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  第一章绪论1.1 引言 组合机床是根据工件加工需要,以大量通用部件为基础,配以少量部件组成的一种高 效专用机床。 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、大量生产中 得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动 和刀具与工件的相对进给运动,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。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。镗孔精 度可达IT7~6 级,孔距精度可达0.02~0.03 微米。 最早的组合机床是 1911 年在美国制成的,用于加工汽车零件。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。通用部件按功能可分为动力部件、 支承部件、输送部件、控制部件和辅助部件五类。动力部件是为组合机床提供主运动和进 给运动的部件。主要有动力箱、切削头和动力滑台。 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、支架、可调支架、立柱和立柱底座等。 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。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。 组合机床未来的发展将更多的采用调速电动机和滚珠丝杠等传动,以简化结构、缩短 生产节拍;采用数字控制系统和主轴箱、夹具自动更换系统,以提高工艺可调性;以及纳 入柔性制造系统等。 ZH1105 柴油机气缸体三面扩孔组合机床的设计,主要是为了提高加工效率,降低加 工成本。组合机床的设计,主要是针对被加工工件的加工工艺要求来设计主轴箱的传动系 统。根据被加工工件的特点,按一定的设计原理,结合各种影响机床性能的因素,经分析 后拟订出可靠的工艺设计方案。在设计主轴箱时,根据被加工的工件工序图所设计的组合 机床需完成的工艺内容确定,加工部件的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求,定位基准, 压紧部件以及被加工零件的材料,认真分析研究并初步确定设计方案,估计所需的功率, 河北工程大学毕业设计 设计出符合本工序加工的组合机床。1.2 机床在国民经济的地位及其发展简史 现代社会中,人们为了高效、经济地生产各种高质量产品,日益广泛的使用各种机器、 仪器和工具等技术设备与装备。为制造这些技术设备与装备,又必须具备各种加工金属零 件的设备,诸如铸造、锻造、焊接、冲压和切削加工设备等。由于机械零件的形状精度、 尺寸精度和表面粗糙度,目前主要靠切削加工的方法来达到,特别是形状复杂、精度要求 高和表面粗糙度要求小的零件,往往需要在机床上经过几道甚至几十道切削加工工艺才能 完成。因此,机床是现代机械制造业中最重要的加工设备。在一般机械制造厂中,机床所 担负的加工工作量,约占机械制造总工作量的40%~60%,机床的技术性能直接影响机械 产品的质量及其制造的经济性,进而决定着国民经济的发展水平。可以这样说,如果没有 机床的发展,如果不具备今天这样品种繁多、结构完善和性能精良的各种机床,现代社会 目前所达到的高度物质文明将是不可想象的。 一个国家要繁荣富强,必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化,这就需要一 个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备,即各种机器、 仪器和工具等。然而,一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。 机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”,对国民经济发展起着重大作用。因此, 许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高,使本国国民经济的发展 建立在坚实可靠的基础上。 机床是人类在长期生产实践中,不断改进生产工具的基础上生产的,并随着社会生产 的发展和科学技术的进步而渐趋完善。最原始的机床是木制的,所有运动都是由人力或畜 力驱动,主要用于加工木料、石料和陶瓷制品的泥坯,它们实际上并不是一种完整的机器。 现代意义上的用于加工金属机械零件的机床,是在18 世纪中叶才开始发展起来的。当时, 欧美一些工业最发达的国家,开始了从工场手工业向资本主义机器大工业生产方式的过 度,需要越来越多的各种机器,这就推动了机床的迅速发展。为使蒸汽机的发明付诸实用, 1770 年前后创制了镗削蒸汽机汽缸内孔用的镗床。1797 年发明了带有机动刀架的车床, 开创了用机械代替人手控制刀具运动的先声,不仅解放了人的双手,并使机床的加工精度 和工效起了一个飞跃,初步形成了现代机床的雏型。续车床之后,随着机械制造业的发展, 其他各种机床也陆续被创制出来。至19 世纪末,车床、钻床、镗床、刨床、拉床、铣床、 磨床、齿轮加工机床等基本类型的机床已先后形成。 上世纪初以来,由于高速钢和硬质合金等新型刀具材料相继出现,刀具切削性能不断 提高,促使机床沿着提高主轴转速、加大驱动功率和增强结构刚度的方向发展。与此同时, 由于电动机、齿轮、轴承、电气和液压等技术有了很大的发展,使机床的转动、结构和控 河北工程大学毕业设计 制等方面也得到相应的改进,加工精度和生产率显著提高。此外,为了满足机械制造业日益广阔的各种使用要求,机床品种的发展也与日俱增,例如,各种高效率自动化机床、怎么找到AG官方网站重 型机床、精密机床以及适应加工特殊形状和特殊材料需要的特种加工机床相继问世。50 代,在综合应用电子技术、检测技术、计算技术、自动控制和机床设计等各个领域最新成就的基础上发展起来的数控机床,使机床自动化进入了一个崭新的阶段,与早期发展的仅 适用于大批大量生产的纯机械控制和继电器接触器控制的自动化相比,它具有很高柔性, 即使在单件和小批生产中也能得到经济的使用。 综观机床的发展史,它总是随着机械工业的扩大和科学技术的进步而发展,并始终围 绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的,现代机床总的 趋势仍然是继续沿着这一方向发展。 我国的机床工业是在 1949 年新中国成立后才开始建立起来的。解放前,由于长期的 封锁统治和 19 世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺,我国的工农业生产非常落后,既没 有独立的机械制造业,更谈不上机床制造业。至解放前夕,全国只有少数城市的一些规模 很小的机械厂,制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等;1949 年全国机床产量仅 1000 多台,品种不到10 解放后,党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期,就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂;在随后开始的几个五年计划期间,又陆续扩建、 新建了一系列机床厂。经过 50 多年的建设,我国机床工业从无到有,从小到大,现在已 经成门类比较齐全,具有一定实力的机床工业体系,能生产 5000 多种机床通用品种,数 控机床1500 多种;不仅装备了国内的工业,而且每年还有一定数量的机床出口。 我国机床行业的发展是迅速的,成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄,与世界先进 水平相比,还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要,为 了提高机床产品在国际市场上的竞争能力,必须深入开展机床基础理论研究,加强工艺试 验研究,大力开发精密、重型和数控机床,使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。 1.3 组合机床的国内、外现状 组合机床及其自动线,是专用于大批量机械产品生产的高效自动化技术设备,是汽车、 拖拉机、内燃机等工业不可替代的主要I/1IT.设备。近年来随着数控技术、电子技术、 计算机技术等的发展,怎么找到AG官方网站。组合机床的机械结构和控制系统也发生了巨大变化。因此,根据科 技发展、市场需求及企业实际,研究组合机床及其自动线的技术现状和发展趋势,对企业 的生存和发展具有重大意义。组合机床及其自动线的发展特点随着市场环境的变化,消费 的需求日趋主体化、个性化和多样化,这使得过去主要以成本高低来衡量企业竞争力的局 面得到了根本转变,企业竞争力已倾向于品种、新产品市速度、交货期、质量和成本等多 河北工程大学毕业设计 项指标共同决定。为适应这种产品个性化的市场需求,汽车、拖拉机等行业在成功地解决了大批量生产的问题之后,还必须解决多品种问题。因此.这些行业的丰要生产设备组合 机床及其自动线就有了以下一些发展变化。 (1)数控化 数控组合机床的出现,不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制 系统,而目.也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化。 组合机床及其自动线的数控化,使得传统的专用机床和通用机床的界限变得模糊起来,以 至于在组合机床这种传统意义上的专用机床领域内,也出现了“组合机床柔性化” 法和实践。传统意义的组合机床剐性自动线和生产线,也具有了一定的柔性。组合机床柔性化在国际上发展较为迅速。如美国Lattm 公司20 世纪90 年代前期生产的汽车发动机缸 体、缸盖加工设备,有 50% 是传统的组合机床生产线%足可调可变生产线%是 柔性生产系统(FTL,FNS)。日本在 1988—1992 年间,组合机床的数控化率已达 32% 39%。德国在同时间内组合机床及自动线%。目前,我国也开展 了数控组合机床的研究,如沈阳数控机床厂推出了 SSK- U6030 型缸体八.位数控组合机 床,用于加工家用冰箱压缩机缸体。一些组合通用部件生产厂家也已经开发出一维数控滑 台、二维数控十字滑台和数控回转台。与其它数控机床类似,数控组合机床也是通过数控 加工程序来改变加工行程、工作循环、切削参数、加工位置和自动换刀,而日结合组合机 床特点,数控组合机床还可自动更换主轴箱以适应变形品种的加工。 (2)模块化 为适应数控组台机床的发展,出现了组成数控机床的数控加功能模块。组台机床模块 化是组合机床数控化所带来的必然结果,也是组合机床数控化的必要基础。数控加1 块化极大地丰富了组合机床的通用件,它必将引起组合机床通用件发生根本性变化。数控加工模块按其数控坐标(轴)数,主要有单坐标双坐标和三坐标;按其主轴数,有单轴和多 轴模块,也有单轴和多轴复合加[模块。数控加模块的发展主要有两种方式:一是与现有 组合机床通用件相对应,设汁数控通用件,目前国内企业正在研制的数控一维滑台、数控 二维(十字)滑台、数控回转工作台等都属于这种方式;二是根据数控加的特点,研制数控 组台机床所独有的部件,如自动更换式多轴丰轴箱,数控回转刀库,数控换刀机械手,数 控换箱机械手等。 (3)高速化 高速化可大大降低零件表面粗糙度及切削力,大大减小切削温度,提高生产效率,故 机珠的高速化研究方兴未艾,特别是数控机床的主运动和进给运动速度已达到了惊人高 速。如美国生产的加工中心,主轴转速可达15000—60 C~JOr/min,工作台快进速度高达 90—120m/min 。顺应机床高速化的潮流,组合机床的速度也越来越高。例如德国大众汽 河北工程大学毕业设计 车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时,采用PCD铣刀,铣削速度高达3075m/min,进给 速度达3600mm/min,而采用安装有CBN刀片的新颖镗刀加工灰铸铁时,切削速度达800m /min,进给速度达1500mm/min。 (4)精密化 由于机床实现了数控化,因而机床的加工精度越来越高,使一些过去看来难以达到的 加工精度今天也已经实现了。例如意大利MANDELLI 公司生产 Thunder500 型加工中心, 轴的定位精度均为0.008mm,重复定位精度为0.O03mm;B轴定位精度6,重 复定位精度3。在数控组合机床上,也要求提高设备的工序能力系数,使加工误差在0.0lmm 以内。 (5)全防护化 全封闭是现在机床的一大特点,不论是单机还是机床生产线,均采用全封闭的外罩, 电器、液压全部采用空中走线。全封闭防护,不但使机床及其生产线外形美观,而且也提 高了安全性、可靠性和维修的便利性。 1.4 组合机床及其夹具 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 专用部件,对一种或数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、镗孔、攻螺纹、铣 削、车孔端面等工序。 1.4.1 组合机床的类型 根据所选用的通用部件的规格大小以及结构和配置形式等方面的差异,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 250mm的为大型组合 机床,滑台台面宽度B

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