组合机床主题内容.docx

1、组合机床主题内容山东大学自学考试课程设汁(本科)第一章前言1.1论文背景及研究意义现代制造工程从各个角度对组合机床提出了愈来愈高的要求，而组合机床也 在不断的吸取新的技术成杲而完善和发展。现代机械制造工业发展的基本特征： 产品的更新换代的周期缩短，多品种，中小批量轮番生产以是普遍现象生产方式。 因此，具有一定的柔性，能对多品种，中小批量生产方式做出快速的响映，是现 代组合机床，及其加工系统发展的必然趋势。组合机床是一种高效率专用机床， 广泛地推广使用组合机床，对于机械制造工业，特别在是汽车，拖拉机，柴油机, 电动机，仪器仪表以及军工部门等生产的发展，有着很重要的意义。1.2组合机床及发展概况1

2、22组合机床的特点组合机床与通用机床，其它专用机床比较，具有以下特点：1.组合机床上的通用部件和标准零件约点全部机床零部件总量的70% 80%,因此设计和制造周期短，经济效益好。2.由于组合机床目的通用部件和标准零件自动化程度高，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 厂家成批生产，它与一般专用机床比较，其结构稳定，工作可靠，使用和维修方 便。4.组合机床加工工件，由于采用专用夹具组合刀具和导向装置等，产品加 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.当机床被加工的产品更新时，专用机床的大部件要报废。

3、组合机床的通 用部件是根据国家标准设计的，并等效于国际标准，因此，其通用部件可以重复 使用。不必加行设计和制造。6.组合机床易于联成结合机床自动线，以适应大规模和自动化生产需要。 123组合机床的分类组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为 1.53()千瓦的动力部件及其配真部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。 小型通用部件是指电机功率在0.12.2千瓦的动力部件尺其配真部件。这类动力山东大学自学考试课程设汁(本科)部件多为真筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床， 用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。按配置型式分为单工位和多工位机床两大

4、类。单工位又有单面、双面、三面 和四面几种，多工位则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮 式等配置型式。1.2.4组台机床的发展目前，组合机床仍然是我国大规模生产模式中使用的主要机床。但就当前国 情而言，数字化信息技术的发展，已经为组合机床的柔性化设计和制造提供了强 大的技术支持。而且数字化控制产品已经相当成熟，不同档次和价格的产品可以 基本满足各种控制要求。因此，由于市场的需求和相关技术的成熟，组合机床及 其自动线就有了以下一些发展变化：1.数控化数控组合机床的出现，不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机 床的控制系统，而且也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正

5、在发生 着巨大的变化。组合机床数控化在国际上发展较为迅速。如美国Laiim公司在2() 世纪90年代前期生产的汽车发动机缸体、缸盖加工设备，有50%是传统的组合 机床生产线，25%可调可变生产线，25%是柔性生产系统(FTL, FMS)。日本在 19881992年间，组合机床的数控化率已达32%39%。德国在同时间内组合 机床及自动线的数控化率为18%62%。目前，我国也开展了数控组合机床的研究，如沈阳数控机床厂推了 SSK-U6030型缸体八工位数控组合机床，用于加工家用冰箱压缩机缸体。一些组 合通用部件生产厂家也已经开发出一维数控滑台、二维数控十字滑台和数控回转 台。2.模块化为适应数控组

6、合机床的发展，出现了组成数控机床的数控加工功能模块。3.高速化高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力，大大减小切削温度，提高生 产效率。如美国生产的加工中心，主轴转速可达15OOO6OO(X)r/min,工作台快 进速度高达9()120m/min。顺应机床高速化的潮流，组合机床的速度也越来越山东大学自学考试课程设汁（本科）高。例如德国大众汽车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时，采用PCD铳刀，铳削 速度高达3075m/min,进给速度达3 600mm/min,而采用安装有CBN刀片的新 颖锤刀加工灰铸铁时，切削速度达进给速度达1500mm/mino4.精密化由于机床实现了数控化，因而机床的加工精

7、度越来越高，使一些过去看来难 以达到的加工精度今天也已经实现了。例如意大利MANDELLI公司生产 ThundcrSOO型加工中心，X、Y、Z轴的定位精度均为0.008mm,重复定位精度为 0.003mm ； B轴定位精度6,重复定位精度3”。在数控组合机床上，也要求提 高设备的工序能力系数，使加工误差在0.01mm以内。5.全防护化全封闭是现在机床的一大特点，不论是单机还是机床生产线，均采用全封闭 的外罩，电器、液压全部采用空中走线。全封闭防护，不但使机床及其生产线外形美观，而且也提高了安全性、可靠性和维修的便利性。山东大学自学考试课程设汁（本科）第二章组合机床总体设计2.1组合机床总体设计

8、的步骤组合机床的设计应按具体的加工对象设计专用地机床，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.选择恰当地组合机床的配置形式。5.合理地选择切削用量。6.设计高效地夹具、刀具、工具及主轴箱等。2.1.1拟定方案阶段1.制定工艺方案这是设计组合机床最重要的一步。工艺方案制定的正确与否，将决定机床能 否达到“体积小，重昼轻，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。为 了使工艺方案制定的合理、先进，必须从认真分析被加工零件图纸开始，深入现 场全面了解被加工零件的结构特点、加工部位、尺寸精度、表面粗糙度

9、和技术要 求，定位、夹紧方式，工艺方法和加工过程所采用的刀具、辅具，切削用量情况 尺生产率要求等，分析其优缺点，总结设计，制造，使用单位和操作者丰富的实 践经验，以求理论紧密联系生产实际，从而确定零件在组合机床上完成的工艺内 容及方法，决定刀具种类，结构型式、数量及切削用量等。2.确定机床配置形式及结构方案根据选定的工艺方案，确定机床的配置型式，并定出影响机床总体布局和技 术性能的主要部件得结构方案。既要誇虑能实现工艺方案，以确保零件的加工精山东大学自学考试课程设汁(本科)度、技术要求尺生产率；又要考虑机床的操作方便可靠，易于维修，且冷却、排 屑情况好。3.总体设计三图一卡在选定工艺方案并确定

10、机床配置型式、结构方案基础上，进行方案图纸的设 计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图，机床联系尺寸图和生产率 计算卡，统称“三图一卡”设计。通常，在组合机床总体设计过程中，应对机床 的夹具方案有所考虑，画出夹具方案草图，并初定出主轴箱轮廓尺寸，才能确定 机床各部件间的相互联系。2.1.2技术设计阶段根据以上确定的工艺和结构方案，按照加工示意图和机床联系尺寸图等开展 部件设计，绘制夹具，主轴相等的装配图。为便于设计工作的展开和组织生产的需要，通常将组合机床部件和装置进行 编组，具体如下：1.第1()19组支承部部件。它通常由通用的侧底座及中间底座等组成。2.第2029组夹具。它是组合机

11、床重要的专用部件。用于实现工件的 的定位、夹紧及刀具导向等。为了制造方便，还将其辅助部分如钻模板，移动工 作台等机构单独编组，其编号为21、22、29组等。3.第3()39组电气设备。4.第4049组传动装置。包括机床上所有动力部件，如动力滑台、动 力箱等。5第5()59组液压和气动装置。6.第6()69组刀具、工具、量具和辅助工具等。7.第7()79组主轴箱&其附属部件。8.第8()旳组冷却、排屑及润滑装置。山东大学自学考试课程设汁(本科)9.第9()91组各种控制挡铁。部件设计的装配图均应编制零件明细表。2.1.3工作设计阶段1-绘制所有专用零件图并绘制出润滑、冷却管路系统计机床总图。2.

12、绘制机床说明书，制定机床精度检验、调整试车规范等有关验收标准。2.2组合机床工艺方案的制定组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计的 一种高效率专用机床。设计组合机床前，首先应根据组合机床完成工艺的一些限 制及组合机床各种工艺方法能达到的加工精度、表面粗糙度尺技术要求，解决零 件是否可以利用组合机床加工以及采用组合机床加工是否合理的问题。如杲确定 零件可以利用组合机床加工，那么，为使加工过程顺利进行并达到要求的生产率, 必须在掌握大量的零件加工工艺资料基础上，通盘誇虑影响制定零件工艺方案、 机床配置型式、结构方案的各种因素尺应注意的问题。经过分析比较，以确定零 件在组合

13、机床上合理可行的加工方法、确定工序间加工余量、选择合适的切削用 量、相应的刀具结构、确定机床配置型式等等。制定组合机床的工艺方案是设计组合机床的最重要的步骤之一。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， 效率髙，质量好”的要求。为了使机床方案制定的合理，先迸，必须开展以工人为主体的“三结合”设 计，密切联系实际，总结生产实践经验，全面了解被加工零件的加工情况和影响 机床方案制定的因素。影响机床方案制定的因素主要表现为：1.加工的工序和加工精度的要求被加工零件需要在组合机床上完成的工序及加工精度，是制定机床工艺方案 的主要依据。制定工艺方案时，首先需要全

14、面分析工件的加工精度及技术要求， 了解现场加工工艺及保证精度的有效措施。2.被加工零件的特点如加工材料及硬度，加工部位的结构形式，工件的刚性，工艺基面等，对于 机床工艺方案的制定都有重要的影响。工件的刚性不足，加工时工序就不能太集 中。有时为了减少机床台数，必须采取髙度集中工序时，从安排上，也必须把一些工序从时间上错开加工，以免同时加工时因工件受力变形，发热变形以及振动 而影响加工精度。必须重视工件在组合机床加工前已经完成的工序以尺毛坯孔的质量。当毛坯 孔余量很大时或铸造选题较差时，有大毛坯时，有时则安排粗拉荒工序，对几个 同心孔常采用粗扩的加工方法。工件有无适当的工艺基面也是影响工艺方案制订

15、 的重要因素。3.工件的生产方式被加工零件的生产批量的大小，对机床工艺方案的制定也是有影响。4.使用厂的技术后方能力通过调査对被加工零件的加工内容及与其相关的问题有了规律性的了解，并 掌握了丰富的合乎实际的材料，这是组合机床设计工作的第一步，迸一步则要求 对工件的工艺基准,加工工艺迸行分析，以便拟定在组合机床上加工的工艺方案。 2.2.1工艺基面的分析选择工艺基面和夹压部位是制定工艺方案的极其重要的问题。工艺基面选择 的正确，将能实现最大限度的工序集中，从而减少机床台数，也是保证加工精度 的重要条件。由于本次工序是加工箱体，根据具体的加工情况和加工环境，采用“一面两 孔”的形式，具体如图（2-

16、1）所示。图（2-1） “一面两孔”定位方法示意图其定位方法有如下优点:1.“一面两孔”的定位方法很简便的消除工件的六个自由度，使工件获得 稳定的固定位置。2.“一面两孔”的定位方法，有同时加工五个面的可能。既能高度的集中 加工工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。本次工序为同时加工两面上的孔。3.“一面两孔”的定位方法使夹紧方便，夹紧机构简单。容易使夹紧力对 准支承，消除夹紧力引起的工件变形对加工精度的影响。4.“一面两孔”的定位方法可以作为从粗加工到精加工的全部工序加工的 基准，使整个工艺过程实现基准统一。5“一面两孔”的定位方法易于实现自动化定位，并有利于防止切屑落入 基回O为了保证箱体

17、零件的加工精度及技术要求，工艺基面必须规定相应的公差。 定位孔直径不宜太小，孔径小时，定位销很细，加工中易受力产生较大的变形， 甚至装卸工件时亦易碰坏，可参誇表21选择。表2J定位销轴径选择工件重長（kg）100定位销孔直径（mm）12162025孔的精度一般为2级（D）。两孔中心距（L）远一些较好，其公差一般为 0.03（）0.1毫米。定位平面力求大一些，其粗糙度一般为6.3或3.2,不平度 为0.050.1毫米。考虑到具体情况，本工序定位孔径为20mmo2.2.2选择工艺基面的原则及应注意的问题1 应当尽量选用设计基面作为在组合机床上加工用的定位基面。这样能减少累积误差，有利于保证加工精度

18、。2.选择的定位基面应确保工件稳定定位。定位的支承面应大一些，力求采用已加工面作为定位基面，在加工精度要求高时，尤其必要。3.选择基面时要保证在一次安装下，能对尽可能多的面加工。便于有效地集中加工工序，提高机床的生产率，保证加工部位相互间精度要 求。4.统一基面的原则。本次加工工序选择的工艺基面为设计基面，且已经加工过，精度较高，且基 面统一，与后面左右面孔的加工基面选择相同。这样减少了安装误差，有利于达 到高的加工精度。2.2.3夹压位置的选择在选择工艺基面的同时，要相应地决定夹压位置。因为它对定位的可靠，工 作的稳定以及保证加工精度都有直接的影响。但是在确定时应注意以下问题：1 保证工件夹

19、压后定位的稳定。组合机床是按集中工序组成的。常常是多轴多面同时加工，切削负荷重，特 别是多轴钻孔时，往往产生很大的切削力。为了使工件在加工过程中不产生位移 和振动，必须将工件牢固的夹住，并具有足够的夹压刚度。2.夹压点应避免放在工件加工部位的上方。力求使其靠近箱体的筋或壁，以减少夹压变形而影响加工精度。3.对刚性差的工件，力求使夹压点对着定位支承点。2.3加工工艺的分析分析被加工零件的工艺，亦是制定工艺方案的极其重要的问题，我们要认真 地分析被加工零件加工工艺的需要和组合机床完成工艺的可能，正确地确定组合 机床的方案。随着组合机床在机械加工中的广范应用，组合机床的加工工艺范围也在不断 地扩大，

20、可以进行多种工序的加工，如钻孔、扩孔、較孔、锥孔、攻丝、铳面、 车削、磨削、拉孔等工序。故此，组合机床的加工范围是十分广范的。本工序是钻孔,其是组合机床上最常见的加工方式,也是最有效的加工方式。 钻孔有一般钻孔和钻深孔两种情况，从钻深角度来说，钻孔深度为34倍直径 的占多数。组合机床上的钻孔多数是用标准麻花钻，有时也用扁钻。但是，扁钻 多用于加工直径较大的孔，一般孔径范围在62()66()毫米。本次加工孔的直径为612.5mm,加工长度为28mm,属于一般钻孔，并且采 用标准麻花钻。2.4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 确定采取哪种

21、基本形式的组合机床。但由于工艺的安排，动力部件的不同配置， 零件安装数目和工位数多少等等不同，而会产生多种配置方案。不同配置的方案 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 及经济效果等，具有不同的影响。根据具体的加工工艺选择卧式单工位三面加工组合机床。机床床身安装液压 滑台，滑台安装在侧底座上，侧底座与中间底座用螺钉&销于连接成一体。滑座 与侧底座之间有一个5毫米厚的调整垫。采用调整垫对机床的制造和维修都方 便。因为当滑座导轨磨损后，或重新组装机床时，只需取下滑座将导轨面重新修 刮，并更换调整垫，使之恢复应有的髙度即可。而且滑座可以使用较好的材料， 而侧底座则可

22、以使用较次的材料。侧底座的顶面除具有与滑座结合的平面外，周围有收集冷却液或润滑油的 槽，用管于将油液引回储存箱中，侧底座的另一侧面有电气壁龛，以供安装电器 元件用。一般电器壁龛与冷却液储存箱不应靠近，以防止电器元件潮湿。为了便 于支承元件的运输，设有专用吊孔。2.5总体设计三图一卡2.5.1加工工序图1.被加工零件工序图的作用和要求被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上完成的工艺内 容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位以尺被加工 零件的材料、硬度和在本机床加工前毛皮情况的图纸。他是在原有的基础上，以 突出击穿的加工内容，加上必要的说明绘制的。它是组合机床

23、设计的主要依据， 也是制造使用时调整机床、检査精度的重要技术性文件。被加工零件工序图包括 以下内容：1） 在图上应表示岀被加工零件的形状。2） 在图上应表示岀加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此进行夹具的支承、定位及夹压系统的设计。3） 在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、粗糙度、位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。4).图中还应注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。图纸中所示为本次设计中需加工的拖拉机传动箱箱体的工图。2.编制被加工零件工序图的注意事项1)本机床加工部位的位置尺寸应由定位基面标起，尤其在本机床的加工 中，所选用的定位基准

24、与设计基准不一致，还必须对各孔要求的位置尺寸精度迸 行分析和换算，即把不对称的公差尺寸换算成对称公差尺寸，以便在进行夹具钻 模孔设计时，确定钻模孔位置尺寸，并把各孔位置尺寸改为从定位基面标准。2).对孔的加工余量要认真分析，正确确定各孔的加工余量，以便刀具能 正常通过工作。3)对于精饉机床必须注明是否允许留有退刀痕迹，以及允许退刀痕迹的 形状。在本次设计中无精锤加工工序，故在此不需考虑。为了使被加工零件工序图清晰明了，能突岀机床的加工内容，绘制时对本机 床加工部位用粗实线表示，其尺寸上方打上方框，其余部位用细实线表示。详细图形见图纸。2.5.2加工示意图具体图形见图(24)所示，下面介绍其设计

25、过程。1.选择切削用量：确定了在组合机床上完成的工艺内容后，就可着手选择切削用量。切削用量 的选择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率，刀具耐用度，机床的布局形 式及正常工作均有很大影响。下面介绍组合机床切削用量选择的特点、方法及应 注意的问题。1)组合机床切削用量选择的特点：a).组合机床常采用多刀多刃同时加工，为了尽量减少换刀时间和刀具的 消耗，保证机床的生产率及经济效果，选择的切削用量应比通用机床单刀加工时 低30%左右。b)组合机床通常用动力滑台来带动刀具进给。因此，同一滑台带动的多 轴箱上所有刀具的每分钟进给量相等，即等于滑台的工进速度。2)组合机床切削用量选择方法及应注意的问题a

26、).应尽量做到合理使用所有刀具，充分发挥其使用性能。b） 复合刀具切削用量选择应考虑刀具的使用寿命。C）.多轴锤孔主轴刀头均需定向快速进退时，各锤轴转速应相等或成整数 倍。d） 选择切削用量时要注意既要保证生产批量要求，又要保证刀具的一定 耐用度。C）.确定切削用量时，还需誇虑选择动力滑台的性能。总之，必须从实际出发，根据加工精度，工作材料，工作条件，技术要求等进行 分析，按照经济的满足加工要求的原则，合理的选择切削用量。一般常用査表法, 参照生产现场，同类工艺，通过工艺试验确定切削用量。由于本工序是用高速钢 钻头加工铸件，故只列举高速钢加工铸件的切削用量，如表（2-2）所示。表（2-2）用高

27、速钢钻头加工涪铁件的切削用量加工 直径 （毫米）HB160-200HB200-241HB300400切削用長V（米/分）f （毫米/转）V（米/分）f（毫米/转）V 咪/分）f（毫米/转）1616-240.07-0.1210 180.05-0.105120030086120.12-0.200.10-0.180.0801512-220.20-0.400.18-0.250150.2022 500.40-0.800.25-0.400200.30此次加工工作材料为铸铁HT200,即：0- 所以HB二16（）。其中，巾=200为最小抗拉强度，HE为布氏硬度。本道工序为在工件上钻孔,孔径为12.5 ,参照

28、上表选取推荐值:v = 17m/nin , f = 0.2mm/r 0根据公式：Tainv = 1000得：n为各主轴转速。2.确定切削力、切削转矩、切削功率及刀具耐用度 切削力：P = 26D /8 HB0(,式中：P 单个主轴迸给力P加工孔径：12.5mmF每转进给力：f=0.2mm/rHB零件的布氏硬度值：HB=16()故：P = 26 x 12.5 x 0.2 * x 16O06 = 1869/V切削转矩:M=10.D,9./08./7B06=10 x 12.5*9 x 0.2s x 160 6= 693 IM/?/?切削功率：N、_ Me 切 一 9740;zD式中：N切单个主轴功率

29、M 切削扭矩：M二6931NmmV 切削速度：V=17m/minD加工孔径：D=12.5mm将数据代入得:M.v6931x179740/rD 9740x3.14x12.5= 031KWN 切=12N；,j =12x0.31 = 3.7KW刀具耐用度：(96OO.D025 Y_ 9600x12.525 V_ , 17乂0.2&20m/min),此时选用旋转导向。本次 工序6二12.5mm较小，v=17m/min,故选用固定式导向。导向数量应根据工件形状，内部结构，刀具刚性，加工精度及具体加工情况 决定，通常钻小孔时选取单个导向加工。导向长度可按下式计算：1尸(2 4)d;d为加工孔的直径，小直径时取大值，大直径时取小值。本次工序d=12.5,故取大值。因此，4=4x12.5 = 50；査手册可取I为55mmo具体图形及尺寸如图（21）所示：55图（2-1）