,组合机床的类型,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,具有固定夹具的单工位组合机床,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（如图4-2）。这类机床加
4、工 精度较高，但生产率较低。,卧式组合机床（如图4-2a）的刀具主轴水平布置，动力部件沿水平方向进给。按加工要求的不同，可配置成单面、双面或多面的形式。 立式组合机床（如图4-2b）的刀具主轴垂直布置，动力部件沿垂直方向进给。一般只有单面配置形式。,具有固定夹具的单工位组合机床,具有固定夹具的单工位组合机床,倾斜式组合机床（如图4-2c）的动力部件倾斜布置，沿倾斜方向进给。可配置成单面、双面或多面的形式，以加工工件上的倾斜表面。 复合式组合机床（如图4-1）是上述两种或三种型式的组合。,具有移动夹具的多工位组合机床,多工位组合机床的夹具和工件可按预定工作循环，作间歇的移动或转动，以便依次在不同
5、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（图4-3）。 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。,多工位组合机床,多工位组合机床,1.移动工作台组合机床 图4-3a所示的组合机床，可先后在两个工位上从两面对工件进行加工，夹具和工件可随工作台直线移动来实现工位的变换。,多工位组合机床,2.工作台组合回转机床 图4-3b所示为一台六工位回转工作台组合机床，在每一工位上可以同时加工一个或几个工件，其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的回转工作台上，并随其作周期转动以实现工
6、位的变换。由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工，具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间和机动时间重合，所以能获得较高的生产率。,3.中央立柱式组合机床 图4-3c所示为一台六工位中央立柱式组合机床，其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的环形回转工作台上，并随其作周期转动以实现工位的变换。在环形回转工作台周围以及中央立柱上均可布置动力部件，在各个工位上，对工件进行多工序加工。,多工位组合机床,多工位组合机床,4.鼓轮式组合机床 图4-3d所示为一台鼓轮式组合机床，其上的夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上，并作周期转动以实现工位的变换。在鼓轮的两端布置动力部件，从两面对工件进行
7、加工。,转塔式组合机床,转塔式组合机床（图4-4）的转塔回转工作台上，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：,转塔式组合机床,1只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床 多轴箱安装在转塔回转工作台上（图4-4a），主轴由电动机通过多轴箱内的传动装置带动作旋转主运动；工件安装在滑台的回转工作台上（如果不需工件转位时，可直接安装在滑台上），由滑台带动作进给运动。,转塔式组合机床,转塔式组合机床,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。 这类机床（图4-4b）的工件固定不动（也可以作周期转位），转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动。
8、 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。,三、组合机床的通用部件,通用部件是组合机床的基础。 （一）通用部件的分类 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。,三、组合机床的通用部件,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
9、床的刚度主要由支承部件保证。,三、组合机床的通用部件,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。,三、组合机床的通用部件,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。,（二）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
10、主参数来表示。 例如:1HY32M1B表示台面宽度为320mm，经过第一次重大改进，采用镶钢导轨的精密液压滑台； TX40A表示与台面宽度为400mm的滑台配套，主轴径向轴承采用短圆柱滚子轴承、用于精加工的铣削头。,“1字头”通用部件,等效采用ISO2562国际标准设计的“1字头”通用部件，按精度分为：普通级、精密级（M）和高精度级(G)三种精度等级。,“1字头”通用部件,如：普通级、精密级、高精度级台面宽度320mm的液压滑台 分别为： 1HY32 1HY32M 1HY32G 滚珠丝杠传动 台面宽度320mm的机械滑台 1HJ32 主参数320mm交流伺服数控机械滑台： NC1320 中心高
11、320mm的动力箱 ： 1TD32,“1字头”动力滑台特点,“1字头”动力滑台由滑座、滑鞍和驱动部件等组成；采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动导轨）与滑座（支承导轨）分离。这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。滑座导轨材料有两种，分别在型号后加A、B以示区别，A表示滑座导轨材料为HT300，高频淬火硬度为4248HRC；B表示滑座为镶钢导轨，淬火硬度达48HRC以上。,1机械滑台传动系统图,1TD动力箱结构示意图,1TX型铣削头结构示意图,1TA镗削头结构示意图,第二节 组合机床总体设计,总体设计内容和
12、方法大致如下： 制定工艺方案时，必须认真分析被加工零件工序图，了解零件的形状、大小、材料、硬度、刚性、加工部位的结构特点、加工精度、表面粗糙度，以及现场所采用的定位、夹紧方法，工艺过程，所采用的刀具及切削用量，生产率要求，现场的环境和条件等等。,第二节 组合机床总体设计,制定工艺方案时，还要考虑下列几点基本原则： 1.选择合适、可靠的工艺方法 2.粗、精加工要合理安排 3.工序集中的原则 4.定位基准及夹紧点的选择原则,二、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。 加工精度的影响 工件结构状况的影响
13、 生产率的影响 现场条件的影响,三、“三图一卡”的编制,编制“三图一卡”的工作内容包括：绘制被加工零件工序图、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。 （一）绘制被加工零件图 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。,被加工零件工序图,在被加工零件工序图上应标注的内容,1）加工零件的形状、主要外廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要
14、求等。 2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。 3）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导间有关部位的结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。 4）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。,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。,绘制被加工零件工序图的一些规定,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
15、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，如尺寸应换算成9.80.1。 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。,三、“三图一卡”的编制,（二）加工示意图 加工示意图是被加工零件工艺方案在图纸上的反映，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。,某汽车变速箱上盖11孔钻铰加工示意图,1在加工示意图上应标注的内容,（1）机床的
16、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。,1在加工示意图上应标注的内容,（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、攻丝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。,2绘制加工示意图的有关计算,加工示意图绘制时，应进行刀具、导向装置的选择及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的计算。,2绘制加工示意图的有关计算,（1）刀具的选择 选择刀具，应考虑工艺要求与加工尺寸精度，工件材质，表面粗糙度及生产率的要求。只要条件允许，应尽量选用标准刀具。为了提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm的距离，以便于排出切屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。刀具锥柄插入接杆孔内的长度，在绘制加工示意图时应注意从
