组合机床设计.ppt

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1、第四章 组合机床设计,第一节 概述,第二节 组合机床总体设计,第三节 通用多轴箱设计,本 章 讲 授 内 容,第一节 概 述,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。,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、测量、装配、清洗等非切削工序。,何谓组合机床？,功用和运动特点,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。,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

2、线上。,第一节 概 述,夹具3、多轴箱4。,一、组合机床的组成,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。,1.通用部件,2.专用部件,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B250 或 B 250为标志分为：大型或小型组合机床。,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。,1.固定夹具的单工位组合机床,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、双面和多面形式。,第一节 概 述,立式 主轴

3、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。,（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,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。,（2）回转工作台组合

4、机床,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。,第一节 概 述,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。,（3）中央立柱式组合机床,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,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。,（4）鼓轮式组合机床,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。,第一节 概 述,3.转塔式组合机床,机

5、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：,（2）多轴箱作主运动又作进给运动的转塔式组合机床,（1）多轴箱只作主运动的转塔式组合机床,第一节 概 述,三、组合机床的通用部件,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。,1.通用部件分类,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,输送部件 用于带动夹具和工件

6、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。,第一节 概 述,2.通用部件的型号、规格和配套关系,（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，如：动力箱、多轴箱、侧底座、立柱等部件。,（1）动力滑台的主参数 以工作台面宽度B为依据。,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,（3）通用部件的精度等级 普通级、精密级和高精度。,第二节 组合机床总体设计,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

7、卡”设计,第二节 组合机床总体设计,一、制定工艺方案,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。,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、机床配置型式、工艺装备的各种因素。完成如下内容：,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,1.选择合适、可靠的工艺方法,（1

8、）考虑被加工零件的加工精度和加工工序,精度为H7的孔加工，工步数应设为34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）。,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。,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。,第二节 组合机床总体设计,加工精度为H6、Ra0.4m的孔时，机床须采取主轴高速、低进给量（f0.01mm/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。,加工精度为H6H7、直径为80150m

9、m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。,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,同样精度的孔，加工钢件一般比加工铸铁件的工步数多。,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。,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”，保证加工精度。,第二节 组合机床总体设计,中、小批量生产，则力求减少机床台数，尽量将工序

10、集中在一台（多工位）或少数几台机床上加工。,（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。,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。,（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,（2）零件批量不大，如能保证加工质量，粗、精加工

11、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。,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,第二节 组合机床总体设计,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。,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。,箱体零

12、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）,（2）合理考虑工序集中,第二节 组合机床总体设计,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。会影响切削用量的合理选择和多轴箱传动结构的简化。,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,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

13、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,“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。,“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。,可消除工件的6个自由度，工件得到可靠的定位。,“一面两孔”定位基准的优点,第二节 组合机床总体设计,定位销孔为H7精度，两销孔中心距L 尽量大一些，其公差为0.030.06mm（或为工件公差的1/31/5）。,定位平面的平面度允差一般为 0.050.08 mm，表面粗糙度一般为Ra1.63.2 m。,“一面两孔”定位基准的要求,不可选择零件

14、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）,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,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 901200。,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,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。,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。,但有时必须

15、改用其它面作为定位基准，如图：,第二节 组合机床总体设计,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。,第二节 组合机床总体设计,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。,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,尽量减少和避免零件夹压后的

16、变形,（4）确定夹压位置应注意的问题,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。,制定工艺方案,第二节 组合机床总体设计,二、确定组合机床的配置形式和结构方案,1.加工精度的影响,在确定工艺方案的基础上，确定机床的配置形式。影响机床的配置形式的因素有加工精度、工件结构及机床使用条件等。,（1）根据零件加工精度，考虑采用固定夹具的单工位还是移动夹具的多工位组合机床。,（2）根据工件各孔的位置精度高低，考虑是否采用在同一工位上，一次安装对工件各孔同时精加工。,第二节 组合机床总体设计,2.工件结构的影响,（3）箱体孔中心线与水平定位基面平行，且需由一面或几面加工，

17、应采用卧式组合机床。,（4）工件孔深且直径大，且孔中心线与水平定位基面垂直，应采用立式组合机床。,工件结构的影响 指工件的形状、大小和加工部位特点等影响。,（1）外形尺寸和重量较大的工件，一般应采用固定夹具的单工位组合机床。,（2）多工序的中、小型零件，一般应采用移动夹具的多工位组合机床。,第二节 组合机床总体设计,3.机床使用条件的影响,（3）工厂缺乏制造、刃磨复合刀具的能力，制定方案应避免采用复合刀具，考虑增加机床工位以及采用普通刀具分散加工。,（4）炎热地区会影响液压油的性能，使用液压传动滑台可能造成机床进给运动不够稳定，应考虑采用机械传动的滑台进給机床。,（1）车间内零件输送线的高度直

18、接影响机床装料高度。当工件输送穿过机床时，机床应设计成通过式，配置不能超过三面。,（2）生产线的工艺流程方向，机床在车间的安装位置，都会影响机床的配置方案。,确定机床配置,第二节 组合机床总体设计,汽车变速器上盖零件图,T1面：28.5H10 48.5 Ra1.6m T2面：4M81.5螺纹底孔 7孔，Ra1.6m,本工序加工要求,三、“三图一卡”的设计,第二节 组合机床总体设计,1.被加工零件工序图,（1）工序图的作用,被加工零件工序图是组合机床设计的主要依据，也是制造、使用、检验和调整机床的重要技术文件。,工序图：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

19、艺内容和所采用的定位基准、夹紧点的图纸,第二节 组合机床总体设计,1）零件的形状、轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状和尺寸。,如需设置中间导向套，还应表示内部的肋、壁布置和有关的结构形状及尺寸，以检查工件、夹具、刀具是否干涉。,（2）工序图表示的内容,第二节 组合机床总体设计,2）加工所用的定位基准、夹压部位及夹压方向。,3）本工序加工部位尺寸精度、表面粗糙度、形状位置尺寸精度；对前道工序提出的定位基准要求。,4）被加工零件的编号、名称、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。,第二节 组合机床总体设计,（3）工序图的绘制,1）突出本机床加工内容,用足够视图和粗实线突出加工部位。,用细实线

20、表示零件轮廓以及与机床、夹具设计有关的部位。,凡本工序保证的尺寸、角度，应在尺寸数值下画粗实线标记。,用符号表示定位基准、夹压位置及方向、辅助支承。,第二节 组合机床总体设计,2）尺寸标注,加工部位的位置尺寸从定位基准开始标注。,尺寸采用直角坐标系标注。,如定位基准与设计基准不重合，须对加工部位的位置尺寸精度进行分析换算。,第二节 组合机床总体设计,零件图上不对称位置尺寸公差换算成对称尺寸公差时，确定公差值要考虑：能够达到零件要求的精度，用组合机床能够加工出来。,如 零件图中尺寸 应换算为工序图中的尺寸，以便后续确定导向孔与主轴孔的位置坐标尺寸。,第二节 组合机床总体设计,例如：多层壁同轴线等

21、直径孔加工，若要求孔表面不留退刀痕迹，工序图上应注明要求“机床主轴定位，工件让刀”。,3）注明零件加工对机床的特殊要求,工序图结束,第二节 组合机床总体设计,2.加工示意图,加工示意图是刀具、辅具、夹具、多轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料；是组合机床布局和性能的原始要求；是调整机床、刀具及试机的依据。,加工示意图的内容,加工示意图的设计,加工示意图的画法,主要介绍,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。,第二节 组合机床总体设计,（1）加工示意图的内容,1）机床

22、的加工方法、切削用量、工作循环和工作行程。,2）工件、夹具、刀具及多轴箱之间的相对位置及其联系尺寸。,3）主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。,第二节 组合机床总体设计,4）刀具类型、数量和结构尺寸。,6）刀具与导向装置的配合，刀具、接杆、主轴之间的连接方式。,5）接杆、导向装置的结构尺寸。,7）除丝锥外，其它刀具表示加工终了位置。,第二节 组合机床总体设计,（2）加工示意图的设计,加工示意图的设计包括 选择刀具、导向装置、切削用量及接杆；计算转矩、进给力、功率和有关联系尺寸。,1）刀具的选择,原则：考虑工艺要求与加工精度、工件材料及生产率的要求，应尽量选用标准刀具；为提高工序集中程度和加工精

23、度要求，也可采用复合刀具。,对于钻、扩、铰等刀具的长度选择，要保证加工终了位置时刀具螺旋槽尾端与导向套外端面有30 50mm的距离。,旋转式导向 刀具导向部分与夹具导向套之间只有相对移动而无相对转动的导向。分内滚式旋转导向、外滚式旋转导向。用于刀具线速度 v 20m/min，加工孔径d 40mm 的镗孔加工。,第二节 组合机床总体设计,2）确定导向装置,在组合机床上加工孔时，其位置精度靠刀具的导向装置保证。,固定式导向 刀具的导向部分在导向套内既作转动又作轴向移动的导向套。用于刀具线速度v 20m/min，加工孔径d 40mm的钻、扩、铰孔加工。刀具线速度为,导向装置的类型,镗削大孔或多层壁一

24、系列同轴孔时，必须根据工件具体结构形状，采用双导向或多导向加工。,第二节 组合机床总体设计,确定导向数量原则,在工件上扩孔时，若工件内部结构限制使刀杆悬伸较长，或扩、铰位置精度较高的长孔，为加强刀具导向刚性，常采用双导向加工。,通常钻、扩、铰单层壁小孔或用悬伸量不大的镗杆镗削短孔时，采用单个导向加工。,有时受结构限制，使用双导向或多导向时，也可固定导向和旋转导向混合使用。,第二节 组合机床总体设计,导向装置引导复合刀具时，要检查开始加工时，刀具进入导向部分长度L（Ld，d为导向直径）。,设计过程中并不是扩、铰孔只能采用固定式导向，镗孔只能采用旋转式导向。,第二节 组合机床总体设计,导向主要参数

25、 导套的直径及公差配合，导套的长度及离工件端面的距离等。结合实际加工要求，查阅设计手册选择参数。,确定导向主要参数,第二节 组合机床总体设计,3）切削用量选择原则,组合机床是多刀、多轴、多面加工，切削用量应比一般机床单刀加工低30%左右。,同一多轴箱上所有刀具共用一个进给滑台，工作时要求各刀具的每分钟进给量相等，且等于滑台的每分钟进给量。故刀具主轴应设计成不同转速和不同进给量与动力滑台相应，即,第二节 组合机床总体设计,合理利用刀具，充分发挥刀具性能。即先按各类刀具选择较合理的主轴转速 n和每转进给量 f，然后适当调整，使每个刀具的每分钟进给量相等。,复合刀具切削用量选择，应考虑刀具使用寿命。

26、进给量按复合刀具最小直径选择，切削速度按复合刀具的最大直径选择。,整体小直径复合刀具的强度较低，其切削速度应选得稍低些。,例如:钻铰复合孔加工刀具切削用量的选择,采用液压动力滑台进给时，所选择的每分钟进给量一般应比动力滑台可实现的最小进给量大50%。以保证刀具主轴的进给，保证滑台正常的提供进给运动、进给动力和进给速度。,第二节 组合机床总体设计,切削用量选择应有利于多轴箱设计。尽量使相邻主轴转速接近相等，以使多轴箱的传动链简单。,某些刀具带导向加工，若不便冷却润滑，则应适当降低切削速度。,第二节 组合机床总体设计,4）确定切削力、切削转矩、切削功率,用选定的切削速度 v 和进给量 f 确定切削

27、力F，以此作为选择动力部件及设计夹具的依据。,利用 f 确定切削转矩 T，以此确定主轴、传动件（齿轮、传动轴）的尺寸。,利用 v 和 T 确定切削功率 P，以此选择主传动电机功率。,注意：精镗孔时，因加工余量很小，转矩也很小，由转矩T 决定镗孔主轴直径会造成刚性不足。因此主轴尺寸确定步骤是：工件加工部位尺寸镗杆直径浮动卡头规格尺寸主轴尺寸。,5）确定主轴类型、尺寸、外伸长度,第二节 组合机床总体设计,主轴型式 主要取决于进给抗力和主轴-刀具系统结构的需要。,主轴尺寸规格 根据选定的切削用量计算切削转矩T，查表初定主轴直径。,主轴外伸长度 通过综合考虑加工精度和具体工作条件，查表决定主轴外伸部分

28、直径（D/d）、长度L、配套的刀具接杆莫氏锥号、攻丝靠模规格代号等。,第二节 组合机床总体设计,接杆 是组合机床主轴与刀具之间的可调整连接元件，用来保证多轴箱上的各刀具能同时到达加工终了位置。,接杆连接 用于单导向进行钻、扩铰、锪孔及倒角加工。,标准接杆的型式、规格、尺寸可根据刀具尾部结构（莫氏锥号）和主轴外伸部分内孔直径 d1 查表而定。,6）选择接杆,第二节 组合机床总体设计,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轴向距离。为缩短刀具悬伸长度、工作行程长度，要求该距离越小越好。该尺寸取决于如下两方面：,第二节 组合机床总体设计,考虑机床总体布

29、局所要求的联系尺寸，如夹具的总体长度与排屑要求等。并且这两个方面的尺寸是互相制约的。,接杆长度的标准尺寸，各规格均有可选择的范围，设计时先按最小长度选择。,采用麻花钻时，刀具长度要考虑螺旋槽尾部离导向套端面有一定距离，以备排屑和刀具刃磨后有向前调整的可能。,考虑多轴箱上刀具、接杆（卡头）、主轴等由于结构和相互连接所需要的最小轴向尺寸。同时应注意：,第二节 组合机床总体设计,8）确定动力部件的工作循环及工作行程,工作循环：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到原始位置的动作过程。,工作循环包括：快速引进，工作进给和快速退回。有时还有中间停止、多次往复进给等动作。,工作进给长度（

30、通孔）L工：等于工件加工部位长度L（多轴加工按最长孔计算）与刀具切入长度 L1 和切出长度 L2 之和。,第二节 组合机床总体设计,L2 采用一般刀具时，为10mm左右，根据加工方法查手册确定；采用复合刀具时，按具体情况决定。,L1 根据工件端面误差在510mm之间选择，误差大取大值。,当组合机床有工进和工进时，工作进给长度 L 工=L I 工+L 工,快退行程长度 必须保证将刀具、托架、钻模板及定位销都退离到夹具运动可能碰到的范围之外。,第二节 组合机床总体设计,快速退回长度,采用移动式或回转式夹具的组合机床,采用固定式夹具的钻、扩、铰组合机床,如果刀具刚性较好，能满足生产率要求，为使滑台导

31、轨在全长行程上均匀磨损，可加大快退行程。,快速退回行程长度 必须保证所有刀具均退至夹具导向套内而不影响工件装卸。,后备量 指考虑刀具从接杆中或连同接杆一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离。,第二节 组合机床总体设计,动力部件总行程长度,既要保证所要求的工作循环，也要考虑装卸和调整刀具方便，既前备量、后备量。,前备量 指补偿刀具磨损或制造、安装误差，动力部件可向前调节的距离。,第二节 组合机床总体设计,要求：保证刀具退离夹具导向套外端面的距离大于接杆插入主轴孔内（或大于刀具插入接杆孔内）的长度。,结论：动力部件总行程=快退行程长度+前备量+后备量。以此作为选择标准动力滑台或设计专用部件的依据。,第

32、二节 组合机床总体设计,9）其它应注意的问题,加工示意图应与机床实际加工状态一致。,尺寸完整，特别是从多轴箱端面到刀尖的轴向尺寸应齐全，以备检查行程和调整机床使用。,对多面、多工位机床，应按各工位加工内容，用缩小比例画出加工部位示意图并标注孔号（与主轴编号对应）。,确定钻-攻复合工序动力部件工作循环时，要注意攻丝循环（包括攻进和攻退）完成后，动力部件才能开始退回。,示意图设计结束,第二节 组合机床总体设计,（3）加工示意图的画法,第二节 组合机床总体设计,主轴间的分布可不按真实距离绘制。但被加工孔间距很小或需设置径向结构尺寸较大的导向装置时，相邻主轴必须按严格比例绘制，以便检查相邻主轴、刀具、

33、导向等是否干涉。,主轴应从多轴箱端面画起。刀具应画加工终了位置。攻丝应画加工开始位置。,同一多轴箱上结构、尺寸相同的主轴，允许只画一根。但应在主轴上标注轴号（与工件孔号相对应）。,绘制要求,第二节 组合机床总体设计,标准的接杆、浮动卡头、攻丝靠模及丝锥卡头及钻镗主轴外伸部分等，只画出外轮廓，并加注规格代号。,专用的导向、刀杆托架、专用接杆或浮动卡头等，其结构必须剖视，并标注尺寸、精度及配合公差。,示意图结束,第二节 组合机床总体设计,3.机床联系尺寸图,（1）联系尺寸图的作用,检验机床各部件相对位置及尺寸联系是否满足加工要求、通用部件的选择是否合适；也作为多轴箱、夹具设计的依据。,表示机床的配

34、置形式、总体布局、各部件的相互装配联系和运动关系。,机床各部件的外形轮廓及相关位置。主视图的表示与机床的实际加工状态一致。,第二节 组合机床总体设计,（2）联系尺寸图的主要内容,第二节 组合机床总体设计,完整地反映各部件的联系尺寸、专用部件的轮廓尺寸、运动部件的极限位置及行程尺寸。,第二节 组合机床总体设计,标注通用部件的规格代号，电动机型号、功率及转速。注明机床部件的分组及总行程。以便后续部件的设计。,第二节 组合机床总体设计,1）选择动力部件,确定进给运动的驱动方式 可选机械滑台或液压滑台。,确定轴向进给力 每种动力滑台都有最大进给力 F进 的限制，设计时，可根据切削用量计算出各主轴轴向切

35、削合力F。以 F F进 来确定动力滑台的型号和规格。,选择滑台,确定进给速度 每种动力滑台有规定的快速行程速度及最小进给量的限制。所选择的实际快速行程速度和进给量应符合：v快（刀具）v滑台额定min,（3）联系尺寸图的设计,第二节 组合机床总体设计,确定滑台行程 选用动力滑台时，必须考虑滑台允许的最大行程。设计时所确定的动力部件总行程应满足：,L总（动力）L最大（滑台）,滑台总行程为=工作总行程+前备量+后备量,后备量 考虑刀具从接杆中或刀具接杆一起从主轴孔中取出所需要的轴向距离，一般取值4050mm。,要求：工作总行程+前备量+后备量 L最大（滑台）,前备量 考虑刀具磨损或补偿制造、安装误差

36、，动力部件尚可向前调节的距离，一般取值 10 20mm。,首先根据各刀具主轴的切削用量，计算出总切削功率。然后考虑传动效率或空载功率和附加功率损耗，作为选择机床主传动用动力箱规格的依据。,选择动力箱,第二节 组合机床总体设计,动力箱主要依据多轴箱所需的电动机功率来选择，即:,根据 P电动机 P计算 原则，确定多轴箱所需的电动机功率。,第二节 组合机床总体设计,2）确定机床装料高度H,装料高度指机床上工件的定位基准面到地面距离的垂直距离。视具体情况在H=8501060mm间选取。,选取装料高度H 应考虑的因素,与车间里输送工件的滚道高度相适应。,工件最低孔位置，多轴箱最低主轴高度。,所选和所确定

37、的通用部件、中间底座、夹具等高度尺寸的限制。,对于随行夹具需从机床下方返回（从中间底座中间通过）的自动线，机床装料高度 H=1m左右。,第二节 组合机床总体设计,3）确定夹具的轮廓尺寸,主要确定 夹具的总体长、宽、高尺寸。其中必须考虑：,需布置的定位、夹紧、限位和导向机构；夹具底座与中间底座连接所需要的尺寸。（通油槽和通屑槽）,工件的形状、轮廓尺寸和具体结构；,宽、高方向尺寸 应考虑增强机床的刚性。,第二节 组合机床总体设计,4）确定中间底座轮廓尺寸,中间底座轮廓尺寸以满足夹具在其上安装的需要为原则。,长度方向尺寸 根据滑台和滑座及其侧底座的位置关系、各部件联系尺寸的合理性来确定。重点如下：,

38、保证加工终了时，工件端面至多轴箱前面的距离不小于加工示意图上要求的距离。,动力部件处于加工终了位置时，多轴箱与夹具外轮廓间应有便于机床调整、维修的距离。,为便于切屑、冷却液回收，中间底座周边须有足够宽度的沟槽，保证尺寸a,第二节 组合机床总体设计,5）确定多轴箱轮廓尺寸,标准的通用钻削、镗削类多轴箱的厚度尺寸已标准化，卧式为320mm，立式为 340mm。,重点确定多轴箱的宽度 B 和高度 H 及最低主轴高度 h1。,第二节 组合机床总体设计,（4）联系尺寸图的画法及注意要点,1）主视图 视图布置应与实际机床工作位置一致。,以工件两端为长度方向基准、工件最低孔中心线为高度方向基准。根据确定的各

39、部件轮廓尺寸及主要相关尺寸，分别向左、右画出。步骤：多轴箱动力箱滑台滑座侧底座中间底座,用双点划线或细实线画出工件的长、高轮廓。,第二节 组合机床总体设计,加工终了时，滑台前端面到滑座前端面的距离l2(40)。是机床长度方向上各部件联系尺寸的可调环节，其最大范围为7585mm。,为便于机床调整和维修，滑座与侧底座之间加5mm 厚调整垫,滑座前端面到侧底座前端面的距离l3(110)，决定滑座与侧底座在长度方向上的相对位置。,第二节 组合机床总体设计,中间底座的长度,L1在加工终了位置，多轴箱端面至工件端面间的距离。本例中L1左=335mm,L1右=320mm.,机床长度方向上，多轴箱与动力滑台的

40、重合长度为l1(180)，,第二节 组合机床总体设计,L 确定后，必须根据夹具底座长度尺寸A及在中间底座上的安装位置检查尺寸a 的大小，不用切削液 a=1015mm；采用切削液 a 70100mm,L2多轴箱的厚度。本例中L2=325mm.,L3工件长度。本例中L3=54mm.,小结：中间底座的长度尺寸L比较灵活，即要考虑与其它部件间联系尺寸的合理性，又要兼顾机床布局节省材料。,第二节 组合机床总体设计,如果计算出的 L不满足 A 和 a 的要求，可改变L1，重新选择接杆长度和改变 l2。,如果夹具尺寸已确定，而计算的中间底座长度L太小，造成 a 太小时，可重新选择接杆，改变L1来调整。,如果

41、L 过大而造成 a 过大，可在侧底座与中间底座间加垫铁来减小L和a。,重点表示各部件在宽度方向的轮廓尺寸，配合主视图完成联系尺寸图所要表达的内容。,第二节 组合机床总体设计,2）左（或右）视图,第二节 组合机床总体设计,3）联系尺寸图应注明的状态和尺寸,标注机床各组成部件的轮廓尺寸及相关联系尺寸。,表示运动部件的原位、终点状态及运动过程情况，以确定机床最大轮廓尺寸。,第二节 组合机床总体设计,注明工件、夹具、动力部件、中间底座对中心线的位置关系.,注明电动机型号、功率及转速，通用部件的型号和主要轮廓尺寸。,对机床所有的部件分组编号。,汽车变速器上盖零件图,两面钻孔加工工序图,两面钻孔加工示意图

42、,两面钻孔组合机床联系尺寸图,第二节 组合机床总体设计,4.机床生产率计算卡,生产率卡 是反映机床的加工过程、完成每个动作所需时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率的计算卡。,（1）理想生产率Q理,第二节 组合机床总体设计,（2）实际生产率Q实,指所设计的机床实际每小时生产的零件数量,T单生产一个零件所需的时间(min)，计算式为,如果Q 理 Q实，必须重新选择切削用量或修改机床设计方案。,（3）机床负荷率,当 Q理 Q实 时，则机床负荷率为,第二节 组合机床总体设计,第二节结束,生产率计算卡,一、多轴箱的功用,二、多轴箱的组成,三、多轴箱的设计,第三节 通用多轴箱设计,本 节 讲 述 内 容

43、,一、多轴箱的功用,作用：多轴箱将动力箱的动力传递给主轴，使主轴按加工所要求的转速和转向旋转，提供切削动力。,多轴箱是按专用要求设计的传动系统、并由通用零件组成的专用部件。,应用：多轴箱借助动力箱、动力滑台完成钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝等加工工序。,分类：钻削类多轴箱，攻丝多轴箱，钻、攻复合多轴箱。,第三节 通用多轴箱设计,二、多轴箱的组成,1.箱体,第三节 通用多轴箱设计,5.润滑、防油元件,第三节 通用多轴箱设计,各种传动轴,攻丝主轴,第三节 通用多轴箱设计,三、多轴箱的设计,多轴箱的设计步骤和内容,第三节 通用多轴箱设计,1.绘制多轴箱设计原始依据图,（1）各主轴的位置尺寸及工件与多轴

44、箱的相关尺寸。,（2）标注主轴旋向（顺时针）。,（3）标出多轴箱的轮廓尺寸、驱动轴O1、定位销孔坐标轴。,（4）列表标明工件材料、加工要求、主轴轴号、工序内容、主轴外伸尺寸和切削用量。,（5）注明动力箱型号，功率，转速。,（p139,表4-18）,第三节 通用多轴箱设计,2.确定主轴结构型式及齿轮模数,（1）主轴结构型式的选择,主轴结构型式由零件加工工艺决定，选择时需考虑主轴的工作条件和受力情况。,钻削加工的主轴 轴向切削力较大。选用推力球轴承承受轴向力，向心球轴承承受径向力，且推力球轴承安排在主轴前端，便于提高主轴的刚性，保证主轴的加工精度。,第三节 通用多轴箱设计,镗削加工的主轴 轴向切削

45、力较小，有时工艺要求主轴进退都要切削，两方向都有切削力，一般选用前后支承均为圆锥滚子轴承的结构。承受较大的径向力和轴向力。,此主轴结构的轴承个数少，装配调整较方便，广泛用于扩孔、镗孔、铰孔、攻丝等加工。,主轴孔间距较小，可采用滑动轴承，以减小径向间隙。,第三节 通用多轴箱设计,攻丝主轴因靠模杆在主轴孔内作轴向移动，为获得良好的导向，采用双键结构，轴向不定位。,钻、扩、铰、镗的主轴，轴头用圆柱孔与刀具接杆连接，用单键传递转矩。,长主轴与刀具刚性连接，其内孔较长，可增大刀具尾部连接的接触面，减少刀具前端下垂。选用标准导套导向，用于钻、扩、铰孔。,短主轴采用浮动卡头与主轴连接，用长导套或双导套导向，

46、用于镗销。,第三节 通用多轴箱设计,（2）主轴直径和齿轮模数的初步确定,大型组合机床多轴箱常用的模数为 2、2.5、3、3.5、4等。一般在同一个多轴箱中齿轮模数最好不多于两种。,第三节 通用多轴箱设计,3.多轴箱传动系统设计,1）尽量用一根中间传动轴带动多根主轴。当齿轮啮合中心距不符合标准时，可用变位齿轮或略变传动比的方法解决。,2）尽量不用主轴带动主轴的方案，否则增加主轴的负荷。,多轴箱传动系统设计内容 通过一定的传动链把动力箱输出轴传进来的动力和转速按要求分配到各主轴，实现所需的转向和转速。传动系统的设计原则 以获得所需的主轴转速和旋向为原则。,第三节 通用多轴箱设计,4）驱动轴转速较高

47、时，采用逐步降速传动；驱动轴转速较低时，可先使速度升高一点再降速。,5）粗加工切削力大，如钻孔，其主轴上的齿轮尽量安排靠近前支承，以减小主轴的扭转变形。,3）多轴箱内的齿轮传动副的最佳传动比为11.5，后盖内的第排（或第排）齿轮，根据需要，传动比可取大一些，但不能超过33.5。,第三节 通用多轴箱设计,6）齿轮安排 不同轴上齿轮不相碰，可放在同一排上；不同轴上齿轮与轴或轴套不相碰，可放在不同排上；齿轮与轴相碰，可放在后盖内。,7）驱动轴直接带动的传动轴不超过2根，避免装配困难。粗、精加工合一的多轴箱，粗、精传动路线应分开。,第三节 通用多轴箱设计,（2）主轴分布及传动系统设计,1）主轴分布,同

48、心圆分布 分别用一根中间传动轴带动。主轴可等分或不等分，齿轮可在同一排或不同排，转速可相同或不相同。,直线分布 分别用一根中间传动轴带动两根主轴。,第三节 通用多轴箱设计,任意分布 将靠近的主轴分别组成同心圆或直线分布。也称混合分布。,第三节 通用多轴箱设计,2）传动系统设计,设计方式:利用传动树形图来描述多轴箱的传动链。,驱动轴转速由动力箱型号确定，其转向可任意选择。,驱动轴的水平方向位置一般在多轴箱中心。垂直方向由动力箱定。如果采用电机直接装在多轴箱上，驱动轴即电机轴的垂直方向位置，需考虑电机外轮廓不碰滑台，装卸方便。,确定驱动轴转速、转向及位置,第三节 通用多轴箱设计,用最少齿轮和传动轴

49、连接驱动轴和各主轴,主轴数量不多，分布比较分散时，可从驱动轴开始，分几路单独和各主轴联系。,主轴数量较多且较分散时，可先将比较接近的主轴分成几组，然后从主轴开始布置，最后连到驱动轴上。,第三节 通用多轴箱设计,多轴箱的变速和操纵,变速方法 可采用交换齿轮、滑移齿轮、电磁啮合器等。,操纵方式 根据需要可采用电、液、机械等型式。,调整手柄 用于对刀，调整或装配维修时检查主轴精度。,为了扳动省力，手柄轴的转速尽量高一些，手柄轴位置应便于工人操作，应保证回转时手柄不碰主轴。,第三节 通用多轴箱设计,油泵个数和油泵轴的转速根据工作条件而定，箱体宽，主轴多，采用2个油泵。油泵的转速应在400800 r/min之间选择，泵轴的位置应尽量靠近油池，离油面高度不大于400500mm。,润滑油泵安排,为便于维修，油泵齿轮最好安排在第排，油泵安装在前盖内，前盖与油泵相应处开一窗口，以便于油泵清洗。如受结构限制，也可安排在第排。,第三节 通用多轴箱设计,油泵的安置要保证进油口到排油口转过2700。可事先用透明纸画出油泵外轮廓图（包括进出油管接头），待传动系统排好后找个适当位置布置。,当泵体或管接头与传动轴端部相碰时，传动轴用埋头型式。,http:/,http:/,http:/,机床负荷率：,第四章结束！,