1、前言在装备制造业中，组合机床是必不可少的加工设备，以其生产效率高，设计制造周期短，应用范围广，操作简单等优点，在机械加工中得到广泛的应用。随着科技事业的发展与进步，尤其是组合机床通用部件的标准化，组合机床越来越发挥出其巨大的潜力，因此在我国组合机床的的产量迅速增长，质量不断提高，新产品逐渐的涌现。本组合机床的设计是针对齿轮泵泵盖所要加工的4个钻孔进行的。调研地点是阜新液压件厂。由于该厂采用立式钻床对4个孔逐个加工，这样保证不了孔的位置精度，且生产率很低，因此采用专用的夹具对其进行加工。我采用的夹具为一面两销定位方式一面即耳座面，定位三个方向的自由度。两销之一是耳座面后的凸台，另一个是形销，两销
2、亦定位三个方向的自由度，这样一共定位了六个方向的自由度。采用这样的组合机床进行加工，生产率会得到很好的保证且加工精度有了很大的提高。11组合机床概述组合机床概述及发展组合机床概述组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此。组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动化生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时
3、，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与零件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。112组合机床的发展2二十世纪70年代以来，随着可转位刀具、密齿铣刀、镗孔尺寸自动检测和刀具自动补偿技术的发展，组合机床的加工精度也有所提高。铣削平面的平面度可达005毫米1000毫米，表面粗糙度可低达25063微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达003002微米。专用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部
4、件因重复使用，逐步发展成为通用部件，因而产生了组合机床。最早的组合机床是1911年在美国制成的，用于加工汽车零件。初期，各机床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用和维修，1953年美国福特汽车公司和通用汽车公司与美国机床制造厂协商，确定了组合机床通用部件标准化的原则，即严格规定各部件间的联系尺寸，但对部件结构未作规定。12组合机床的特点121组合机床的特点1）组合机床上的通用部件和标准零件约占全部机床零部件总量的7080，因此设计和制造的周期短，投资少，经济效果好；2）由于组合机床采用多刀加工，并且自动化程度高，因而比通用机床生产效率高，产品质量稳定
5、，劳动强度低；3）组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂成批制造，因此结构稳定工作可靠，使用和维修方便；4）在组合机床的通用上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高；5）当被加工产品更新时，采用其他类型的专用机床时，其大部分部件要报废。用组合机床时，其通用部件和标准零件可以重复利用，不必另行设计和制造；6）组合机床易于联成组合机床生产线，以适应大规模的生产需要。13组合机床的工艺范围和发展方向131组合机床的工业范围组合机床最常用的形式就是加工平行孔系。除此之外还可完成铣平面、刮平面、车端面、钻孔、扩孔、镗
6、孔、铰孔、攻丝、倒角、锪窝、钻深孔、切槽等。随着综合自动化技术的发展，组合机床可完成的工艺范围也在不断扩大，除了上述工艺外，还可以完成车外圆、车锥面、车弧面、切削内外螺纹、滚压孔、拉削内外圆柱面、磨削、抛光、甚至还可以进行冲压、焊接、热处理、装配、自动测量和检查等。132组合机床的发展方向1）提高组合机床的加工精度A提高工件加工精度的因素提高测量仪器的精度等级，提高机床的精度等级，降低工件的装夹斜量，降低工件的定位与找正误差，降低温度差引起的热变形量，降低设备刻度尺误差值，降低工艺系统由于自激振动与受压迫振动产生的加工误差等。B采用新的设计结构提高工件加工精度采用超精密级滚动轴承，液体静压轴承
7、，液体动压轴承，气压轴承和磁浮轴承等。C采用新工艺以提高工件加工精度采用带有镗刀磨损补偿装置的镗削头，在加工进行中可以自动测量，自动调整刀具位移，以提高加工精度。2）提高组合机床的柔性化程度A柔性制造系统的优点柔性生产系统适应企业多品种，小批量生产要求；柔性化生产有利于提高产品质量可以大大提高组合机床的经济效益；缩短产品的制造周期，企业能迅速适应市场需求变化。B组合机床柔性化的途径组合机床柔性化是指机床的主要部件柔性化，机床进给系统通过数控滑块实现柔性化。机床主运动系统实现柔性化的方法有自动换箱式组合机床；自动换刀式组合机床；手动换箱式组合机床2组合机床的通用部件21通用部件简介211通用部件
8、的分类1）动力部件是为组合机床提供主运动和进给运动的部件。动力部件是通用部件中最基本的部件。第一种动力部件是传递切削主运动的部件，包括动力箱和完成各种专能工艺的切削头，如铣削头、镗削头、钻削头、镗孔车端面头等。第二种是传递进给运动的部件，包括液压滑台和机械滑台。第三种是转塔动力部件，包括多轴转塔头和单轴转塔头。2）输送部件是用以输送工件或主轴箱至加工工位的部件，主要有分度回转工作台、环形分度回转工作台、分度鼓轮和往复移动工作台等。主要是将工件由一个工位输送到另一个工位得部件，常用作夹具和工件的移动或转位。3）支承部件是用以安装动力滑台、带有进给机构的切削头或夹具等的部件，有侧底座、中间底座、支
9、架、可调支架、立柱和立柱底座等。支承部件是组合机床的基础部件，组合机床的其他部件都安装在支承部件上。组合机床各部件之间的相对位置精度，机床的刚度等主要靠支承部件保证。4）控制部件是用以控制机床的自动工作循环的部件，有液压站、电气柜和操纵台等。辅助部件有润滑装置、冷却装置和排屑装置等。控制组合机床按规定程序运动的一些部件，包括液压元件，电气挡铁及操纵台等。5）除上述以外的其他部件，例如冷却与润滑装置、气动或液压夹具装置和机械搬手等。为了使组合机床能在中小批量生产中得到应用，往往需要应用成组技术，把结构和工艺相似的零件集中在一台组合机床上加工，以提高机床的利用率。这类机床常见的有两种，可换主轴箱式
10、组合机床和转塔式组合机床。22动力滑台及动力箱221动力滑台概述滑台与滑座配套组成一个独立的动力部件动力滑台。滑台在滑座导轨上移动，实现机床的进给运动。滑台上可以安装各种专用的单轴工艺切削头或安装动力箱和主轴箱。图所示为利用动力滑台进行加工的工序，其中有钻、扩、铰、镗孔、倒角、刮端面、铣削、攻丝。若安装分级进给机构可以进行深孔加工，安装转塔头可以组合成转塔式动力头。此外，滑台还可以用作夹具和工件的输送部件。滑台的主要参数规定为台面宽度尺寸。组合机床各种通用部件的品种，规格及其配套关系也以滑台宽度尺寸为标准，其理由是直接反应在滑台上安装工艺切削头的能力，间接反映铣刀最大直径等。在安装主轴箱时，可
11、以反映出被加工零件加工位置的分布面积等。滑台台面宽度是一个主要结合尺寸，结合面尺寸的标准化能使组合机床整个部件外型协调。滑台台面宽度作为通用部件配套标准，使机床受力合理，提高组合机床的刚度。1）HY系列液压动力滑台液压滑台是由滑台，滑座和油缸三部分组成。油缸固定在滑座上，活塞杆则固定在滑台下面。当压力油进入油缸的后腔或前腔时，便可实现滑台沿滑座的导轨向前或向后移动。控制滑台各种运动的液压系统装置，则可根据滑台动作程序另外配置。液压滑台可实现的典型自动工作循环。这些自动工作循环的油路系统已有标准设计，可以成套购买，以满足工艺需要。滑座与滑台配制矩形导轨用于精加工，如无导向装置的精镗孔，镗孔车端面
12、工序等。滑座与滑台配置双矩形导轨，用于粗加工，如钻孔、铣削及带有镗模的浮动主轴镗孔工序等。液压滑台即可用与配置卧式机床又可配置立式机床。当液压滑台用于配置立式或倾斜式机床时，为了使滑台在滑座上移动轻便和防止滑台下滑需要配置平衡重锤。2）液压滑台的液压系统滑台实现两次进给工作循环的液压系统。在液压系统中采用变量叶片泵供油，进口节流调速，各液压元件按集成块式联接装置，即在油路系统中，将各元件按其作用，分别组成若干个实现一定功能的环节，每个环节组成一个集成块，再将这些集成块装在一起组成一个完整的油路装置。整个油路系统在电器及固定在滑台上的行程挡铁配合下，完成所需要的工作循环滑台快进一次工进二次工进停
13、留快退原位停止。下一工件重新安装后，经发令，重复上述自动循环。3）液压滑台的技术性能台面宽320毫米以下的滑台，可以安装分级进给装置，用以进行深孔加工。根据经验规定一般麻花钻头在钢件上钻孔深度超过其直径的6倍，在铸铁上钻孔深为其直径的1015倍，应作为深孔加工。由于加工深孔排屑困难，切削易阻塞在孔内使钻头折断，因此，深孔加工过程中，要求刀具加工到一定深度便退出工件之外排屑和冷却，然后再行切入。分级进给机构已有标准部件，可根据工艺需要选择。222动力箱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运动，用以组成带导
14、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形式，即齿轮传动的动力箱和联轴节传动的动力箱。图为齿轮传动的动力箱，其机构比较简单，运动从电动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。动力箱与主轴箱结合面的宽度以及动力箱的长度为同参数滑台宽度尺寸的125倍。其优点是1）通过联轴节传动可以吸收振动，使传动平衡；2）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。23组合机床的支承部件3231概述组合机床支承部件包括中间底座、侧底座、立柱、立柱底座、支承架及垫块等。支承部件主要用来安装动力部件及其
15、他工作部件，是组合机床的基础部件。支承部件应由足够的刚度，以保证各部件之间相对位置精度长期正确，从而保证组合机床的加工精度。232ICC系列滑台侧底座本系列滑台侧底座用于HY系列液压滑台及各种机械滑台，侧底座长度按滑台行程长度分型并与其配套。滑座安装在侧底座上，侧底座与中间底座用螺钉及销连结成一体。滑座也底座之间装有5MM厚的垫圈，采用调整垫对机床的制造和维修都方便，因此防滑座导轨磨损后，或重新组装机床时，只须取下滑座将导轨面重新修刮或修磨，再重新更换调整垫厚度，可使机床达到应有的精度。侧底座的顶面除具有与滑座结合的平面外，在其周围有收集冷却液或润滑油用的沟槽，用管道将油液引回储存槽中，侧底座
16、的另一侧面有电器盒，以供安装电器元件，一般电器盒与冷却液储存槽不应接近，以防电器元件潮湿。为了便于安装支承部件及整台机床运输，侧底座应有起吊孔。233ICD系列立柱侧底座本系列立柱侧底座用于安装ICL立柱及ICLB立柱，根据组合机床总体联系尺寸的需要，立柱可以在立柱侧底座上平面前，后方向作任何位置上的安装。根据组合机床调整，维修和更新的要求，在立柱与立柱侧底座之间增加5MM调整垫块，在主侧底座与中间底座之间的连接定位有键定位和锥销定位两种。234中间底座中间底座是用于安装输送部件和夹具等的支承部件。它可以与侧底座，支架和立柱等相连接；中间底座在配置组合机床时，往往不能用一种系列满足不同使用要求
17、，因此中间底座无标准化系列，尚须根据具体情况设计专用的中间底座；中间底座分为安装固定夹具和安装分度回转工作台的两种类型。3零件工艺特性分析31产品简介1）阜新液压件厂生产的CBFF10042齿轮泵泵盖为本设计的被加工零件。泵盖的毛坯总类为铸件，材料为铸造铝合金。2）毛坯的A面及耳座面都是待加工面，加工后可作为定位面。A面与耳座面之间以筋连接。筋均已铸出。零件图中孔径分为52H8，45，345，365的阶梯通孔加工前毛坯均已铸出。孔径分别为31，345，365H7的阶梯孔也已铸出。而图中其它大小，深浅不一的孔均不是铸出。而是在以后的机加工过程中逐一加工出来。3）泵盖A面两端均为半径R64半圆面，
18、中间由宽128的矩形面连接，A面到筋的厚度为14，其上有413的透孔，212销孔，两个孔径分别为10，158，16H7的阶梯孔，耳座面上有2175的螺栓孔，每个螺栓孔上都有32的螺栓沉头孔，耳座面上还有一个125F8厚为7的凸台。其上有一个大的阶梯通孔，耳座面两端为梯形面，上下为圆弧行面，边角连接处由R15的圆弧连接。4）位于A面上的413透孔，孔深14是螺钉连接孔。它们由螺栓和泵体上的攻丝孔进行连接，使泵盖与泵体成为一体。因而这些孔的孔径精度要求并不太高，只是它们的位置精度要求较高。另外413孔的表面粗糙度要求达到RA63，在设计中主要保证这两点。32生产特点分析阜新液压件厂采用立式钻床Z5
19、35来完成对413孔的加工，单个钻头逐个加工。这样明显效率太低，且工人工作量大，劳动强度高，被加工孔的位置精度也不高。现在泵的社会需求量增加，泵盖由原来的小批量生产改为大批量生产。工人每天生产泵盖的数量加大。如果用原来的设备生产不能和大批量生产相适应，而且产品合格率也得不到保证。因此必须进行专机设计才能保证大批量生产的顺利进行。4组合机床总体设计41组合机床方案的制定3411影响组合机床方案制定的主要因素1）被加工零件的加工精度和加工工序零件在机床上所完成的加工工序及应保证的加工精度，是制定机床方案的主要依据。在设计机床的过程中应重要考虑。2）被加工零件特点被加工零件特点主要指零件的材料、硬度
20、、加工部位的结构形状、零件刚性、定位基准面的特点等。他们对机床工艺方案的制定有着重要的影响。此外还必须重视被加工零件在组合机床加工之前所完成的工序及毛坯或半成品的质量。被加工零件的特点很大程度上决定了机床形式。3）被加工零件的生产批量零件的生产批量是决定采用单工位、多工位或自动线，还是按中小批生产。这些特点是设计组合机床的重要因素。4）机床使用条件A车间布置情况车间内零件输送轨道的高度将直接影响机床装料高度。B工艺间的联系工件到组合机床加工之前，其毛坯或半成品必须达到一定要求，否则会造成工件在机床夹具上定位和夹紧不可靠，或造成刀具的损坏，此外还可使废品率显著上升。C使用厂的技术和自然条件根据使
21、用厂的现场情况，由于各车间生产制造各式刀具的复杂度不同，以及车间的温度等因素选定适合的机床。412制定工艺方案应考虑的问题41）制定工艺方案应考虑的问题A确定工艺方案的原则；B粗、精加工工序的合理安排；C工序集中与分散的处理；D其他问题。2）组合机床常用工艺方法能达到的精度及表面粗糙度当加工孔径在40MM以下，钻孔的尺寸精度可达IT10IT11，表面粗糙度RA63125MM3）定位基准及夹紧点的选择A选择定位基准的原则和应注意的问题应尽量选择零件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的误差，保证加工精度。选择定位基准应确保工件定位稳定。统一基面原则，即在各台机床上采取共同的定
22、位基面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。当被加工零件不具备理想的定位基准时，或工件刚性不足时，为防止工件的变形，振动而影响精度，可在机床上设置辅助支撑。B确定夹紧位置应注意的问题要保证零件夹紧后定位稳定。尽量减少和避免零件夹压后的变形，消除其对加工精度的影响。413确定机床配置型式及结构方案51）不同配置型式组合机床的特点及适应性A单工位组合机床其结构相对简单，定位可靠，加工精度高。特别适用于大、中型箱体类零件的加工。B多工位组合机床该型式能在不同工位上利用多刀对工件进行顺序加工或平行加工，从而提高了工序集中程度，提高生产率。特别适用于中、小零件加工。2）不同配置型式组
23、合机床的加工精度A固定式夹具单工位组合机床的加工精度采用该配置型式，其钻孔位置精度可达02MM，此外如果严格要求机床主轴和夹具导向的同轴度，减少刀具与导向间隙，可达015MM。B移动式夹具多工位组合机床的加工精度由于多工位机床上存在转位、定位误差，其精度一般比固定式夹具单工位组合机床低。3）其他问题A在确定机床配置型式结构方案时，要合理解决工序集中程度问题；B要注意排屑和操作使用方便性；C选择机床配置型式要考虑夹具结构实现的可能性及工作可靠性；D组合机床主要用于批量较大的生产。42确定切削用量及选择刀具421选择切削用量1）组合机床切削用量选择的特点A组合机床所选切削用量，根据经验应比一般万能
24、机床单刀加工低30左右；B组合机床多轴箱上所有刀具共用一个进给系统，工作时要求所有刀具的每分钟进给量相同，且等于进给系统的每分钟进给量。即VFN1F1N2F2NIFI41式中VF滑台每分进给量MM/MINN1N2NI各主轴转速MMRF1F2FI各主轴进给量MMMIN2）确定切削用量应注意的问题A尽量做到合理利用所有刀具，充分发挥其性能；B复合刀具切削用量的选择，应考虑刀具的使用寿命；C选择切削用量时，应注意零件生产批量的影响；D在确定镗孔切削速度时应有利于多轴箱的设计；E选择切削用量时，还必须考虑所选动力滑台的性能。3）组合机床切削用量的选择工件的切削用量参见表41表41加工铝及铝合金的切削用
25、量TABLET41PROCESSTHESLICINGOFALUMINUMANDALUMINUMMETALALLOYTHECHOPTOUSETHEDEAL加工直径D/MM切削速度V/MMIN1纯铝3882525502050003020060501508每转进给量S转MM/转铝合金（长切削）0050250106021铝合金（短切削）00301005015008036确定切削力、切削扭矩、切削功率及刀具耐用度切削力P26DF08HB0642切削扭矩M10D19F08HB0643切削功率NMV9740D44刀具耐用度9600D025TVF055H式中P切削轴向力（牛）D钻头直径（毫米）F每转进给量（毫
26、米/转）M切削扭矩（牛毫米）N切削功率（千瓦）T刀具耐用度（分）V切削速度（米/分）HB零件的布氏硬度值根据刀具直径和工件，刀具材料，由表41选取V公称28米/分F010毫米/转孔深L14毫米因为V1000314ND所以N1000V683R/MINDVF28MM/MIN计算硬度HB10010963切削力P26DF08HB06261301008120061020N切削扭矩M10D19F08HB06101319010081200642184NMM切削功率N4218428MV0345KW9740D974031413刀具耐用度9600D025960013025T280100551201337531MI
27、N422选择刀具结构根据工艺要求及加工精度的不同，组合机床所采用的刀具主要有简单刀具（标准刀具）、复合刀具及特种刀具。选择刀具应注意的事项1）只要条件允许，为使工件可靠，结构简单，刃磨容易，应尽量选择标准刀具；2）为提高工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表面的复合刀具；3）选择刀具结构时，还必须认真分析被加工零件材料的特点；4）在组合机床上，为了某种特殊目的，需选用和设计特殊刀具时，可参见组合机床设计的有关资料。刀具选择的最基本原则是只要满足条件，都应选择标准刀具。按此原则，本设计选用标准锥柄长麻花钻。图41标准锥柄长麻花钻FIG41STANDARDTAPERT
28、HEHANDLEGROWTHEFIBREFLOWERTODRILL43三图一卡12431被加工零件工序图1）被加工零件工序图的作用及内容被加工零件工序图，是根据选定的工艺方案表示一台组合机床或自动线完成的工艺内容、加工尺寸、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、重量和在本工序加工前毛坯或半成品情况的图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检测和调整机床的重要技术文件，图中包括A被加工零件的形状和轮廓尺寸基于本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸；B加工定位基准、夹压部位及夹压方向；C本道工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度及技术
29、要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求；D必要的文字说明。2）绘制被加工零件工序图的注意事项A按一定比例，选取足够视图及剖视，为了使被加工零件工序图清晰明了，一定要突出该机床的加工内容；B加工部位的位置尺寸应由定位基准注起。零件轮廓及机床，夹具设计有关部分用粗实线表示清楚；C应注明零件加工对机床提出的某些特殊要求。本设计是加工CBFF10042齿轮泵的泵盖，其材料是铸造铝合金ZLG01,硬度为HB90HB120，加工部位要求为413，表面粗糙度为RA16M。具体工序图图42被加工零件工序图FIG42WEREPROCESSEDTHESPAREPARTSWORKPREFACETHEDIAGRAM
30、432加工示意图1）加工示意图的作用和内容加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置情况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主要图纸之一，在总体设计中占重要地位。它是刀具、辅具、夹具、主轴、液压电器装置设计及通用部件选用的主要原始资料，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、刀具及试车的依据。其内容为A必须反映机床的加工方法、加工条件及加工过程；B根据加工部位特点及加工要求合理选用刀具类型、数量、结构、尺寸（直径和长度），包括镗削加工时决定镗杆的直径与长度；C决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度；D确定机床动力部件的工作循环及工作行程；E根据机床要求的生产率及刀具，材料特点等，合理的确定并标注各主轴的切削用量；1593F标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件间的联系尺寸、配合及精度。
