第8章 组合机床设计

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组合机床总体设计
（3）考虑被加工零件的生产批量及生产效率
零件生产批量是决定按单工位、多工位、自动线，还是按中、 小批生产特点设计组合机床的重要因素。
① 零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散，且粗、半 精、精加工分别在不同机床上完成。
② 中、小批量生产，则力求减少机床台数，尽量将工序集中 在一台（多工位）或少数几台机床上加工。
倾斜式组合机床 主轴倾斜布置，可配 置成单、双、多面形 式。
复合式组合机 床 立、卧组合种 或立、卧、倾斜三 种的组合。
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第8章 组合机床设计
2.多工位组合机床
这类机床用于中、小型零件的大批量加工。 夹具和工件按预定 的工作循环，作间歇移动或转动，依次在不同工位进行不同工序的 加工。机床的生产率高，但加工精度不如单工位机床高。
③ 工序集中要保证零件能在较大的切削力、夹紧力作用下不 变形，即在提高生产率的同时保证加工精度。
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④ 大量的钻、粗镗工序应分开 ◆ 钻孔、镗孔直径相差很大，会使主轴转速相差较大，导致 多轴箱传动链复杂。 ◆ 钻孔产生很大轴向力，会使工件变形而影响镗孔精度； ◆ 粗镗孔振动较大，影响钻孔加工，造成小钻头折断。 ⑤ 铰孔、镗孔工序应分开 铰孔是低速大进给量切削，镗孔是高速小进给量切削。会影响 切削用量的合理选择和多轴箱传动结构的简化。
③ 定位稳定原则——尽量选择已加工的较大平面为 定位基准。且定位基准不可选在铸件或锻件的分型面上。
④ 辅助支承 对于不具备理想定位基准的零件，应 在机床上设置辅助支承。以防止工件加工时变形和振动， 增加定位稳定性，以承受较大的切削力。
（4）组合机床的工艺范围所能达到的加工精度
组合机床加工铸铁或钢件的主要工序能达到的精度和表面粗糙 度可查阅设计手册。
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2.合理安排粗、精加工
首先分析零件的生产批量、加工精度、技术要求，再合理安排 粗、精加工工序。
（1）零件批量大或加工精度较高，粗、精工序应分开 ◆ 工件能得到较好的冷却，利于减少热变和内应变的影响。 ◆ 避免粗加工振动对加工精度、表面粗糙度的影响。 ◆ 利于精加工机床保持持久地精度。 ◆ 机床结构简单，便于维修、调整。 （2）零件批量不大，如能保证加工质量，粗、精加工可集中 零件的粗、精加工集中在一台机床上，可减少机床台数，提高 其负荷效率。但最大切除余量和最后精加工工序应分开。
（1）移动工作台组合机床
这种机床可先后在两个工位 上从两面加工，夹具和工件随工 作台直线移动实现工位变换。
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（2）回转工作台组合机床
在组合机床的每个工位上可同 时加工一个或多个工件。夹具和 工件安装在可绕垂轴线回转的工 作台上，并作周期转动，实现工 位的变换。
这种机床在加工过程中，能 实现装卸工件的辅助时间和加 工时间重合，生产率较高。
第8章 组合机床设计
一 概述 二 组合机床的配置型式 三 组合机床的通用部件 四 组合机床总体设计 五 组合机床多轴箱设计
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第8章 组合机床设计
何谓组合机床？
组合机床 是采用模块化原理设计的，以通用部件为基础，配以
少量专用部件，对一种或若干种工件按已确定的工序进行加工的高
效专用机床。
广泛应用于大批量生产行业，如：汽车、内燃机、电动机、阀
⑥ 工序集中应考虑多轴箱轴承结构、设置导向需要，否则造 成机床、刀具调整不便，工作性能、生产率降低。
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4. 合理选择定位基准和夹压位置
合理的加工定位基准，是确保加工精度的重要条件，有利于最 大限度的集中工序和提高生产率。
（1）箱体类零件定位基准选择
箱体类零件是机械加工工序 多，精度要求高的零件。特别是 有较多高精度的孔需要加工。
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3.合理考虑工序集中
工序集中 指运用多种刀具，采用多面、多工位和复合刀具方 法，在一台机床上对一个或几个零件完成多个工序过程，以提高生 产率。
（1）注意工序集中带来的问题
◆ 导致机床结构复杂，刀具数量增加，调整不方便，可靠性降 低，影响生产率的提高。
◆ 导致切削负荷加大，造成工件刚性不足、工件变形而影响加 工精度。
门的机械加工生产线上。
功用和运动特点 功用 能对工件进行多刀、多面、多工位同时加工；完成钻孔、
扩孔、镗孔、攻丝、铣削、车端面等切削工序和焊接、热处理、测
量、装配、清洗等非切削工序。
运动特点 组合机床由机械传动实现刀具的旋转主运动，由机械
或液压传动实现刀具或工作台的直线进给运动。
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第8章 组合机床设计
确定零件在组合机床上合理可行的加工方法（安排工序及流程， 选择加工的定位基准及夹压方案）、确定工序间加工余量、确定刀 具的结构型式、数量及切削用量等。
重点介绍：1. 选择合适、可靠的工艺方法；2 . 合理安排粗、 精加工；3. 合理考虑工序集中；4. 合理选择定位基准及夹压位置。
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（2）合理考虑工序集中
① 将相同工艺内容的工序集中在同一台机床或同一工位上加 工。如：将箱体零件的大量螺孔攻丝工序集中在一台攻丝机床上， 不与大量钻、镗工序集中在用一台机床上进行，使机床结构简单。
② 箱体零件上有相互位置精度要求的孔时，孔加工应集中在 一台机床上一次安装完成加工。（粗、精加工）
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（2）考虑被加工零件的材料、硬度、加工部位的结 构形状、零件刚性和定位基准面
① 同样精度的孔，加工钢件一般比加工铸铁件的工步数多。 ② 加工薄壁易振动的工件或刚性不足的工件，安排工序不能 过于集中，以避免加工表面多而造成工件受力大、共振及发热变形 影响加工精度。
③ 加工箱体多层壁同轴线的等直径孔，应在一根镗杆上安装 多个镗刀进行镗削，退刀时，要求工件（夹具）“让刀”，镗刀头 周向定位。
◆ 不可选择零件上直径太小的孔 为定位销孔。如果定位销太细，输送工 件时，易受工件碰撞变形而破坏定位。
销孔的直径可根据箱体的大小及质 量来选择。
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（2）非箱体类零件定位基准的选择
① 对曲轴、连杆、转向器壳、拔叉等零件，采用以外圆柱体 为定位基准， 以 V形块为定位元件。 V形块夹角取 90~1200。
1.选择合适、可靠的工艺方法 （1）考虑被加工零件的加工精度和加工工序
① 精度为H7的孔加工，工步数应设为3~4个，对于不同尺寸的 孔径，须采用不同的工艺方法（如镗孔或铰孔）。
② 当孔与孔间有较高位置精度要求（误差≤0.05mm）时，应 在一个安装工位对所有孔同时进行最终精加工。
③ 如果箱体件的同一轴线上几个孔的同轴度要求较高（同轴 度误差≤0.05mm），则最后精加工应从一面进行。
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（3）中央立柱式组合机床
机床的夹具和工件安装在绕垂轴 线回转的环行回转工作台上，作周期 转动实现工位变换。
机床的环行工作台周围以及中 央立柱上均可布置动力部件，在 各工位进行多工序加工。也是辅 助时间和加工时间重合。
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（4）鼓轮式组合机床
在这种机床上，夹具和工件安装在绕水平轴线回转的 鼓轮上， 并作周期转动实现工位变换。在鼓轮两端布置 动力部件，可从两面加工工件。
1.单工位组合机床 这类组合机床用于加工大、中型箱体类零件。在加工循环中， 夹具和工件固定不动，动力部件驱动刀具从单面、两面和多面对工 件加工。机床加工精度高，但生产率相对较低。 按机床配置形式和动力部件的进给方向分为： 卧式组合机床 机床可配置 成单面、双面和多面形式。
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立式组合机床 主轴垂直布置，只 有单面配置形式。
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3.转塔式组合机床
机床具有几个多轴箱，均安装在转塔回转工作台上，每个多轴
箱依次旋转进行加工，可完成一个工件的多工序加工。分为：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
（1）多轴箱只作主运 动的转塔式组合机床
（2）多轴箱作主运动又作 进给运动的转塔式组合机床
此类机床可减少机床台数和占地面积，适用于中、小批量生产。 10
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② 基准统一原则——尽量在各加工机床上采取共同的 定位基面，加工零件不同表面的孔或对同一孔完成不同工 序。
但有时个别工序不采用统一基准也为合理。例如：
结论 定位基准由 底面改用顶面后，夹紧 力方向与工件重力方向 一致。减小了夹压力， 使夹具结构简单，加工 稳定性提高。
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2.通用部件的型号、规格和配套关系
（1）动力滑台的主参数 以工作台面宽度B为依据。 （2）其它通用部件的主参数 采取与其配套的滑台主参数表示， 如：动力箱、侧底座、立柱等部件。
（3）通用部件的精度等级 普通级、精密级和高精度。
（4）通用部件的表示方式 如：1HY32MⅠB （经过一次重大改进(1)的液压滑台(HY)，其 台面宽度(32)为320mm，(M)精密级，Ⅰ型的镶钢导轨。）
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输送部件 用于带动夹具和工件 移动、转动，实现工位变换。此类部 件要求有较高的定位精度。
控制部件 控制机床按预定的加 工程序进行循环工作。包括可编程控 制器、液压元件、操纵板、控制挡铁 和按钮台。
辅助部件 用于实现工件自动定位和夹紧的液压或气动装置、自 动上下料机械手、冷却和润滑装置、排屑装置。
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④ 加工精度为H6、Ra0.4μm的孔时，机床须采取主轴高速、 低进给量（f≤0.01mm/r)的加工方法，以尽量减小切削力和消除主 轴振动。机床常采用皮带转动的精镗头，主轴设有卸载装置，进給 采用液压增稳系统。
⑤ 加工精度为H6~H7、直径为Φ80~Φ150mm的气缸孔时 ， 由于气缸孔间距小，不便安装导向，且需立式加工，切屑容易落入 下导向套，造成导向精度变差。此时，应采用立式刚性主轴结构， 不采用结构复杂的浮动主轴带导向加工。
② 对法兰类零件，采用一个孔（或外圆）及一个平面为定位 基准。
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（3）选择定位基准的原则 ① 基准重合原则——尽量选择零件的设计基准作为组 合机床加工的定位基准。
但有时必须改用其它面作为定位基准，如图： 零件设计以顶面A为设
计基准。为方便加工曲轴 孔、凸轮轴孔需安装中间 导向，常改用底面C 作为 加工基准。
通常采用“一面两孔”作定 位基准。
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① “一面两孔”定位基准的优点
◆ 可消除工件的6个自由度，工件得到可靠的定位。 ◆ “一面两孔”可同时加工工 件5个表面，有利于提高各面上孔 的位置精度。
◆ “一面两孔”可作粗、精全部 工序的定位基准，达到整个工艺过程 的基准统一。实现夹具通用化。
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三、组合机床的通用部件
1.通用部件分类
动力部件 为刀具或工件提 供主运动和进给运动。是选配 其它部件的依据。包括动力滑 台、动力箱和各种切削头。
支承部件 用于支承和安装 各种部件,保证各部件之间的相 对位置精度，保证机床的刚度。 包括底座、立柱。
教材表8-2列出了“1字头”系列通用部件的型号、规格及其配 套关系
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组合机床总体设计的内容和步骤 一、制定工艺方案 二、确定机床配置型式及结构方案 三、总体设计-“三图一卡” 设计 四、部件及零件设计 五、编制明细表和有关标准
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一、制定工艺方案
分析被加工零件图纸，根据组合机床各种工艺方法能达到的加 工精度和技术要求，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等问题。综合考虑影响制定零件工艺方案、 机床配置型式、工艺装备的各种因素。完成如下内容：
◆ “一面两孔”易实现自动化定位、夹紧。
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② “一面两孔”定位基准的要求
◆ 定位平面的平面度允差一般为 0.05~0.1 mm，表面粗糙度一 般为Ra1.6~2.5 μm。
◆ 定位销孔为H7精度，两销孔中心距L 尽量大一些，其公差为 ±0.03~0.1mm（或为工件公差的1/3~1/5）。
一、组合机床的组成
1.通用部件 滑台1、切削头2、 动力箱5、中间底座8 侧底座9、立柱6、立 柱底座7，辅助部件和 控制部件。
2.专用部件 夹具3、多轴箱4。
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第8章 组合机床设计
二、组合机床的配置型式
组合机床以动力滑台的台面宽度B≥200 mm或 B < 200mm为标 志分为：大型或小型组合机床。