组合机床设计

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。
第一节 概 述
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，
第四章 组合机床设计
本 章 讲 授 内 容
第一节 第二节
第三节
概述 组合机床总体设计
通用多轴箱设计
第一节 概 述
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 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
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。
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。
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。
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。
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
如：动力箱、多轴箱、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）通用部件的标示方式 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。） 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
第二节 组合机床总体设计
第一节 概 述
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。
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
工精度。
第二节 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
第二节 组合机床总体设计
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 0.05~0.08 mm，表面粗糙度 一般为Ra1.6~3.2 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±0.03~0.06mm（或为工件公差的1/3~1/5）。 ◆ 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）
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
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，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。 ◆ “一面两孔”易实现自动化定位、夹紧。
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。 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
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
（4）确定夹压位置应注意的问题
第一节 概 述
（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。
第一节 概 述
（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。
◆ 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。
在一台（多工位）或少数几台机床上加工。
（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
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
Байду номын сангаас
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 B < 250为标志分为： 大型或小型组合机床。 1.固定夹具的单工位组合机床 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 机床可配置成单面、
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。
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
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、
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。
② 尽量减少和避免零件夹压后的变形 ◆ 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。 ◆ 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。
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： （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。
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。
第一节 概 述
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。
第二节 组合机床总体设计
（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） 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。
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。
第二节 组合机床总体设计
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
机床配置型式、工艺装备的各种因素。完成如下内容：
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
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。
（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
（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。