组合机床设计

第四章组合机床设计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本章讲授内容第一节概述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。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。何谓组合机床？功用和运动特点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。广泛应用于大批量生产行业，如：汽车、内燃机、电动机、阀门的机械加工生产线上。第一节概述夹具3、多轴箱4。一、组合机床的组成滑台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。1.通用部件2.专用部件第一节概述二、组合机床的类型组合机床以动力滑台的台面宽度B≥250或B250为标志分为：大型或小型组合机床。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。1.固定夹具的单工位组合机床按机床配置形式和动力部件的进给方向分为：卧式机床可配置成单面、双面和多面形式。第一节概述立式主轴垂直布置，只有单面配置形式。倾斜式主轴倾斜布置，可配置成单、双、多面形式。复合式立、卧组合或立、卧、倾斜三种的组合。第一节概述2.移动夹具的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。（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。第一节概述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。（2）回转工作台组合机床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。第一节概述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。（3）中央立柱式组合机床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。第一节概述在这种机床上，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。（4）鼓轮式组合机床此类机床可完成一个工件的多工序加工，因而可减少机床台数和占地面积，适用于中、小批量生产。第一节概述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：（2）多轴箱作主运动又作进给运动的转塔式组合机床（1）多轴箱只作主运动的转塔式组合机床第一节概述三、组合机床的通用部件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。1.通用部件分类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。第一节概述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。第一节概述2.通用部件的型号、规格和配套关系（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、多轴箱、侧底座、立柱等部件。（1）动力滑台的主参数以工作台面宽度B为依据。教材表4-1列出了“1字头”系列通用部件的型号、规格及其配套关系（3）通用部件的精度等级普通级、精密级和高精度。如：1HY32MⅠB（经过一次重大改进的液压滑台，其台面宽度为320mm，精密级，Ⅰ型的镶钢导轨。）（4）通用部件的标示方式第二节组合机床总体设计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、“三图一卡”设计第二节组合机床总体设计一、制定工艺方案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。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：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.合理实施工序集中；4.合理选择定位基准及夹压点。第二节组合机床总体设计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。第二节组合机床总体设计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。第二节组合机床总体设计（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”，保证加工精度。第二节组合机床总体设计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。（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。（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。第二节组合机床总体设计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。第二节组合机床总体设计3.工序集中的原则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。第二节组合机床总体设计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。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）（2）合理考虑工序集中第二节组合机床总体设计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。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。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。第二节组合机床总体设计4.合理选择定位基准及夹压点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。通常采用“一面两孔”作定位基准。第二节组合机床总体设计◆“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。◆“一面两孔”易实现自动化定位、夹紧。◆“一面两孔”可同时加工工件5个表面，利于提高各面上孔的位置精度。◆可消除工件的6个自由度，工件得到可靠的定位。①“一面两孔”定位基准的优点第二节组合机床总体设计◆定位销孔为H7精度，两销孔中心距L尽量大一些，其公差为±0.03~0.06mm（或为工件公差的1/3~1/5）。◆定位平面的平面度允差一般为0.05~0.08mm，表面粗糙度一般为Ra1.6~3.2μm。②“一面两孔”定位基准的要求◆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。（参考设计手册）第二节组合机床总体设计（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。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。第二节组合机床总体设计（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。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。但有时必须改用其它面作为定位基准，如图：第二节组合机床总体设计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。第二节组合机床总体设计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而专门设置的支承。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。第二节组合机床总体设计②尽量减少和避免零件夹压后的变形（4）确定夹压位置应注意的问题①保证零件夹压后定位稳定即夹压力要足够，夹压点布置使夹压合力落在定位平面内。制定工艺方案◆对局部刚性差的零件，应适当增加辅助支承或采用多点夹压方法，使夹压力分布均匀，减少夹压变形。◆加工刚性差或高度较高的箱体零件，应使夹压力尽可能沿着箱体墙壁和肋，直接对准定位支承。第二节组合机床总体设计二、确定组合机床的配置形式和结构方案1.加工精度的影响在确定工艺方案的基础上，确定机床的配置形式。影响机床的配置形式的因素有加工精度、工件结构及机床使用条件等。（1）根据零件加工精度，考虑采用固定夹具的单工位还是移动夹具的多工位组合机床。（2）根据工件各孔的位置精度高低，考虑是否采用在同一工位上，一次安装对工件各孔同时精加工。第二节组合机床总体设计2.工件结构的影响（3）箱体孔中心线与水平定位基面平行，且需