1.1 1前言组合机床的发展历史组合机床的设计是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础配以少量专用部件组成的一种高效专用机床组合机床作为一种专用高效自动化技术设备，已成为大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，是集机电于一体的综合自动化程度较高的制造技术和成套工艺装备组合机床及的技术性能和综合自动化水平，在很大程度上决定了这些工业部门产品的生产效率、产品质量和企业生产组织的结构，也在很大程度上决定了企业产品的竞争力在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入到很多行业它是当前机械制造业实现产品更新，进行技术改造，提高生产效率和高速发展必不可少的设备之一1.2 组合机床的组成和特点组合机床是按照高度工序集中的原则设计的，即在一台机床上可以同时完成同种或不同工序的加工通用部件是组成组合机床的基础用来实现机床切削和进给运动的通用部件，如单轴工艺切削头、传动装置、动力箱、进给滑台等为动力部件用以安装动力部件的通用部件如侧底座、立柱、立柱底座等称为支承部件组合机床的特点：1 .组合机床由70〜90%的通用部件组成，可以缩短设计和制造周期而且在需要的时候，还可以部分或全部进行改装，以组成适应新加工要求的新设备。
这就是说组合机床有重新改造的优越性，其通用部件可以多次重复利用2 .组合机床是按具体加工对象专门设计的，可以按最佳工艺方案进行加工3. 在组合机床上可以同时从几个方向采用多把刀具对几个工件进行加工，是实现集中工序，提高生产效率的最好途径4. 组合机床是在工件一次装夹下用多轴实现多孔同时加工，有利于保证各孔相互之间的精度要求，提高产品质量；减少了工件工序间的搬运，改善了劳动条件；减少了占地面积5 .由于组合机床大多数零、部件是同类的通用部件，简化了机床的维护和修理6 .组合机床的通用部件可以组织专门工厂集中生产，有利于提高产品质量和技术水平，降低制造成本1.3 组合机床的工艺范围和发展趋势在组合机床上可以完成钻孔，扩孔，铰孔，攻丝，镗孔等等工序，还可以进行尺寸检验及简单的装配工序往往，一台机床就能完成上述工序，但是大多数的组合机床目前主要只是用来完成钻孔，扩孔，铰孔，攻丝，镗孔等工序，采用组合机床，由于采取多轴加工，能大大的缩小占地面积，成倍或者几十倍的提高劳动生产率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。
近几年，组合机床行业取得了迅速的发展，其发展方向为：1. 提高生产量，主要方法是改善机床布局，增加同时工作的刀具，减少工作余量，提高切削用量，提高可靠性和缩短辅助时间等2. 扩大工艺范围，现在的组合机床及其自动线一般已不是完成一个工件的某几道工序，而是完成一个工件的全部工序加工3. 提高加工精度，现在组合机床的生产工序上又纳入了许多精加工工序，如进行一级孔的精镗，可以保证孔加工的位置精度为0.02mm4. 提高自动化程度，目前组合机床的自动线发展速度很快，越来越多的组合机床已经用于组成自动线5. 提高组合机床及其自动线的可调性，特别是数字程序控制的发展，为发展这种机床创造了更有力的条件1.4 本课题的研究的基本内容具体的设计内容：1. 制定工艺方案，确定机床配置型式及结构方案2. 三图一卡设计，其中包括：（1）被加工零件的工序图；（2）加工示意图；（3）机床的联系尺寸图；（4）零件的生产率计算卡；（5）有关的校核计算等3. 多轴箱的设计：（1）多轴箱的装配图；（2）多轴箱的零件图；（3）其他零件图；（4）设计时的校核计算等2组合机床总体设计2.1总体方案论证2.1.1被加工的零件工序分析名称：压缩机的后支撑座（图2-1所示）;材料：HT2O0硬度：170-240;主要任务是在压缩机后支撑盖上完成8-©6.7钻孔工序的加工工序并进行倒角。
丄■|T1,ir：图2-1压缩机后支撑盖的零件工序图由于零件中需加工的孔都集中在一面，所以采用单面加工组合机床本课题拟用卧式单面组合机床，根据零件的工序特点对机床的多轴箱进行设计，一次性加工完成所有钻孔工序，以此保证各孔加工时的位置精度零件的技术要求包括：1.孔中心到中心基准的位置度2.孔水平方向到设计基准的位置度要求3.孔的垂直方向到设计基准的位置度要求2.1.2 机床配置型式的选择通常根据工件的结构特点，加工要求，生产率和工艺过程方案等，大体上就可以确定应采用哪种基本形式的组合机床但在基本形式的基础上，由于工艺的组织，动力头的不同配置方法，零件安装数目和工位数多少等具体安排不同，机床的配置型式有立式和卧式两种立式机床的优点是占地面积小，自由度大，操作方便，其缺点是机床重心高，振动大卧式机床的优点是加工和装配工艺性好，振动小，运动平稳，机床重心较低，精度高，安装方便，其缺点是削弱了床身的刚性，占地面积大机床的配置型式在很大程度上取决于被加工零件的大小、形状及加工部位等因素而立式机床则适用考虑到压缩机后支也减轻了工人的劳卧式机床多用于加工孔中心线与定位基准面平行的情况，于加工定位基面是水平的，而加工的孔与基面相垂直的工件承座的结构，从加工和装夹的角度来看，卧式装夹比较方便，动强度。
通过以上的比较，考虑到卧式机床振动小，装夹方便等因素，所以选择配置形式简单的单工位卧式单面加工组合机床2.1.3 选择定位基准的原则本课题针对压缩机后支撑座上8个孔进行钻加工的工序来设计组合机床，定位基准的准确选择是保证加工精度的关键，同时也有利于实现最大限度的集中工序，从而实现减少机床台数的效果由于采用专用夹具，对其精度要求完全可以达到在选择定位基准时，要注意：(a) 应尽量选择零件设计基准作为组合机床加工的定位基准这样可以减少基准不符的误差，以保证加工精度，但在某些情况下，却必须选用其他作为定位基准b) 选择定位基准应确定工件定位稳定尽量采用已加工较大平面作为定位基准，这对于加工尤为重要c) 统一基准原则即在各台机床上采取共同的定位基面来加工零件不同表面的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序2.2.1 2.2确定切削用量及刀具的选择确定切削用量对于8个被加工孔，采用查表法选择切削用量，从文献[1]表6-11中选取由于钻孔的切削用量与钻孔深度有关，随孔深的增加而逐渐递减，其递减值按文献[1]表6-12选取钻孔时，降低进给量的目的是为了减小轴向切削力，以避免钻头折断，降低切削速度主要是为了提高刀具寿命。
所有刀具都采用硬质合金由于工序中加工的8个孔的直径都是6.7mm所以针对8个孔的切削用量的选择和计算都是一样的HB-零件的布氏硬度值，本课题工件的材料为HT2O0硬度范围在170-240之间，计算硬度HB=24—1/3（240-170）=216.课题中需要加工的孔径是6.7mm深度为20mm材料为HT20Q根据公式2-1计算钻削时的切削力：F26Df0'8HB0'6（2-1）F—切削轴向力（N）;D—钻头直径（mr）f—每转进给量（m/r）；计算得到结果F266.70.150'8216"960.7Nv=20m/min，f=0.15mm/r由于工件的材料为HT20Q孔的直径＞6-12，所以拟选用直径D=6.7mm的高速钢钻头钻20mm深的孔，根据刀具直径和工件，刀具材料，查《组合机床简明设计手册》6-11表，选择切削速度由文献［1］第43页公式：(2-2)1000vd根据公式2-2得出结果:1000v6.7再根据切削力计算刀具承受扭矩的大小，查文献［1］可的公式:M10D1,9f0.8HBf—每转进给量（m/r）;^0^0950旷6.73.14min0.80.6(2-3)D—钻头直径（mr）M—切削转矩（N.mm；根据公式2-3得出结果计算刀具的耐用度：106.7190.150-8216062047N.mmT(9600D根据公式2-4得出结果0.25）8vf0.55HB1.3）/96006.70.25、8（蔬石）281.164min200.15216(2-4)M—切削转矩（N.mm；v—切削速度（n/min）根据公式2-5得出结果最后确定单个孔加工时所需的功率：(2-5)PMv__9740DP—切削功率(KV)2047200.2KW97406.7综上所计算，得出右多轴箱中各轴的参数：1、2、3、4、5、6、7、8轴F=960.7NM=2047N-mmP=0.2kW222刀具的选择选择刀具的原则：（1）只要条件允许，为使工作可靠，结构简单、刃磨容易，应尽量选择标准刀具和简单刀具。
2）为使工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具3）选择刀具结构时，还须认真分析被加工零件材料特点2.3.1 “三图一^”的设计工件的加工工序图被加工零件工序图是根据制定的工艺方案，表示所设计的组合机床（或自动线）上完成的工艺内容，加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用的定位基准、夹压部位以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前加工余量、毛坯或半成品情况的图样除了设计研制合同外，它是组合机床设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要文件2.3.2加工示意图1. 主轴的选择计算加工工件的材料是灰口铸铁，硬度范围在170到240之间，拟采用高速钢钻头进行钻削，最大进给速度为0.45mm/r，本次加工取进给速度为0.2mm/r,由此计算出钻头转速为950r/min,这样既保证了加工速度，又保证了刀具不会因为速度过快而磨损查《组合机床设计简明手册》莫氏锥柄麻花钻的直径系列，根据直径6.7选择①6.7的钻刀在本课题中，主轴用于钻孔，选用滚珠轴承主轴又因为浮动卡头与刀具刚性连接，所以该主轴属于长主轴故本课题中的主轴均为滚珠轴承长主轴。
根据由选定的切削用量计算得到的切削转矩T,由公式：dB410T（2-6）式中，d—轴的直径（mr）T—轴所传递的转矩（N-m）；B—系数，本课题中主轴为非刚性主轴，取B6.2右多轴箱中1、2、3、4、5、6、7、8轴都采用相同直径的钻刀dB410T=6.2*410*2047=13.188出于互换性和安装方便的考虑，8根轴都采用15mm的主轴，根据主轴类型及初定的主轴轴径，查［1］表3-6可得到主轴外伸尺寸及接杆莫氏圆锥号主轴轴径d=15mrr时，主轴外伸尺寸为：D/d=25/16，L=85mm2. 钻孔加工中使用的接杆的选择在组合机床的设计中，许多的零部件已经通用化，可以从国标数据库中查到相应的结构，接杆也是通用部件，本课题使用的结构如图2-2所示，结构中各尺寸可查询国标GB3668.10-83在加工示意图中使用的接杆，连接主轴箱输出主轴和刀具，并起导向的作用，保证钻孔工序中各孔的位置精度，接杆用于连接刀具的尺寸可以通过夹紧螺母来进行调节图2-2组合机床可调型短接杆3. 工序加工中工作行程的确定动力部件的工作循环是指：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了位置又返回原始位置的动作过程。
一般包括快速引进，工作进给，快速退回等动作有时还有中间停止，多次往复进给，跳跃进给，死挡铁停留等特殊要求，这是根据具体的加工工艺需要确定的工作进给长度Lx,应等于加工部位长度L（多轴加工时按最长孔计算）与刀具切入长度Li和切出长度L2之和切入长度一般为5〜10mm根据工件端面的误差情况确定压缩机后面上8个孔钻孔时的工作进给长度见表2-1:表2-1。