吉林大学机械制造装备设计2015第4章.ppt

1,Design of Mechanical Manufacturing Machining,机械制造装备设计,2,第四章 组合机床设计,第一节 概 述,组合机床是根据工件加工需要，以大量系列化、标准化的通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或几种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。 组合机床能够对工件进行多刀、多轴、多面、多工位同时加工，可完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、铣削、车孔端面等工序。,3,组合机床在汽车、拖拉机、柴油机和机床等大批大量生产企业中已获得广泛的应用。组合机床最适宜加工各种大中型箱体类零件，也可用来完成轴套类、轮盘类、叉杆类和盖板类零件的加工。目前，组合机床正向着高效、高精度的柔性化方向发展。 组合机床具有如下特点：主要用于箱体类零件和杂件的孔面加工；生产率高；加工质量稳定；设计周期短，便于制造和维护，成本低；自动化程度高，劳动强度低；配置灵活。,4,图4-1所示为一台单工位双面复合组合机床。,一、组合机床的组成,图4-1 单工位双面复合组合机床 1-滑台 2-镗削头 3-夹具 4-多轴箱 5-动力箱 6-立柱 7-中间底座 8-侧底座 9-立柱底座,5,附图 单工位复合式三面组合机床,6,根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置型式等方面的差异，可将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类。习惯上滑台台面宽度B250mm的为大型组合机床， B250mm的为小型组合机床。 根据大型组合机床的配置型式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。,二、组合机床的类型,7,1. 具有固定夹具的单工位组合机床 单工位组合机床特别适用于加工大中型箱体类零件，能保证较高的位置精度。在整个加工循环中，夹具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。 按照组成部件的配置型式以及动力部件的进给运动方向，单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式等四种类型。,8,1）卧式组合机床 动力箱水平安装 2）立式组合机床 动力箱垂直安装 3）倾斜式组合机床 动力箱倾斜安装 4）复合式组合机床,图4-2 具有固定夹具的 单工位组合机床,图4-2 具有固定夹具的 单工位组合机床,9,2. 具有移动夹具的多工位组合机床 多工位组合机床有两个或两个以上的加工工位，工件可依次在各个工位上完成相应的工艺过程，生产率比单工位组合机床高。但由于存在移位或转位的定位误差，所以加工精度较单工位组合机床略低。这种机床的价格也较高。多工位组合机床适用于大批、大量生产中加工较复杂的中小型零件。 多工位组合机床按照夹具和工件的输送方式不同，可分为以下四种类型。,10,1）移动工作台的组合机床 2）回转工作台的组合机床 3）中央立柱式组合机床 4）鼓轮式组合机床,图4-3 多工位组合机床,11,3. 转塔式组合机床 转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。,图4-4 转塔式组合机床,12,组合机床主要用于平面加工和孔加工两类工序。平面加工包括铣平面、锪（刮）平面、车端面；孔加工包括钻、扩、铰、镗孔以及倒角、切槽、攻螺纹、锪沉孔、滚压孔等。 随着综合自动化的发展，其工艺范围正扩大到车外圆、行星铣削、拉削、推削、摩削、珩磨及抛光、冲压等工序。此外，还可以完成焊接、热处理、自动装配和检测、清洗和零件分类及打印等非切削加工工作。,三、组合机床的工艺范围,13,1.发展适应中、小批量生产的组合机床 在机械制造工业中中、小批量生产约占80%。在某些中批量生产的企业（如机床、阀门行业等）中。其关键工序采用组合机床因此产品质量稳定，生产效率高技术效果显著。所以发展具有可调、快调、装配灵活、适应多品种加工特点的组合机床十分迫切。转塔主轴箱式组合机床、可换主轴箱式组合机床以及自动换刀式数控组合机床可适用于中、小批量生产。但这类机床结构复杂，成本较高。,四、组合机床的发展趋势,14,带转塔主轴箱的组合机床，转塔不能制造得太大，安装的主轴数量有限，只适应工序不多、形状不太复杂的零件加工。 可换主轴箱式组合机床设有专用的贮存和更换主轴箱的装置按被加工工件工艺规程的程序从机床上卸下已用过的主轴箱，将需要的主轴箱用机械手自动装到机床的动力箱上，并使主轴箱自动定位和夹紧。这种组合机床结构复杂，只有用适于成组加工零件才有良好经济效果。 自动换刀式数控组合机床的贮刀库安装在转塔刀架上方，用机械手自动更换刀具，这种组合机床一般用单刀加工加工精度较高，但生产率较低。,15,2.采用新型刀具 近年来出现了多种新型刀具如具有镀层的硬质合金刀片、立方氯化硼刀具、金刚石刀具、各种可转位的密齿铣刀、喷吸钻头、镶有可转位刀片的“短钻头”等。由于提高了刀具的耐用度，大大缩短了多刀组合机床停机换刀时间，提高了组合机床的经济效益。 3.发展自动检测技术 自动检测包括对毛坯尺寸和工件硬度、钻孔深度、刀具折断、精加工尺寸和几何形状的检查等。检查方法分为主动检查与被动检查。,16,主动检查是将不合格的工件剔除，使之不往下一个工位输送。被动检查则是发现不合格的工件时发出停机信号。目前主动检查应用日趋广泛。由于电子元件迅速发展，集成控制器、微处理机的应用使自动检测技术更加可靠。 自动检测技术的发展可以把被加工零件的实际尺寸控制在比规定公差更小的范围之内。还可以把加工后的工件按会差大小进行分组，以便按分组的公差带装配。实践表明采用分组装配法提高产品的精度要比采用单纯提高设备精度的方法更为经济。,17,4.提高通用部件的水平 应开发适应强力铣削的大功率动力滑台、高精度镗削头和高精度滑台。机械驱动的动力部件应采用交流变频调速电机和直流伺服电机等。 采用镶钢导轨、滚珠丝杠、静压导轨、静压轴承等新结构，提高部件的精度和动、静态性能，因而使被加工工件的精度明显提高，表面粗糙度减小。 5.扩大工艺范围 逐步设计制造用于焊接、热处理、自动装配、自动打印、性能试验以及清洗和包装等用途的组合机床。,18,通用部件是组合机床的基础，是根据各自的功能要求，按标准化、系列化和通用化的原则设计和制造的独立部件。这些部件在组成各种组合机床时，能互相通用。在组合机床设计中，选择通用部件是重要内容之一。 1.通用部件的特点 (1)全面贯彻了国际、国家和机电部通用部件互换尺寸标准，有利于打入国际市场。,五、组合机床的通用部件,19,(2)全面贯彻了国家机械制图标准及公差配合、形位公差、表面粗糙度、螺纹、齿轮及花键六项基础标准。 (3)精度分为普通级、精密级和高精度级三种精度等级。 (4)刚度好、噪音低、振动小、寿命长，且便于使用和维修。 (5)品种规格齐全 2. 通用部件的编制方法 机械工业部颁布通用标准及其型号表示方法。,20,1HY32M-I B，表示经过第一次改进设计，台面宽为320mm的精密级液压滑台，滑台行程控长度为短行程（I型），滑座体导轨为镶钢导轨,21,22,3. 通用部件的分类 根据其功能，通用部件可分为动力部件、支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件等五类。 （1）动力部件 动力部件是组合机床的主要部件，它包括主运动部件及进给运动部件。动力部件的工作性能基本上决定了组合机床的工作性能。其他部件都以动力部件为基础进行配置。 主运动部件主要包括动力箱和各种切削头（如铣削头、钻削头、攻螺纹头和镗孔车端面头等）。,23,进给运动部件主要指各种动力滑台。 （2）支承部件 支承部件包括立柱、立柱底座、侧底座、中间底座等，是组合机床的基础部件。支承部件的结构和刚度对组合机床的精度和寿命有较大的影响。 （3）输送部件 输送部件包括各种工作台，如回转工作台和直线移动工作台等。输送部件在转位或移位后的定位精度，直接影响多工位组合机床的加工精度。,24,（4）控制部件 控制部件用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，它包括可编程序控制器（PLC）、各种液压元件、气压元件、操纵板、控制挡铁和各种电器元件等，它是组合机床的中枢神经。 （5）辅助部件 辅助部件包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却、润滑、排屑等装置。,25,4. 典型通用部件 （1）“1字头”动力滑台 动力滑台上安装动力箱和单轴工艺头，实现组合机床的直线进给运动。在组合机床自动线中，动力滑台也作为输送部件使用。 “1字头”动力滑台分为1HY液压滑台、1HJT机械滑台和NC1HJT交流伺服数控机械滑台三个系列。 常用动力滑台由滑座、滑枕和驱动部件等组成，其结构如附图所示。,26,附图 液压滑台的结构,27,附图 机械滑台的结构,28,图4-5 1HJT机械滑台传动系统图,29,（2）1TD系列动力箱（头）,动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置。它与动力滑台和主轴箱配套使用，由动力滑台实现进给运动，动力箱上安装主轴箱实现切削主运动，用以组成带导向装置加工的卧式或立式组合机床。 标准中规定了动力箱的两种结构型式，即齿轮传动的动力箱和联轴节传动的动力箱。 齿轮传动动力箱结构比较简单，运动从电机经一对降速齿轮传到驱动轴。为了提高动力箱的刚度，规定动力箱与主轴箱结合面的高度等于动力箱与滑台结合面的宽度。,30,联轴节传动的动力箱通过联轴节与电机直连，可以吸收振动，使传动平稳。采用联轴节传动，动力箱不需润滑，这样就可避免主轴箱与动力箱之间的漏油。,图4-6 1TD动力箱结构示意图,31,（3）1TX系列铣削头,铣削头主要用于钢、铸铁及有色金属工件的平面铣削和铣槽、铣扁工艺。其型铣削头结构如图4-7所示。,图4-7 1TX型铣削头结构示意图,32,（4）1TA系列镗削头,镗削头与同规格的动力滑台组合，对钢、铸铁及有色金属工件进行镗孔。如图4-8所示为镗削头结构。,图4-8 1TA镗削头结构示意图,33,5、通用部件选用的原则 通用部件的选用是组合机床设计的主要内容之一。选用的基本方法是：根据所需的功率、进给力、进给速度等要求，选择动力部件及其配套部件。选用原则如下： (1)切削功率应满足所需的计算功率。 (2)进给部件应满足加工所需的最大进给力、进给速度和工作行程及工作循环的要求，同时还需考虑装刀、调刀的方便性。 (3)动力箱与主轴箱尺寸应相适应和匹配。,34,(4)应满足加工精度的要求。 (5)尽可能按通用部件的配套关系选用有关通用部件。 6、通用部件的选用 （1）动力部件的选用 选用动力部件主要是确定动力部件的品种和规格。 1)动力部件品种的确定 在设计组合机床时，究竟选用哪种动力部件，应当根据具体的加工要求、机床的配置型式、制造及使用条件等确定。,35,对于完成主运动的动力部件，如钻削头、铣削头、镗削头等，通常是根据进给速度的稳定性、进给量的可调性、工作循环等要求来确定。 还要注意用户所在地区气温条件及用户使用的方便性。例如，设计的组合机床要求进给速度稳定、工作循环不太复杂、进给量不需要无级调速时，一般可选用机械滑台；不太炎热的地区可选用液压滑台；对自动线和流水线各台机床一般选用同一传动方式的滑台，以便设计制造和维护；批量不大的多品种柔性化生产，应考虑用数控滑台。,36,2)动力部件规格的确定 影响动力部件规格的因素有功率、进给力、进给速度、最大行程及主轴箱外形尺寸等。在确定动力部件规格时，一般先进行功率和进给力计算，再根据选用的原则，综合地、全面地考虑其他因素来确定其规格。当遇到动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不太大时，不要轻易地选用大一规格的动力部件，而应适当调整切削用量或改变工艺方法，如将同一面部分通孔顺序钻削，刮削端面改为车端面等，但必须以不影响加工精度和生产率要求为前提。,37,（2）其他通用部件的确定 对于支承部件，如侧底座、立柱等，可选与动力滑台规格相配套的相应规格。 对于输送部件，可按所需工作台的运动形式、工作台台面尺寸、工位数、驱动方式及定位精度来选用。通常根据运动形式及驱动方式等要求，确定输送部件的品种。根据所需工作台台面的大小、I位数及行程等要求，确定输送部件的规格。 选择通用部件时，还应根据加工精度要求、制造成本等确定通用部件精度等级。,38,第二节 组合机床总体设计,组合机床一般都是根据与用户签订的设计、制造合同中主要的设计原始数据，按照生产线工艺方案设计提出的组合机床设计任务书来进行设计的。组合机床总体设计主要是针对具体的零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样的文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图，编制生产率计算卡，即完成“三图一卡”的设计工作。,39,（一）确定组合机床工艺方案的基本原则 零件加工工艺方案将决定组合机床的加工质量、生产率、总体布局和夹具结构等。工艺方案时需考虑四点基本原则 1. 选择合适、可靠的工艺方法 根据被加工零件的材料，加工部位的尺寸、形状、结构特点、加工精度、表面粗糙度及生产率方面的要求等等，结合组合机床的工艺范围及所能达到的加工精度，选择合适、可靠的工艺方法，以保证机床具有稳定的加工质量和较高的生产效率。,一、制定工艺方案,40,2. 粗、精加工要合理安排 一般情况下，在大批量生产或零件加工精度要求较高时，应将粗、精加工工序分开，以利于保证加工精度和保持精加工机床的工作精度；生产批量不大时，也可将粗、精加工集中在同一机床上，利于减少机床台数，提高经济效益。 粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大的夹压力引起的工件变形以及切削振动等对精加工工序十分不利影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此在拟定工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗、精加工工序分开的原则。粗、精加工分开原则有两种含义。,41,(l)在同一台多工位机床（如回转工作台式机床）上，粗、精加工工序分开在相隔工位数较多的两个位置上进行，使粗加工切削热有足够的冷却时间，避免或减轻对精加工的影响。同时粗、精加工夹具要分别考虑注意避免或减轻粗加工夹压变形对精加工的影响。 (2)粗、精加工分开在自动线或流水线相隔机床数（工序数）较多的两台机床上进行，同样可使工件粗加工后有足够的冷却时问又避免了粗加工时的振动和夹压变形对精加工的影响，机床较为简单可靠。,42,3工序集中原则 工序集中是近代机械加工的主要发展方向之一。组合机床正是基于这一原则发展起来的即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个工件的不同表面的复杂工艺过程，从而有效地提高生产率。因此，拟定工艺方案时，在保证加工质量和操作维修方便的前提下，应适当提高工序集中程度，以便减少机床台数、占地面积和节省人力，取得理想的效益。但是，工序过于集中会使机床结构太复杂，增加机床设计和制造难度，机床使用调整不便，甚至影响机床使用性能。,43,4. 定位基准和夹压部位的选择原则 组合机床一般为工序集中的多刀加工，不但切削负荷大，而且工件受力方向变化大。因此正确选择定位基准和夹压部位是保证加工精度的重要条件。 （1）箱体类零件定位基准的选择 箱体类零件是机械加工中工序多、精度要求高的零件，如汽车、拖拉机、柴油机等行业的气缸体、气缸盖、变速箱、减速器、离合器本体等。这类零件一般有较高精度的孔需要加工又常常要在几次哥装下进行。因此，定位基准选择“一面双孔”是最常用的方法。它的特点是：,44,1)可以简便地消除工件的6个自由度，使工件获得稳定可靠的定位。 2)有同时加工零件五个表面的可能，既能高度集中工序，又有利于提高各面上孔的位置精度。 3)“一面双孔”可作为零件从粗加工到精加工全邵工序的定位基准使零件整个工艺过程基准统一，从而减少由基准转换带来的累积误差有利于保证零件加工精度。同时，使机床各工序（工位）的许多部件（如夹具）实现通用化，有利于缩短设计、制造周期降低成本。,45,4)易于实现自动化定位、夹紧，并有利于防止切屑落于定位基面上。 为了保证加工精度及技术要求，作为定位基准的平面和销孔必须规定相应的尺寸精度、表面粗糙度及位置精度等。 不可选择零件上直径太小的孔作为定位销孔，固定位销过细，易受力变形，甚至因装卸工件碰撞而破坏定位。根据箱体零件的大小及重量，选取销孔直径。 有的箱体零件不具备“一面双孔”定位基准，可采用“三平面”定位。,46,应当注意，不论是“一面双孔”还是“三平面”定位，其主要定位面最好采用箱体设计基准，即箱体在机器中的主要安装面。 还有一些箱体零件没有良好的定位基准，在不影响零件使用性能的前提下，可采取增设定位用工艺销孔的办法来获得合理的定位基准。 （2）非箱体类零件定位基准的选择 l)对曲轴、连杆、转向器壳、半轴、拨又等零件，应采用以V形铁为主要定位元件的定位方法。为提高定位精度，应对V形铁定位圆提出精度要求：V形铁角度一般取90-120。,47,2)对“法兰”类零件，常采用一个孔（或外圈）及一个平面的定位方法。当需要限制零件的6个自由度时，可再用一个孔（或一个筋或凸台）来限制零件圆周方向的转动。 （3）选择定位基准的原则 l)基准重合原则。应尽量选择零件的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产生的定位误差，保证加工精度。 2)基准统一原则，即在各台机床上采取共同的定位基准来加工零件不同表面上的孔或对同一表面上的孔完成不同的工序。这对工序较多的箱体类零件尤为重要。,48,3)选择定位基准应确保工件稳定定位。尽量采用已加工的较大平面为定位基准尤为必要。 4)当被加工零件不具备理想的定位基准（如定位面小而切削力大）时，或者工件刚性不足，为防止加工时工件变形、振动而影响加工精度，可在机床上设置辅助支承，以增加定位稳定性和承受较大的切削力。 （4）夹压点位置确定 在选择定位基面的同时，要相应决定夹压位置，此时应注意两个问题。,49,l)确保零件夹压后定位稳定。为使工件在加工过程中不产生振动和位移，夹压力要足够夹压点布置应使夹压舍力落在定位平面内，力求接近定位平面的中心。 2)尽量减少和避免工件夹压后的变形，消除其对加工精度的不利影响。为此，应避免把夹压点放在工件加工孔的上方和容易引起变形之处。例如，加工刚性差的零件应适当增加辅助支承或采用多点夹压方法，以使夹压力分布均匀，减少夹压变形，提高加工精度。,50,（二）确定组合机床工艺方案应注意的问题 1按一般原则拟订工艺方案时的一些限制 (1)孔间中心距的限制 根据切削扭矩计算要求，主轴轴径和轴承外径有一最小许用尺寸；对于螺纹孔加工还要考虑相应攻螺纹靠模的径向尺寸限制；对于镗孔加工，要考虑浮动卡头和导向尺寸或刚性主轴结构尺寸限制。所以，近距离孔能否在同一主轴箱上的同一工位进行加工，要受各类主轴允许的最小中心距限制。,51,当孔间距小于相应主轴轴问距许用值时，如果孔系相互位置精度要求不严格，则可将近距孔分散在几个工位或几台机床上分别加工。 (2)工件结构工艺性的限制 有些工件结构工艺性不好，如箱体多层壁上的同轴线的孔径中间大、两头小时，则进刀困难。当孔径大于1Omm，可采用让刀的办法加工；如主轴处于定位刀具定向状态，抬起工件或刀杆径向移动，以便轴向进退刀，否则不适宜在组合机床上加工。又如多层壁同轴孔，为便于布置中间导向装置，孔中心离箱体侧壁间距离也应足够。,52,（三）组合机床常用工艺能达到的精度及表面粗糙度 由于被加工零件的精度要求、加工部位尺寸、形状、结构特点，材料、生产率要求不同，设计组合机床须采用不同的工艺方法和工艺过程。,53,（四）影响工艺方案的主要因素 1加工的工序内容和加工精度 这是制定组合机床工艺方案的主要依据。显然，面加工和孔加工、不同尺寸的平面和孔径加工以及不同的加工精度要求，直接影响着工艺方莱的选择和工步数及工艺路线的确定。 2被加工零件的特点 工件的材料及硬度、加工部位的结构形状、工件刚性、定位基面的特点等，对组合机床工艺方案的制订都有着重要影响。,54,3零件的生产批量 零件的生产批量大时，工序安排一般趋向分散，而且粗加工、半精及精加工也宜分开。这样机床数虽增多，但对提高生产率和保证加工质量稳定有利。在小批量生产时，工序安排应尽量集中，减少机床台数，提高机床利用率。 4使用厂后方车间的制造能力 如工具制造能力。若使用厂没有制造、刃磨复杂刀具或特殊刀具的能力，制订工艺方案时就应尽可能采用简单或标准刀具。,55,根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种基本配置的机床。满足同样要求，可有多种配置方案。配置方案的不同，对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能性以及经济性等都有不同的影响。因此，确定机床配置型式和结构方案对加工精度有影响。,二、确定组合机床配置型式及结构方案应考虑的问题,56,（一）不同配置型式和结构方案对加工精度的影响 在确定机床配置型式和结构方案时，首先要考虑如何稳定地保证零件的加工精度。影响加工精度的主要因素有夹具误差和加工误差两个方面。 夹具误差：一般精加工的夹具公差为零件公差的1/3-1/5；粗加工时，夹具精度不能太低。夹具型式也有影响。 加工误差：固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度最高；移动（或回转）式夹具多工位组合机床，因存在移（转）位定位误差，其加工精度一般比固定式夹具低。不同夹具型式的组合机床所能达到的精度见附表,57,58,（二）其他需要注意的问题 1要注意排屑通畅 如采用前后导向进行加工的机床最好卧式布置，以免切屑挤入前后导向。对多工位机床应特别注意前道工序存留在孔中的切屑。条件允许也可将孔钻深一些，以防孔内积屑折损刀具或破坏加工精度。 2注意相关联的机床夹具结构的统一性 确定成套或流水线上的机床型式时，应尽量使机床和夹具型式一致，以利于保证加工精度提高通用化程度，便于设计、制造和维修。,59,3应注意机床使用条件 应考虑车间的布置情况，毛坯或在制品的堆放和流向，装卸方位和操作方便性以及使用单位的后方车间的技术水平和维修能力等。 三、组合机床方案分析比较的主要指标 （一）机床加工精度和生产率 主要分析比较机床保证加工精度的持久性和机床负荷率。加工精度应有储备量。机床负荷率一般为70% -90%复杂机床、多品种加工机床负荷率不能偏高（控制在60%左右）。,60,（二）机床使用方便性和自动化程度 分析比较时一定要与生产率相适应，不应过分要求机床的自动化程度。生产率高、节拍短，则要求自动化程度高、刀具耐磨且更换调整方便，这样使用起来才方便。 （三）经济性与可靠性 在满足加工要求的前提下，机床应避免复杂刀具，力求简单和较高的通用化程度，以降低成本，提高可靠性。 (l)根据加工精度的需要选择相当精度等级的通用部件。 (2)应根据生产率要求合理哥排工艺流程，均衡负荷，使机床数量少，机床利用率最高，以取得好的经济效果。,61,绘制组合机床“三图一卡”就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方莱的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。 绘图时要考虑图的作用和内容，以及绘制相关图时的规定和注意事项。,四、“三图一卡”的编制,62,（一）被加工零件工序图 1. 被加工零件工序图的作用与内容 被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，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，加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本机床加工前的加工余量、毛坯或半成品情况的图样。它是组合机床或主动线设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要技术文件。,63,被加工零件工序图不能用用户提供的产品图纸代替，而必须是在原零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。 (l)被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。当需要设置中间导向时，则应表示出零件内部的筋、壁布置有关结构形状和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。 (2)本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹压方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。,64,(3)本工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求(主要指定位基准) (4)注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。 （二）绘制被加工零件工序图的规定及注意事项 1. 绘制被加工零件工序图的规定 (l)应按一定的比例，绘制足够的视图以及剖面。本工序加工部位用粗实线表示,保证的加工部位尺寸及位置尺寸数值下方画粗实线标记,其余部位用细实线表示；要注意定位基准、夹压位置符号、辅助支承符号的表示方法。,65,(2)加工部位的位置尺寸应由定位基准注起，为便于加工及检查，尺寸应采用直角坐标标注，而不采用极坐标系。 2绘制被加工零件工序图的注意事项 (l)本工序加工部位的位置应与定位基准直接发生关系。当本工序定位基准与设计基准不符时，必须对加工部位位置精度进行分析和换算，并把不对称公差换算为对称公差。 (2)对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量要认真分析。在镗阶梯孔时其大孔单边余量应小于相邻两孔半径之差，以便镗刀能通过。,66,(3)本工序有特殊要求时必须注明。如精镗时，当不允许有退刀痕迹或只允许有某种形状的刀痕时越须注明；又如壁薄或孔底部壁薄，加工螺孔时螺纹底孔深度及能否钻通等。 二、加工示意图 （一）加工示意图的作用和内容 加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它能表达被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作循环等。,67,因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一。它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压电气装置设计及通用邵件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求同时还是调整机床刀具及试车所必须的重要技术文件。其内容为： (l)应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。 (2)根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时决定镗杆直径和长度。,68,(3)决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。 (4)选择标准或设计专用的接杆、浮动卡头、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架等，并决定它们的结构、参数及尺寸。 (5)标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之问的联系尺寸、配合及精度。 (6)根据机床要求的生产率及刀具、材料的特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。 (7)决定机床动力部件的工作行程及工作循环。,69,（二）加工示意图的画法及注意事项 (l)加工示意图的绘制顺序是：先按比例用细实线绘出工件加工部位和局部结构的展开图（加工表面用粗实线画）。为简化设计，相同加工部位的加工示意图（指对同一规格的孔加工，所及刀具、导向、主轴、接杆等的规格尺寸、精度完全相同）允许只表示其中之一，亦即同一主轴箱上结构尺寸相同的主轴只画一根。但必须在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。当轴数较多时，可采用缩小比例，用细实线画出工件加工部位简图（向视图）并标注孔，以便设计和调整机床。,70,(2)-般情况下，在加工示意图上主轴分布可不按真实距离绘制。当被加工孔间距很小或需要径向结构尺寸较大的装置时，相邻主轴必须严格按比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、辅具、导向等是否干涉。 (3)主轴应从主轴箱端面画起。刀具画加工终了位置(攻丝加工则应画开始位置)。标准的通用结构(如接杆、浮动卡头、攻丝靠模及攻丝卡头、通用主轴箱的标准钻镗主轴外伸部分等)只画外轮廓，并须加注规格代号。对一些专用结构(如导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等)，为显示其结构而必须剖视，并标注尺寸、精度及配合。,71,（三）选择导向及有关计算 1导向结构选择 组合机床加工孔时,除采用刚性主轴加工方案外，零件上孔的位置精度主要是靠刀具的导向装置来保证。因此，正确选择导向结构和确定导向类型、参数、精度等是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须解决的问题。 1)选择导向类型、型式和结构 导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间既有相对移动又有相对转动的第一类导向。,72,另一类是刀具导向部分与夹具之间只有相对移动而无相对转动的第二类导向，或称旋转式导向。若相对转动部分以各种形式设置在刀杆上，则称内滚式旋转导向；若相对转动部分设置在夹具上，别称外滚式旋转导向。 通常，依据刀具导向部分直径和刀具转速折算出导向的线速度，再结合加工部位尺寸精度、工艺方法及刀具的具体工作条件来选择导向类型、型式和结构。 第一类导向很少用于大直径孔加工。第二类导向一般用于孔径25mm以上的孔加工尤以大直径镗孔应用较多。,73,2)确定导向数量，选择导向参数 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、扩、铰单壁小孔或用悬伸量不大的镗杆镗、扩、铰深度不大的大孔时，选取单个导向加工。当在工件铸孔上扩孔时，为加强刀具导向刚性，通常采取双导向加工。当镗削大孔或工件多层壁一系列同轴孔时，应根据工件具体结构形状来布置双导向或多导向加工。 导向的主要参数包括：导套的直径及公差配合，导套长度、导套离工件端面的距离等。,74,2确定主轴类型、尺寸、外伸长度 主轴类型主要依据工艺方案和刀杆与主轴的连接结构进行确定。主轴轴径尺寸主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构。如与刀杆有浮动连接或刚性连接，主轴则有短悬伸镗孔主轴和长悬伸钻孔主轴。 主轴轴径尺寸规格根据选定的切削用量计算出切削扭矩丁，查表初定主轴直径，并考虑便于生产管理，适当简化规格。,75,3. 选择接杆、浮动卡头 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具间常用接杆（称刚性连接）和浮动卡头连接（称浮动连接）。 在钻、扩、锪孔及倒大角等加工时，通常都采用接杆。因主轴箱各主轴的外伸长度和刀具长度都为定值，为保证主轴箱上各刀具能同时到达加工终了位置应采用轴向可调整的接杆来协调各轴的轴向长度，以满足同时加工完各孔的要求。为使工件端面至主轴箱端面为最小距离，首先应按加工邵位在外壁、加工孔最深、孔径又最大的主轴选定接杆（通常先按最小长度选取），由此选用其他接杆。,76,为提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响，在采用长导向或双导向和多导向进行镗、扩、铰孔时，一般孔的位置精度靠夹具保证。为避免固主轴与夹具导套不同轴而引起的刀杆“别劲”现象影响加工精度，均可采用浮动卡头连接。 加工螺纹时，常采用攻螺纹靠模装置和攻螺纹卡头及相配套的攻螺纹接杆，丝锥用相应的弹簧夹头装在攻螺纹接杆上。,77,4标注联系尺寸 首先从同一主轴箱上所有刀具中找出影响联系尺寸的关键刀具，使其接杆最短，以获得加工终了时主轴箱前端面到工件端面之间所需的最小距离，并据此确定全鄙刀具、接杆（或卡头）、导向托架及工件之间的联系尺寸。主轴端部必须标注外径D1和孔径(D1d)、外伸长度L；刀具结构尺寸必须标注直径和长度；导向结构尺寸应标注直径、长度、配合；工件至夹具之间的尺寸必须标注工件离导套端面的距离；还必须标注托架与夹具之间的尺寸、工件本身以及加工部位的尺寸和精度等。,78,主轴箱端面至工件之问的距离是加工示意图上最重要的联系尺寸。为使所设计的机床结构紧凑，应尽量缩小这一距离。这一距离取决于两个方面：一是主轴箱上的刀具、接杆；二是机床总布局所要求的联系尺寸。这两个方面是相互制约的。 5.标注切削用量 各主轴的切削用量应标注在相应主轴后端。其内容包括：主轴转速、相应刀具的切削速度、每转进给量和每分进给量。同一主轴箱上各主轴的每分进给量是相等的，等于动力滑台的工进速度。,79,6.动力部件工作循环及行程的确定 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，又返回刭原始位置的动作过程。一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。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。 1)工作进给长度L的确定 组合机床上有第一工作进给和第二工作进给之分。前者用于钻、扩、铰和镗孔等工序；后者常用于钻孔之后需要锪平面、倒大角等工序。工作进给行程长度应等于加工部位长度与刀具切八长度和切出长度之和。,80,2)快速引进行程长度的确定 快速引进行程是指动力部件把主轴箱连同刀具从原始位置送进到工作进给开始位置，其长度按加工具体情况确定。在加工双层或多层壁孔径相同的同轴孔系时，可采用跳跃进给循环进行加工，即在加工完一层壁后，动力邵件再快速引进到位，再加工第二层壁孔，以缩短循环时间。 3)快速退回行程长度的确定 快速退回行程长度等于快速引进行程长度和工作进给行程长度之和。,81,一般在固定式夹具钻孔或扩孔的机床上，动力部件快速退回的行程，只要把所有刀具都退至导套内不影响工作的装卸就可以了。但对于夹具需要回转或移动的机床，动力部件快速退回行程必须将刀具、托架、活动钻模板及定位销都退离运动到可能碰到的范围之外。 4)动力部件总行程的确定 动力部件的总行程除了满足工作循环向前和向后所需的行程(快速引进+工作进给一快速退回)外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前、后备量。前备量是指因刀具磨损或补偿制造、哥装误差动力部件能够向前调节的距离。,82,后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出时，动力部件需后退的距离。理想情况是刀具退离夹具导套外端面的距离应大于接杆插入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度。 因此，动为部件的总行程为快退行程与前、后备量之和，依此作为选择动力滑台或设计专用动力部件的依据。 7. 其他应注意的问题 (l)加工示意图应与机床实际加工状态一致。 (2)图中尺寸应标注完整，尤其是从主轴箱端面至刀尖的轴向尺寸链应齐全，以便于检查行程和调整机床。,83,(3)加工示意图应有必要的文字说明，如被加工零件的名称、图号、材料、硬度、加工余量、毛坯要求、是否加冷却液及其他特殊的工艺要求等。 (4)对多面、多工位机床,还应按各工位加工内容,采用缩小比例画出加工部件示意图并标注孔号；对于回转工作台和鼓轮式机床,应画出加工时工件在其上面的位置示意图,以便清楚地表示出工件与主轴箱上主轴的排列位置。 (5)加工示意图上应有表示加工过程的工作循环图及各行程长度。确定钻攻丝复合工序动力邵件工作循环时,要注意攻丝循环（包括攻进和丝锥退出）提前完成后,动力部件才能开始退回。,84,三、机床联系尺寸图 （一）机床联系尺寸图的作用和内容 组合机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图。用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求以及通用部件选择是否合理。它为主轴箱、夹具等专用部件设计提供了重要依据。,85,它可以看成是机床总体外观简图。由于其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用尸现场使用环境，组合机床联系尺寸图也可看成是简化的机床总图,其主要表示四部分内容： (1)表明机床的配置和总布局。以适当数量的视图（一般至少两个视图主视图应选择机床实际加工状态),采用同一比例画出各主要部件的外廓形状和相关位置，表明机床基本型式（卧式、立式或复合式、单面或多面加工、单工位或多工位）及操作者位置等。,86,(2)完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。 (3)标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组犏号及组件名称，全部组件应包括机床全邵通用及专用零部件，不得遗漏。 (4)标明机床验收标准及安装规程。,87,（二）绘制机床联系尺寸图之前应确定的主要内容 1选择动力部件 组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主轴旋转主运动的动力葙（或各种工艺切削头）和实现进给运动的动力滑台。 动力箱规格要与动力滑台匹配，其驱动功率主要依据主轴箱所需传递的切削功率来选用。 根据选定的切削用量，计算总的进给力，然后确定最小进给速度、工作行程，结合主轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用动力滑台及相配套的侧底座的型号和规格。,88,须注意：当某一规格的动力部件的功率或进给力不能满足要求，但又相差不大时，不要轻易选用大一个规格的动力部件而应以不影响加工精度和效率为前提，适当降低关键性刀具的切削用量或将刀具错开顺序加工，以降低功率和进给力。为保证机床加工过程中进给的稳定性，选择动力部件还应考虑各刀具的舍力作用点应在主轴箱与动力箱的结合面内，并尽可能缩小合力作用线与滑台（或丝杠）垂直中心面之间的距离，以减少颠覆力矩。,89,2确定机床装料高度H 装料高度一般是指机床上工件的簧装基面至地面的垂直距离。在确定机床装料高度时，首先要考虑工人操作的方便性，对于流水线要考虑车问运送工件的滚道高度，对于自动线要考虑中间底座的强度足够，以便允许内腔通过随行夹具返回系统或冷却排屑系统：其次要考虑机床内部结构尺寸的限制和刚度要求，如工件最低孔位置、主轴箱允许的最低主轴高度和通用部件、中间底座及夹具底座基本尺寸的限制等。,90,考虑上述刚度、结构功率和使用要求等因素，新颁布国家标准装料高度为l060mm，与国际标准ISO一致。实际设计时常在850-1060mm之间选取。对于自动线，装料高度较高，一般取lOOOmm左右；对于回转鼓轮式组合机床，装料高度一般为1200 1400mm，但常增加操作者脚踏板。 3确定夹具轮廓尺寸 主要确定夹具底座的长、宽、高尺寸。工件的轮廓尺寸和开头是确定夹具底座轮廓尺寸的基本依据。具体要考虑布置工件的定位、限位、夹紧机构、刀具导向装置以及夹具底座排屑和安装等方面的空间和面积需要。,91,由此，根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系，并考虑滑台的前备量，通过尺寸链就可以计算确定中间底座加工方向的尺寸，算出的长度通常应圆整。应注意考虑到毛坯误差和装配偏移。中间底座支承夹具底座的空余边缘尺寸当机床不用冷却液时不要小于l0-l5mm;使用冷却液时不小于70-lOOmm。 确定中间底座的高度尺寸时，应注意机床的刚性要求、冷却排屑系统要求以及侧底座连接尺寸要求。装料高度和夹具底座高度（含支承块）确定后，中间底座高度就已确定。,92,（三）机床联系尺寸图的画法与步骤 1画主视图 主视图的图形布置应与实际机床工作位置一致，并应选择适当的比例。 先用点划线或细实线画出被加工零件的长高轮廓。以工件两端面及工件最低孔中心线分别为长度与高度方向的基准，根据已确定的机床各组成邵件轮廓尺寸及主要相关尺寸按下列顺序进行（为简化说明，以机床左面为例）。,93,以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面至主轴箱前端面的最小距离确定机床左面主轴箱前端面的轴向位置；再根据主轴箱最低主轴高度位置尺寸及主轴箱轮廓尺寸BHL.。画出左主轴箱外廓。主轴箱以其后盖与动力箱连接，根据已选择的动力箱的簧装连接尺寸画出动力箱轮廓尺寸。动力箱以其底面与动力滑台定位连接，在机床长度方向上，通常动力箱后端面应与动力滑台后端面平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向的相对位置，由加工终了时滑台前端面到滑座前端面的距离决定。,94,为便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之问需加5mm厚的调整垫。而滑座与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离f决定。若所采用的侧底座为标准型，则f可由组合机床通用部件联系尺寸标准中查得；若不能采用标准型，则可根据具体情况确定。 通常，当机床不采用冷却液时，尺寸最小可取为10-15mm;当机床采用冷却液时，要考虑中间底座周边应有一定宽度的回收冷却液及排屑沟槽，尺寸一般不应小于70-lOOmm。对一些结构复杂的组合机床，为调整、维修和对刀方便，尺寸还须根据具体情况加大。,95,对于较复杂的夹具，绘制组合机床联系尺寸图之前应绘制夹具结构草图，以便于确定夹具的主要技术参数、基本结构方案及其外形控制尺寸。因此，总体设计也称为“四图一卡”设计。 4确定中间底座尺寸 中间底座的轮廓尺寸在长、宽方向应满足夹具的簧装需要。它在加工方向的尺寸，实际已由加工示意图所确定，图中已规定了机床在加工终了时工件端面至主轴箱前端面的距离。,96,四、生产率计算卡 （一）生产率计算卡的作用 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡，用以反映机床的加工过程、完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率，同时反映所设计组合机床的自动化程度。通过生产率计算卡的编制可以分析所制定的机床方莱是否满足生产要求及使用是否合理。,97,第三节 通用多轴箱设计,多轴箱是组合机床的重要专用部件。根据加工示意图所确定的工件加工孔数及配置、切削用量和主轴类型设计，由通用零件和少量专用零件组成。它将动力箱的动力传递给主轴，使之按要求的转速和转向旋转，实现切削主运动。 多轴箱与动力头一起安装在动力滑台上，可完成钻、扩、铰、镗孔等加工工序。,一、多轴箱的功用及分类,98,多轴箱分为专用多轴箱和通用多轴箱两大类。专用多轴箱根据被加工工件的特点及其加工工艺要求进行设计，基本上由专用零件组成，采用刚性主轴来保证被加工孔的位置精度要求。本节只介绍通用多轴箱的设计。,二、通用多轴箱的组成,通用多轴箱主要由箱体类零件、主轴、传动轴、齿轮以及润滑和防油元件等组成。如图4-14所示为表示通用多轴箱基本结构的向视图和展开图。,99,图4-14 通用多轴箱基本结构 15-主轴 6-传动轴 7-手柄轴 8-传动轴 9-油泵轴 10-防油套 11-齿轮 12-润滑油泵 13-齿轮 14-侧盖 15-后盖 16-分油器 17-箱体 18-上盖 19-分油盘 20-前盖 21-排油塞 22-注油杯,100,三、多轴箱的通用零件,1. 通用箱体类零件 2. 通用轴类零件 （1）通用主轴钻削类主轴和攻螺纹类主轴。 （2）通用传动轴 3. 通用齿轮动力箱齿轮、电动机齿轮和传动齿轮。 4. 润滑油泵 5. 其他通用零件隔套、键套、防油套、油杯、定位销以及锁紧螺母、防松垫圈等，都已经标准化或通用化。,101,1. 通用箱体类零件 主轴箱的通用箱体类零件采用灰铸铁材料，箱体材料为HT200，前盖、后盖、侧盖等材料为HT15O。 主轴箱体及各盖体都有规定的标准厚度，主轴箱基本尺寸系列标准(GB3668. 1-83)规定。 2. 通用轴类零件 （1）通用主轴：钻削类主轴和攻螺纹类主轴 1）钻削类主轴采用两端定位方式，按支承形式可分为圆锥滚子轴承主轴、深沟球轴承主轴和滚针轴承主轴三种。,102,圆锥滚子轴承主轴。前后支承均为圆锥滚子轴承。这种史承可承受较大的径向和轴向力，且结构简单、装配调整方便，广泛用于扩、镗、铰孔和攻螺纹等加工；当主轴进退两个方向都有轴向切削力时常用此种结构。 球轴承主轴。前支承为推力球轴承和向心球轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承。因推力球轴承设置在前端，能承受单方向的轴向力，适用于钻孔主轴。 滚针轴承主轴。前后支承均为无内环滚针轴承和推力球轴承。当主轴间距较小时采用。,103,2）攻螺纹类主轴 按支承型式分为以下两种： 前后支承均为圆锥滚子轴承主