组合机床设计

1、 设计水平的高低日益突出地决定 了产品的竞争能力： 能力 固有的 质量 经济性 创新是设 计的灵魂 将产品的要求转换为产品的设计要 求，确定实现设计要求的原理方案、 结构方案、参数及容差的过程 产品的性能； 产品的可靠性； 产品的功能价格比； 产品的造型； 产品的外观； 产品的售后服务。 在参数和容差方面 相当成 熟地方法可以引用； 在原理方面、结构方案方面 专家系统的建立+团队精神+集体 智慧。 有 依靠 企业经营的核心：设计水平直接关系到企 业的前途和命运。产品的技术水平、质量 水平、生产效率、利润，首先取决于设计。 决定了产品的“先天质量”：“先天不足， 后患无穷。”设计不周造成的错误，

2、一切 工艺的和生产上的努力都将失去意义。 最重要的预防措施。 发现问题阶段 付出代价（金额比） 图样 1 产品生产 10 最终检验 100 现场使用 1000 改进 10000 法律诉讼 100000 决定成本的主导因素：成本的7080%取决于 产品的设计。“设计一条线，落 笔千万金。 需求原则：顾客的需求要满足；顾客的需求要满足； 信息原则：全面、充分、正确、可靠；全面、充分、正确、可靠； 系统原则：功能结构系统来解决；功能结构系统来解决； 继承原则：崭新的科学原理指导下产生的。在原理不变的崭新的科学原理指导下产生的。在原理不变的 情况下，通过局部革新，新老技术嫁接综合发情况下，通过局部革新

3、，新老技术嫁接综合发 展起来；展起来； 效益原则：经济效益、社会效益；经济效益、社会效益； 简化原则：确保质量、降低成本、提高可靠性；确保质量、降低成本、提高可靠性； 定量原则：评价要有定量概念；评价要有定量概念； 时间原则：周期要短；周期要短； 合法原则：法律、法规、政策、标准化；法律、法规、政策、标准化； 审核原则：即即“评审评审”。决不允许有错误的重要设计信息。决不允许有错误的重要设计信息 流入下面的设计步骤。流入下面的设计步骤。 主轴箱主轴箱 动力箱动力箱 镗头镗头 动力部件动力部件 铣削头铣削头 镗车头镗车头 机械机械 滑台滑台 液压液压 数控数控 回转工作台回转工作台 通用部件 工

4、件运送部件工件运送部件 移位滑台移位滑台 毂轮毂轮 床身床身 侧底座侧底座 立柱立柱 支承部件支承部件 立柱底座立柱底座 中间底座中间底座 滑座滑座 大型组合机床（大型组合机床（1.530kw）用大型通用部件）用大型通用部件 小型组合机床（小型组合机床（0.12.2kw）用小型通用部件）用小型通用部件 单面单工位单面单工位 双面单工位双面单工位 单工位单工位 三面单工位三面单工位 四面单工位四面单工位 v组合机床分类 移动工作台式移动工作台式 回转工作台式回转工作台式 多工位多工位 中央立柱式中央立柱式 回转毂轮式回转毂轮式 组合机床的发展方向 w1、提高生产率：节拍由10分钟 5分钟 3分钟

5、 几十 秒钟 w2、扩大加工范围； w3、提高精度； w4、提高可调性、多品种加工； w5、自动化方向； w6、数控化方向。 2、非箱体零件工艺基面的选择 （1）曲轴、半轴等轴类零件，一般采用V型 铁定位。 V型铁的角度，与工件定位圆的公差大小对 定位误差影响很大 一般=90-120 a r a sin r a v（2）对类似“法兰”的工件：采用一个孔（或外 圆）和一个平面为主要定位的方法； v（3）对于一些要求壁厚均匀的套筒形工件：采用 自动定心定位方法； v（4）对于一些壁薄易变形的工件以端面及外圆为 定位基准。 采用辅助支承通常在下述的情况下 v当工件的刚性不足时，为防止在大的切削力和夹

6、 紧力作用下，工件产生过大的变形而影响加工精 度； v工件定位面小，切削力和夹压力合力作用或超出 定位平面。采用辅助支承，增加定位的稳定性； v工件虽然有较大的定位平面，但其平直性差，采 用三点定位又不稳定时，增加一个活动的辅助支 承作为第四点定位，确保定位面有四点接触； v工件加工时切削力很大，采用辅助支承承受巨大 的切削力。 组合铣床大致分为两种情况 n一种是铣头不动，而工件在铣削工作台 上动 n一种是工件不动，而铣头在铣削滑台上 实现进给。 平面铣削主要是提高效率的问题比较突出。早期受硬质合 金焊接刀片的限制，切削速度不高，进给速度不快，那时的切 削速度在5060m/min；精铣切削在7

7、080m/min。那时的切削 头多是自行设计的。在80年代90年代初，机械夹固式刀片的 出现，使切削速度略有提高，粗铣的切削速度在8090m/min， 精铣切削速度在100110m/min。这时铣削头已标准化、系列 化，叫做TX。90年代后半期2000年，国外刀具开始在我 国应用，粗加工的切削速度都在100120m/min左右，精加工 切削速度都在150200m/min左右。这时出现了1TX系列 的铣头。2000年以后，国外刀具的成熟运用，现在粗、精铣不 但切削速度都较高，而且进给速度也很快。粗铣时 Sm=500800mm/min；半精铣时Sm=9001000mm/min，精铣 时Sm=200

8、0mm/min。 这时出现了西德标准化铣削头：SFER系列。 铣削工作台现在有液压的、机械的、数控的。 组合机床总体设计 在选定的工艺方案和机床方案的基础在选定的工艺方案和机床方案的基础 上进行方案图纸的设计就是机床的总体设计。上进行方案图纸的设计就是机床的总体设计。 总体设计包括：总体设计包括： “三图三图”：（1 1）加工工序图）加工工序图 （2 2）加工示意图（刀调图）加工示意图（刀调图） （3 3）机床组图（配置与尺寸联系图）机床组图（配置与尺寸联系图） “一卡一卡”：生产率计算卡：生产率计算卡 一、被加工零件的工序图 1.被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表 示在本机床上完成的工

9、艺内容、加工部位的尺 寸精度、技术要求（形状和位置公差）、粗糙 度、加工用的定位基准、夹压部位、以及被加 工工件的材料、硬度和本机床加工前毛坯的情 况的图纸。加上必要的说明绘制的。 它是组合机床设计的主要依据，也是制造 使用时调整机床、检查粗糙度的主要技术文件。 2、加工工序图的内容加工工序图的内容： （1）在图纸上应表示出被加工工件的形状，尤其）在图纸上应表示出被加工工件的形状，尤其 是与本工序有关的部分的形状（用细实线绘制）；是与本工序有关的部分的形状（用细实线绘制）； （2）在图上应表示出加工用的基面、定位基准、）在图上应表示出加工用的基面、定位基准、 各限制几个不定度。夹压的方向及位置

10、、用什么各限制几个不定度。夹压的方向及位置、用什么 动力源（动力源（Y、J）；）； （3）在图上表示出加工表面（用粗实线绘制）的）在图上表示出加工表面（用粗实线绘制）的 尺寸（用尺寸（用圈起来圈起来），精度、粗糙度、位置尺），精度、粗糙度、位置尺 寸和精度及技术条件；寸和精度及技术条件； （4）图中还应说明被加工工件的名称、编号、材）图中还应说明被加工工件的名称、编号、材 料、硬度以及加工部位的余量。料、硬度以及加工部位的余量。 3、绘制加工工序时应注意的事项： （1 1）本机床加工部位的本机床加工部位的位置尺寸位置尺寸应由定位基准面标应由定位基准面标 起，尤其在定位基准面与设计基准面不一致时

11、，起，尤其在定位基准面与设计基准面不一致时， 还必须对各孔要求的位置尺寸精度进行分析和换还必须对各孔要求的位置尺寸精度进行分析和换 算，把不对称的尺寸公差，换算成对称公差。如算，把不对称的尺寸公差，换算成对称公差。如 位置尺寸位置尺寸 ，换算成，换算成150.035150.0350.0350.035。减少。减少 误差。把各孔的位置尺寸都由定位基面标起。有误差。把各孔的位置尺寸都由定位基面标起。有 时为减少误差（尺寸链的影响），把某一孔的位时为减少误差（尺寸链的影响），把某一孔的位 置尺寸由定位基面标起，而其它孔与此孔的位置置尺寸由定位基面标起，而其它孔与此孔的位置 则按产品图规定，都以此孔为基

12、准，这样就可以则按产品图规定，都以此孔为基准，这样就可以 保证尺寸精度了。保证尺寸精度了。 07. 0 0 150 （2）对孔的加工余量的分析： 在镗阶梯孔时，大直径孔的单边余量应小于相在镗阶梯孔时，大直径孔的单边余量应小于相 邻两孔半径之差，以便镗刀能顺利通过；邻两孔半径之差，以便镗刀能顺利通过； 在加工毛坯时，要弄清加工余量，毛坯的铸造在加工毛坯时，要弄清加工余量，毛坯的铸造 偏心，铸造毛刺的大小，以便设计相应尺寸的镗偏心，铸造毛刺的大小，以便设计相应尺寸的镗 杆，是保证加工能正常进行。杆，是保证加工能正常进行。 （3）对精镗孔机床必须注明是否允许有退刀 痕迹，以及允许的退刀痕迹的形状（螺

13、旋 形的、直线痕迹） 二、加工示意图（刀具调整图） 它是组合机床设计的重要图纸之一。在组合机 床设计中占有重要地位。 1、用途： 它是设计刀具、夹具、主轴箱（铣头、镗头）以 及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的 依据。 2、内容：要反映机床的加工过程和加工方法； 它决定：浮动卡头和接杆（延伸轴）的尺寸和 长度；镗杆的尺寸和长度；刀具的种类和数量；刀具的长 度及加工尺寸；主轴尺寸及伸出长度；主轴、刀具、导向 与工件间的联系尺寸等。 他还表明机床的生产率和刀具的特征；合理地 选择切削用量，以及机床的工作循环。 v（2）工序间余量的确定： 在绘制加工示意图时，要合理制定工序间的加 工余

14、量。一般有表可查。但对于具体情况还要具体 分析。例如： a、粗镗孔的余量就要大些； b、工件重新安装，出现定位误差，余量就应该 大些； c、还要考虑余量和刀杆的关系。例如主轴镗。 （3）导向结构的选择： 组合机床上加工孔，除用刚性主轴加工的方案外，都要 涉及导向结构。孔的尺寸和位置精度都是依据靠夹具上的导 向装置导向来保证的。因此，如何正确地选择导向结构，确 定导向的参数和精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘 制加工示意图时要解决的问题。 a、正确地选择导向类型 在加工小孔时，如钻孔、扩孔、铰孔等，其导向直径 小，旋转速度一般小于20m/min，通常采用“固定式导向”。 这种导向结构简单，精

15、度容易保证。但由于刀具在导向套内 既旋转又移动，导套与刀具磨损较快，不利于持久保持精度。 个别情况下，在导向套防屑情况好，冷却充分（强冷冲屑） 也可以高些，但还是不能超过2425m/min，否则易“咬 死”。 在镗孔时，因为切削速度高，就不能用“固定式导 向”，而要采用“旋转式导向”。即用“内流式导向”或 “外流式导向”。 b、正确地选择导向结构： “内滚式导向”的镗杆其轴承型式和精度也有不同，至于 选择什么型式的结构，要具体分析。 “外滚式导向”的导向装置，其轴承型式和精度也不同， 至于选择什么型式的结构，要具体分析。 c、确定导向装置的数量： 导向数量的多少要根据工件的形状、刀具的刚性及工

16、作 情况而定。 通常在钻、扩、铰单层壁上的孔；悬伸不大的镗杆， 采用一个导向。 加工多层壁上的同心孔系时，如加工气缸体的曲轴孔、 凸轮轴孔时，如果缸体为四缸，总长不长（500mm左右） 就可用前后两个导向；如果是6缸，总长在800mm以上，视 情况可在中间再增加一个导向。 d、选择导向的参数：、选择导向的参数： 导向长度L1；导向至工件端面的距离L2的选择： 钻、扩孔：L1=（24）d d刀具直径 小直径取大值，大直径取小值；双导向时，前导向可 比后导向短些； L2=（11.5）d d刀具直径 铰孔：单导向 L1=（24）d 双导向 L1=（12）d 小直径取大值，大直径取小值；双导向时，前导

17、向可 比后导向短些。 “内滚式”导向： L1=（23）d1 d1导向孔直 径 L2=2050mm （4）浮动卡头及接杆的选择 为了提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴摆差对加工 精度的影响，在采用长导向（内滚式）或多个导向（外滚 式）时，镗杆和主轴的连接多采用浮动连接，即用浮动卡 头的连接。 浮动卡头分为两大类：大浮动量的和小浮动量的。而每一 类又有几个型号，有通用部件可以选用。 对于钻、扩、铰孔通常采用接杆（延伸轴）。 选用接杆时应尽量避免选用直径为15mm的主轴用接杆。 只有在不得已时才采用。接杆也只是通用件也有标准可查 选。 （5）切削用量的选择： 在绘制加工示意图时，要写出每个刀具的切

18、削用量， 而切削用量（各种加工）都有表格参阅。 只要注意： a、有些刀具由于刀片的不断更新，切削参数都有很大 的变化； b、注意每一个主轴箱上的各种孔的切削用量都有不同， 只有一点是相同的，那就是每分钟的进给量Sm是一致的。 （6）每个动力头的工作循环和它的行程的确定 a、工作进给长度的确定： 第工作进给：钻、扩、铰、镗孔、攻丝。 第工作进给：当上述工序完成之后，又遇到锪平面、倒大角等，则采用 工作进给。 工作进给的长度=切入长度+加工部位长度+切出长度。 动力头工作进给的长度是由长度最大的孔来确定的。 切出长度的确定 工艺方法 钻孔 扩孔 铰孔 镗孔 切出长度 1/3d+（38） 1015

19、1015 510 d为刀具直径。刀具出口平面为已加工面 取小值，反之取大值。 b、快速进给长度的确定 快速进给是动力头把刀具送到工作进给的位置，其长 度应按具体工作情况来分析。 例如：加工多层壁上的孔，先快速引进，然后工进切第一 层孔，再快速引进至第二层孔的切入位置。 c、快速退回长度的确定 快速退回长度=快速引进长度+工作进给长度 一般在固定式夹具上时，退回的刀具退入导向装置内， 不影响装工件就可以了。 如果在回转夹具上时，退回行程必须把刀具、轮架、 钻模板以及定位销都退到夹具回转可能碰到的范围之外。 d、动力头总行程的确定： 动力头的总行程除了满足工作循环所需的长度 外，还要考虑装卸和调整

20、刀具的方便性。装卸刀 具的理想情况是：刀具退离导向套外端的距离， 要大于杆插入主轴孔（浮动接头孔）内的长度。 动力头工作循环中的一些特殊要求： 死档铁停留： 在加工端面或止口时，为控制深度尺寸及保证加工精 度，须采用死档铁停留。 其方法有二： 一种是用压力继电器控制，多用于加工精度要求不高 的端面和倒角； 一种是用压力继电器和时间继电器联合控制，用于加 工精度要求较高的端面。 中间停留： 当加工至某一位置时须要中间停留，在进行其它加工 或动作，需要注明，以便采取相应机构配以电气来实现。 危险区： 当从两边通孔或加工十字交叉孔时，则有刀具相碰撞的 问题，在组合机床上称之为“危险区”。遇到这种情况

21、， 两个动力头开始同时加工，快进入危险区时，一个动力头 停止进给，另一个动力头加工完退回原处，这个动力头再 继续加工，直至打通后退回原位。 退离线： 加工深孔时，为了排屑要分级进给。为了减少 动力头快速引进及退回的时间损失，中间退回不退 至原位，而选取一个接近与第一次转入工作进给的 位置作为退离线。 带有钻孔和攻丝主轴箱的动力头行程的确定 当攻丝和钻孔工序在同一个主轴箱上进行时， 要注意攻丝循环和钻孔循环保持一定的关系。即在 计算其循环时，应使攻丝循环（攻丝和退回）提前 完成后，动力头才退回。 （7）其他注意的问题 a、加工示意图上应有足够的联系尺寸，并标注恰当； （主轴端部尺寸、刀具结构尺寸

22、、导向尺寸、工件至夹具 之间的尺寸、托架与夹具间的尺寸、工件本身尺寸、加工 部位尺寸等） b、应有足够的说明； （被加工图号、材料、硬度、加工余量、工件是否有让 刀动作、是否要冷却） c、加工 部位示意图； （工件形状、加工孔的位置，并标注孔号（与主轴编号 一致） d、相邻两孔中心距小的主轴，必须在加工示意图中按比例 画在一起，以便检查主轴、接杆、导向、浮动卡头等是否 相碰撞； f、加工示意图按加工终了状态绘制。 三、机床总体设计 （一）选用合适的动力部件： 1、依据机床方案与配置中初定的动力部件选用： a、滑台（机械、液压、数控）的种类、型号； b、主轴箱尺寸（系列化了）；与其相配的动力箱（系列 化了）（TD系列、1TD系列） c、铣削头（TX系列、1TX系列、SFER系列）铣削工作台 （XG系列、1XG系列） d、镗削头（TA系列、1TA系列、DSS系列） e、镗车头（TC系列、1TC系列、DSS系列） （一般来说，如果铣削头用4#；铣削工作台大一号用5#） 2、按初定的动力部件配置进行动力计算。如合适，就要 按1进行；如不合适应适当修改。 3、按滑台的型号（大小、形成）选择相应的支承