2022年组合机床的总体设计知识 .pdf

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1、组合机床的总体设计组合机床总体设计内容和步骤与普通机床相同，但由于组合机床只加工一种或数种工件的特定工序， 工艺范围窄，主要技术参数已知； 且工艺方案一旦确定，也就确定了结构布局； 因而总体设计的侧重点不同， 主要是通过工件分析等掌握机床设计的依据， 画出详细的加工零件工序图； 通过工艺分析， 画出加工示意图；然后今昔功能总体布局，画出机床尺寸联系图。一、制订工艺方案1、选择合适，可靠的工艺方法2、粗、精加工要合理安排3、工序集中的原则4、定位基准及夹紧点的选用原则此步骤已经完成。二、确定组合机床的配置形式和结构方案通常，在确定工艺方案的同时， 也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。但

2、是还要考虑下列因素的影响。1. 加工精度的影响工件的加工精度要求， 往往影响组合机床的配置形式和结构方案。例如，加工精度要求高时， 应采用固定夹具的单工位组合机床，加工精度要求较低时， 可采用移动夹具的多工位组合机床；工位各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔间同轴度要求较高时，应单独进行精加工等等。本次加工的零件各孔间的位置精度要求较高，所以采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法。2. 工件结构状况的影响工件的形状、 大小和加工部位的结构特点， 对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对于外形尺寸和重量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床，对多工序

3、的中小型零件， 则宜采用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等等。本次加工的零件外形尺寸和重量较大，采用固定夹具的单工位组合机床，因为要加工深 120mm的孔，所以采用立式的组合钻床。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 13 页 - - - - - - - - - 3. 生产率的影响生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。 例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不

4、了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。4. 现场条件的影响使用组合机床的现场条件对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如，是使用单位的气候炎热， 车间温度过高， 使用液压传动机床不够稳定，则宜采用机械传动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将影响组合机床的结构方案。三、 “三图一卡”的编制被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表明零件形状、 尺寸、硬度、以及在所设计的组合机床上完成的工艺内容和所采用的定位基准、夹压点的图纸。它是组合机床设计的主要依据，也是制造、验收和调整机床的重要技术条件。1. 在被加工零件工序图上应标注的内容1）加工

5、零件的形状、主要轮廓尺寸和本机床要加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、 行位精度等技术要求， 以及对上道工序的技术要求等。行位精度等技术要求，以及对上道工序的技术要求等。2）本工序所选定的定位基准、夹紧部位及夹紧方向。3）加工时如需要中间向导，应表示出工件与中间向导间有关部位结构和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具之间是否相互干涉。4）被加工零件的名称、编号、材料、硬度及被加工部位的加工余量等。2. 绘制被加工零件工序图的一些规定1）本工序的加工部位用粗实线绘制，其余部位用细实线绘制。定位基准、夹紧部位、 夹紧方向等需用符号表示； 本道工序保证的尺寸、 角度等，均在尺寸下用横线标出。2）加工部位的位

6、置尺寸应由定位基准算起。但有时也可将工件某一主要孔的位置尺寸从定位基准算起， 其余各孔的位置尺寸再从该孔算起。当定位基准与设计基准不重合时， 要进行换算。 位置尺寸的公差不对称时， 要换算成对称公差尺寸。3）注明零件对机床加工提出的某些特殊要求，如对精镗孔机床应注明是否名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 13 页 - - - - - - - - - 允许留有退刀痕迹。4）对简单的零件，可直接在零件图上作必要的说明，而不必另行绘制被加工零件工序图。设计加工零件的

7、 14 个紧固孔， 14 个孔的孔径都为 18mm，以底面为第一基准面，前侧为第二基准面， 右端面为第三基准面， 在后侧施以夹紧力， 固定零件。加工时以孔 1 的位置为基准，其余各孔再从该孔算起。换算如下：孔 2：根据封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和；其下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和。（二）加工示意图加工示意图是被加工零件工艺方案在图样上的反映，表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具的布置以及工件、夹具、刀具的相对位置关系，机床的工作行程及工作循环等，是刀具、夹具、多轴箱、电气和液压系统设计选择动力部件的主要依据， 是整台组合机床布局形式的

8、原始要求，也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 13 页 - - - - - - - - - 1. 在加工示意图上应标注的内容1）机床的加工方法，切削用量，工作循环和工作行程。2）工件、夹具、刀具以及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。如工件端至多轴箱端面之间的距离，刀具刀尖至多轴箱端面之间的距离等。3）主轴的结构类型、尺寸及外伸长度；刀具类型、数量和结构尺寸；接杆、浮动卡头、导向装置、攻螺纹靠模装置的结构尺寸；刀具与导向装

9、置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。刀具应按加工终了位置绘制。2. 绘制加工示意图之前的有关计算加工示意图绘制之前，应进行刀具、导向装置的选择以及切削用量、转矩、进给力、功率和有关联系尺寸的计算。1）刀具的选择选择刀具， 应考虑工艺要求与加工尺寸精度、工件材质、 表面粗糙度及生产率的要求。 只要条件允许， 应尽量选用标准刀具。 为了提高工序集中程度或满足精度要求，可以采用复合刀具。 孔加工刀具的长度应保证加工终了时刀具螺旋槽尾端与导向套之间有3050mm 的距离，以便于排出切屑和刀具磨损后有一定的向前调整量。 刀具锥柄插入接杆孔内的长度，在绘制加工示意图时应注意从刀具总长中减去。2）导向

10、套的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靠刀具的导向装置来保证。因此，正确选择导向装置的类型，合理确定其尺寸、精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时必须要解决的问题。导向装置有两大类， 即固定式导向和旋转式导向。 在加工孔径不大于 40mm或摩擦表面的线速度小于20m/mm 时， 一般采用固定式导向， 刀具或刀杆的导向部分，在导向套内即转动又作轴向移动。固定导向装置一般由中间套、 可换导套和压套螺钉组成。 中间套的作用是在可换导套磨损后，可较为方便的更换， 不会破坏钻模体上的孔的精度。 加工孔径较大或线速度大于20m/mm 时，一般采用旋转式

11、导向装置。旋转式导向装置将旋转副和直线移动（导向）副分别设置，按旋转副和直线副的相对位置分为内滚式和外滚式导向两种；滚动轴承安装在刀杆上的旋转导向装置为内滚式导向， 中间导向套只作直线移动， 导向长度为（23）1d(1d为刀杆直径 )，导向至工件端面的距离为2050mm ，视导向结构而定；滚动轴承内名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 13 页 - - - - - - - - - 圈安装在中间导向套上， 中间导向套不随主轴一起移动的旋转导向为外滚式导向装置，导向

12、长度为（2.5 3.5 ）1d。旋转式导向装置的极限转速由轴承的极限转速和刀具允许的切削速度决定， 导向精度由轴承精度和刀杆、 导向套的精度决定。旋转式导向一般通过滑块联轴器与主轴“浮动”联接。本次加工的 14 个孔的孔径都为18mm，所以都采用固定导向装置。 查表 4-2选择固定导向装置的尺寸如下图：（3）初定切削用量组合机床往往采用多轴、 多刀、多面同时加工， 且组合机床上的刀具要有足够的使用寿命， 以减少频繁换刀。 因此，组合机床切削用量一般比通用机床的单刀加工要低 30以上。同一多轴箱上的刀具由于采用同一滑台实现进给，所以，各刀具（除丝锥外）的每分钟进给量应该相等。因此，应按工作时间最

13、长、负荷最重、刃磨较困难的所谓“限制性刀具”来确定；对于其它刀具，可以在这基础上进行调整其每转进给量，以满足每分钟进给量相同的要求。另外，在多轴箱传动系统设计完毕、传动齿轮齿数确定之后，还要反过来调整初定的切削用量。查组合机床设计表2-7，已知 HT250的 HB=190 240HB ，可得：1018/ minvmm选取15/ m invmm0.180.25/fmmr选取0.20/fmmr（4）确定切削转矩，轴向力和切削功率确定切削转矩、轴向力和切削功率是为了分别确定主轴及其其它传动件尺寸、选择滑台及设计夹具、选择主电动机提供依据。切削转矩、轴向力和切削功率可利用计算图或利用下列公式计算采用高

14、速钻头钻铸铁孔时6.08.026HBDfF6.08.09.110HBfDTDTvP9550式中F轴向切削力（N） ；D钻头直径（mm） ；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 13 页 - - - - - - - - - f每转进给量（rmm /） ；T切削转矩（mmN） ；P切削功率（KW） ；v切削速度（min/m） ；HB材料硬度，HB一般取HB最大值。根据上列公式， 计算出本工序钻孔的轴向力、切削转矩、 切削功率如下表。孔位孔数钻头直径mmD /轴向力N

15、F /切削转矩mmNT /切削功率KWP /11414 钻18 3461 17946 140.5（5）计算主轴直径主轴材料一般为 40Cr 钢。强度条件下 40Cr 钢质主轴的直径为316Td刚度条件计算时主轴直径为4421 0 0 018032TBGTd式中P轴直径（mm） ；T轴所承受的转矩（mmN） ；许用剪应力（MPa） ；40Cr 钢MPa5139，取 45；B系数，当材料的剪切弹性模量MPaG4101.8，刚性主轴mv25.0，316.2B； 非刚性主轴mv5.0，948.1B； 传动轴mv1，638.1B。计算得出：强度条件下mmd67.12；刚度条件下mmd8.26。根据上述条

16、件，查表4-7 选取合适的主轴参数：mmd30，主轴外伸长度为：mmL100，内径为mmHD736，内孔长度为：mml911。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 13 页 - - - - - - - - - （6）选取刀具接杆多轴箱各主轴的外伸长度为一定值，而刀具的长度也是一定值。 因此，为保证多轴箱上的各刀具能同时到达加工终了位置，就需要在主轴与刀具之间设置可调环节。这个可调环节在组合机床上是通过可调整的刀具接杆来解决的。查表 4-8 选取可调接杆尺寸如下：

17、、mmd36，mml903的接杆用于钻孔深为120mm和 50mm 的钻头，标注为：90/1/36B；、mmd36，mml603的的接杆用于钻孔深为25mm的钻头，标注为：60/1/36B。（7）确定加工示意图的联系尺寸加工示意图中最重要的联系尺寸是工件端面到多轴箱端面之间的距离。它等于刀具悬伸长度， 螺母厚度， 主轴外伸长度与接杆伸处长度之和，再减去加工孔深（如加工通孔，还应减去刀具的切出值）。（8）工件进给长度的确定工件进给长度应按加工长度最大的孔来确定。工作进给长度等于刀具的切入值、加工孔深及切出值之和。（9）绘制加工示意图的注意事项1）加工示意图的位置，应按加工终了时的状况绘制，且其方

18、向应与机床的布局相吻合。2）工件的非加工部位用细实线绘制，其余部分一律按机械制图标准绘制。3）同一多轴箱上，结构，尺寸完全相同的主轴，不管数量多少，允许只绘一根，但应在主轴上标注与工件孔号腥对应的轴号。4）主轴间的分布可不按真实的中心距绘制，但加工孔距很近或需设置径向尺寸较大的导向装置时， 则应按比例绘制， 以便检查相邻主轴， 刀具导向装置等是否产生干涉。5）对于标准通用结构，允许只绘外形，标上型号，但对一些专用结构如导向，专用接杆等则应绘出剖视图，并标注尺寸，精度及配合。（三）机床联系尺寸图机床联系尺寸图是用来表示机床的配置形式，机床各部件之间相对位置关系和运动关系的总体布局图。它是进行多轴

19、箱，夹具等专用部件设计的重要依据。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 13 页 - - - - - - - - - 机床联系尺寸图的内容包括机床的布局形式，通用部件的型号， 规格，动力部件的运动尺寸和所用电动机的主要参数，工件与各部件之间的主要联系尺寸，专用部件的轮廓尺寸等等。绘制机床联系尺寸图之前，应进行下列工作及其有关计算。1、选用动力部件选用动力部件主要指选择型号，规格合适的滑台和动力箱（1）滑台的选用通常，根据滑台的驱动方式，所需进给力，进给速度，最大

20、行程程度和加工精度等因素来选用合适的滑台。1）驱动方式的确定根据对液压滑台和机械滑台的性能特点比较，结合具体的加工要求、 使用条件确定驱动方式。在此选择机械滑台。2）确定轴向进给力滑台所需进给力可按下列计算iFF进式中iF各主轴加工时所产生的轴向力N。14346148454iFFN进由于滑台工作时， 除了克服各主轴的轴向力外， 还要克服滑台移动时所产生的摩檫阻力，因而，所选滑台的最大进给力应大于F进。3）确定进给速度机械滑台的工作进给速度是分等级的，由交换齿轮的配换来决定。4）确定滑台行程滑台的行程除保证足够的工作行程外，还应留有前备量和后备量。 前备量的作用是使动力部件有一定的向前移动的余地

21、，以弥补机床的制造误差以及刀具磨损后能向前调整，前备量一般大于1020mm 。后备量的作用是使动力部件有一定的向后移动的余地，以方便的装卸刀具，后备量一般不小于4050mm ，或不少于刀具尾柄插入刀具接杆锥孔内的长度。根据以上原则选取前备量为40mm; 后备量为 130mm 。滑台的总行程应大于工作行程、前备量和后备量的总和。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 13 页 - - - - - - - - - 40200130370LLLLmm后前工 作选取滑台的

22、总行程为400mm 。5）精度的选择“1 字头”系列滑台分为普通、精密和高精密三种精度等级，根据加工精度要求，选用不同精度等级的滑台。在此选用普通等级的滑台。（2）动力箱的选用动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选用。多轴箱所需的电动机的功率为PPPP切附主空多轴箱传动设计之前，P空无法确定时，则P主可由下式估算：PP切主式中多轴箱传动效率，加工黑色金属时0 . 8 0 . 9，有色金属时0.7 0.8； 主轴数多，传动复杂时取小值，反之取大值。因为主轴箱的传动设计还没有进行，按照下式进行估算：140.57.780.9PPK W切主（0.9）动力箱的电动机功率应大于计算值，并结合各主轴要求的

23、转速大小，合理的选定动力箱的电动机功率和形式。据此，选用电动机型号为Y160M-4的 1TD50型动 力箱 ，电 动机 功率 为11 K W， 电 动机 转 速 为1 4 6 0/ m i nr，输 出轴转 速 为7 3 0/ m i nr。2、确定装料高度装料高度指安装基面至机床底面尺寸的基本依据。组合机床标准中， 推荐装料高度为 1060mm，但根据具体情况，如车间运送工件的滚道高度、多轴箱最低主轴高度等因素，在8501060mm 范围内选取。在此选择标准高度1060mm 。3、确定夹具轮廓尺寸工件的尺寸和形状是确定夹具底座尺寸的基本依据。确定夹具底座尺寸时应考虑工件的定位件， 夹紧机构，

24、 刀杆导向装置的需求空间， 并应满足排屑和安装的需求。夹具体底座高度应依据装料高度，夹具大小和中间底座高度决定，并充分考虑中间底座刚度， 以便于布置定位元件和设置加紧机构，便于排屑为原则。 在此名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 13 页 - - - - - - - - - 取 430mm （由于取中间底座标准高度为630mm） 。零件毛坯的尺寸长为926mm，宽为 370mm，所以初定夹具底座的长为1000mm，宽为 600mm。4、中间底座轮廓尺寸中间底座

25、的轮廓尺寸要满足夹具在其上面连接安装的需求。中间底座长度尺寸根据所选动力部件（滑台，滑座）及配套部件（侧底座）的位置关系确定。同时应考虑多轴箱处于终了位置时，多轴箱与夹具体之间应有适当距离，以便于机床调整，维修；另外中间底座周边应有小于70100mm的排屑或冷却液回流槽。由于是立式机床，其中间底座的尺寸应根据加工零件的尺寸确定。根据GB3668.783 标准，选取中间底座的尺寸确定为：长为 1250mm，宽为 800mm。高度选取 630mm。5、确定多轴箱轮廓尺寸标准中规定：立式配置的为340mm，多轴箱的高度和宽度可按下式计算212Bbb12Hhb式中1b 最边缘 主轴中 心至 多轴箱 外

26、壁之 间的距 离cm，一般取7 0 1 0 0bm m；2bh分别为工件在高度和宽度方向上相距最远的两加工孔中心距mm；根据上式，计算如下：212838280998Bbbmm12315280475Hhbmm查表 4-11，选取标准为500400BHmmmm的多轴箱。机床联系尺寸图应按加工终了时的位置绘制，并表明动力部件退回到最远处时的位置。当工件上加工部位与工件中心线不对称时，应注明动力部件中心线同夹具中心线间的偏移量。在图上，还应标明动力部件的总行程、工作行程、前备量、后备量以及液压站和电气控制装置等的安装位置。（四）生产率计算卡根据加工示意图所选定的工作循环及切削用量等，就可以计算机床的生

27、产率，并编制生产率计算卡片。生产率计算卡是反映所设计机床的工作循环过程，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 13 页 - - - - - - - - - 动作时间，切削用量，生产率，负荷率等技术文件。通过生产率计算卡，可以分析所拟订的方案是否满足用户对社产率及负荷率的要求。1、机床生产率的计算机床理想生产率是指机床在百分之百的负荷情况下每小时的生产能力。这里指机床的机加工时间T切和辅助时间T辅。机床的理想生产率Q可按下式计算60/QhT单件TTT切辅单式中T

28、单单件工时m in；T切机加工时间m in，包括动力部件工作进给和死挡铁停留时间t停。即fLTt切停1L为刀具的工作进给行程长度mm；f为刀具的工作进给量/ minmm；t停死挡铁停留时间，一般为在动力部件进给停止状态下，刀具旋转 510 转所需时间m in；T辅辅助时间m in，包括快进时间， 快退时间， 工作台移动或转位时间t移，装卸工件时间t装；即34fkLLTtt移辅装3L4L分别为动力部件快进行程长度，快退行程长度mm；fk动力部件的快速移动速度minmm；t移工作台移动或转位时间min；t装装卸工件时间m in；根据上面的公式，已知：140Lmm；5000.2100/ m infv

29、nfmm；100.02 m in500t停；360Lmm；4200Lmm；5000/ m infkvmm；1 m int移；3 m int装。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 13 页 - - - - - - - - - 计算如下：1400.021.42 min100fLTt切停3460200134.052 min5000fkLLTtt移辅装1.424.0525.472 m inTTT切辅单606011.71(/)5.472QhT单件机床负荷率按下式计算1

30、QQ1kAQt式中Q机床的理想生产率h件；1Q机床的实际生产率h件A年生产纲领件；kt 年 工 作 时 间h； 单 班 制 工 作 时1950kth； 两 班 制3900kth； 机床负荷率一般以65%75%为宜。机床复杂时取小值， 反之取大值。根据上述公式计算机床的实际生产率及机床的负荷率如下：已知：2080A件；零件加工是单班制工作，取1950kth。120801.07(/)1950kAQht件11.079.14%11.71QQ填写生产率计算卡如下表：机床生产率计算卡被加工零件图号毛坯种类铸件名称40T 刮板输送机减速箱下箱体毛坯重量170kg 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 -

31、 - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 13 页 - - - - - - - - - 材料HT250 硬度190240HBS 工 序 名 称钻 14 个紧固孔工 序 号序号工 步 名 称工作行程/mm 切速 / (m/min) 进给量/(mm/r) 进 给 量/(mm/min) 工时工进时间辅助时间1 安装工件1.5 2 工件定位、夹紧0.8 3 滑台快进60 5000 0.012 4 滑台工进140 15 0.2 100 1.4 5 死挡铁停留0.02 6 滑台快退200 5000 0.04 7 工件松开0.2 8 卸下工件1.5 备注1、动力箱驱动的主轴，转速为500r/min 2、一个安装加工一个工件3、本机床装卸工件时间取4min 累计1.4 4.072 单件总工时5.472 机床生产率1.07 理论生产率11.71 负荷率9.14% 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 13 页 - - - - - - - - -