组合数控机床设计
内容提要：应用组合机床加工大批量零件，快捷高效，生产效率高是机械加工的发展方向。本次设计任务是制定梳棉机箱体结合件的加工工艺、组合钻孔工序的工装设计、液压控制系统设计、组合机床设计。
在工艺制定过程中，通过生产批量的分析确定梳棉机箱体结合件的加工方案，并寻求最佳的工艺方案，借此说明了工艺在生产过程中的重要性；在组合钻孔工序的工装设计过程中，结合实例，介绍了夹具设计方法，特别是对孔的加工精度进行了探讨；在液压控制系统设计过程中，以双面钻孔组合机床为对象，依据液压系统设计的基本原理，拟出合理的液压系统图。通过系统主要参数的计算确定了液压元件的规格；在组合机床设计过程中，结合具体实例和设计经验, 阐述了通用件(如液压滑台，动力箱等)的选取及专用部件（如主轴箱）的设计计算。
关键词：组合机床；多轴箱；工艺；钻夹具；液压传动
目 录
引 言 1
0.1 本课题提出的背景和意义 1
0.2 国内研究现状 1
第一章 钻夹具设计 2
1.1 梳棉机箱体结合件钻孔组合机床夹具分析 2
1.1.1 安装方法 21.1.3 夹紧力“两要素”，方向与作用点 21.3 夹具体设计 2
1.3.1定位支撑的选择 2第二章 组合机床总体设计 6
2.1 被加工零件工序图 6
2.1.1 被加工零件工序图的作用与内容 62.2 加工示意图 7
2.2.1 加工示意图的作用和内容 7
2.2.2选择刀具、导向及有关计算 7
2.3机床联系尺寸图 8
2.3.1 机床联系尺寸图作用和内容 8
2.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容 9
2.4机床分组 10
结 论 12
致 谢 13
引 言
0.1 本课题提出的背景和意义 在第四代梳棉机生产过程中，先进的生产工艺和生产设备被引入。本文针对组合机床在梳棉机制造过程中的应用现状，以梳棉机箱体结合件的加工为例，阐述了工艺、工装、组合机床的设计过程。
0.2 国内研究现状
第一章 钻夹具设计
1.1 梳棉机箱体结合件钻孔组合机床夹具分析
1.1.1 安装方法
根据工件不同的生产条件，可以有各种不同的安装方法：a)找正安装法；b)夹具安装法。 这里讨论6点定位中，6个自由度的消除，以便找出较合适的定位夹紧方案．一个物体在空间可以有6个独立的运动，即沿X、y、Z轴的平移运动，分别记为 。X
1、Y
1、Z1；绕X、y、Z轴的转动，记为x 、y 、z ，习惯上，把上述6个独立运动称作6个自由度．如果采用一定的约束措施，消除物体的6个自由度，则物体被完全定位．例如讨论长方体工件时，可以在底面布置3个不共线的约束点，在侧面布置2个约束点，在端面布置一个约束点，则底面约束点可以限制X
2、Y2 、Z2 3个自由度，侧面约束点限制X
1、Z12个自由度，端面约束点限制y。这个自由度，就完全限制了长方体工件6个自由度。
1.1.3 夹紧力“两要素”，方向与作用点
夹紧力方向应朝向定位元件，并使所需的夹紧力最小。确定夹紧力作用点的位置时应不破坏定位。夹紧力作用点的位置应尽可能靠近加工部位，以减小切削力绕夹紧力作用点的力矩，防止工件在加工过程中产生转动或震动。应保证夹紧变形不影响加工精度。夹紧力作用点数目应使工件在整个接触面上受力均匀，接触变形小。 一般的定位方法有：一面两销定位法和两面一销定位法。通过比较分析决定采用两面一销定位法。在钻孔加工时，底面和侧面采用定位板进行定位，端面采用定位钉来限制工件自由度。通过分析发现，该工件被完全定位。
1.3 夹具体设计
1.3.1定位支撑的选择
根据前面所述，本工序采用两面一销的定位方式，即底面限制三个自由度；侧面为一窄长平面限制两个自由度；端面为一定位销限制一个自由度。
结合实际生产情况：批量大，生产率高。这样的话，加工过程中，会频繁的移动工件位置，对定位表面产生摩擦，定位精度减低，夹具体使用寿命减低。基于这种情况，在实际过程中，采用面支撑板代替底面定位支撑。这样更换较方便，成本较低，同样侧面用以支撑板代替，端面仍是用定位销定位。
选用支撑板及销的情况如下图：
图1-1定位元件
支撑板的选用参照《机床夹具设计手册》P272图2-1-101.3.2 夹具结构设计及尺寸确定
（1）设计原则：
由于此工件为大批大量生产，需满足以下几点要求：
1）安装方便，夹紧迅速可靠
2）结构刚度好
3）夹具设计误差小最好采用一体结构。
（2）方案确定
基于以下设计原则及定位夹紧情况，结合实际生产活动中所使用的组合夹具情况，采用箱式夹具体结 构，并采用液压夹紧机构：
结构特点：
1）各定位面之间的位置精度好:
由于夹具采用箱体式结构，个面之间的精度要求可通过后期加工来保证，可消除分散机构因装配产生的装配误差。
2）结构简单：
采用这种结构，钻模板可以直接安装在箱壁上；液压压紧装置置于顶部，向下压紧工件，操作方便。
3）尺寸的确定：
由上述可知，箱体侧壁与工件加工表面之间的距离为4mm，具体结构如下：
图 1-3 夹具结构图
箱体壁厚：经验值推荐25-30mm，由于箱体顶部承受工件压紧力反作用力，选用26mm壁厚来保证其强度。两侧厚度根据钻模板类型选取25mm壁厚，被保证其强度要求采用加强肋板结构。
第二章 组合机床总体设计
机床的总体设计就是绘制组合机床“三图一卡”，就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样设计。其内容包括：绘制加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和绘制生产功率计算卡等。
2.1 被加工零件工序图
2.1.1 被加工零件工序图的作用与内容
被加工零件工序图是在被加工零件图基础上，突出本机床或自动线的加工内容，并作必要说明而绘制的。其主要内容包括如下：
（1）被加工零件的形状和主要轮廓尺寸以及与本机床设计有关部位结构形状和尺寸。
（2）本工序选用的定位基准、夹紧部位及方向。
（3）本工序加工表面的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及上道工序的技术要求。
（4）注明加工零件的名称、编号、材料、硬度以及加工部位的余量。
图2-1被加工零件工序图
（1）绘制被加工零件工序图的规定 为使被加工零件工序图表达清晰明了，突出本工序内容，绘制时规定；应按一定比例，绘制足够的视图以剖面；本工序加工部位用粗实线表示，其余部位用细实线表示；定位基准符号用，并下标数表明消除自由度量。
（2）绘制被加工零件工序图注意事项：
1）本工序加工部位的位置尺寸应与定位基准直接发生关系。
2）对工件毛坯应有要求，对孔的加工余量应认真分析。
3）当本工序有特殊要求时必须注明。
2.2 加工示意图
2.2.1 加工示意图的作用和内容
加工示意图是在工艺方案和机床整体方案初步确定的基础上绘制的。是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它是绘制机床联系尺寸图的主要依据；是对机床总体布局和性能的原始要求；也是调整机床和刀具所必需的重要技术文件。
2.2.2选择刀具、导向及有关计算
（1）刀具的选择：
工件材料为HT200，钻孔加工，选用锥柄麻花钻。
（2）导向结构的选择：
夹具选用可换钻套，轴采用刚性轴来保证孔的位置精度。
（3）确定主轴类型、尺寸、外伸长度（见第五章主轴箱设计）
（4）选择接杆
除刚性主轴外，，组合机床主轴与刀具间常用接杆连接。根据选用原则选取特长可调接杆。
（5）标注联系尺寸
（6）标注切削用量：
各主轴的切削用量应标注在相应主轴后端。其内容包括：主轴转速、相应刀具的切削速度、每转进给量。
（7）动力部件工作循环及行程的确定
动力部件的工作循环是指加工时，动力部件从原始位置开始运动到终了位置，又返回到原位的动作过程。
1）工作进给长度的确定
=18mm
：工作进给长度 ：切入长度 ：加工长度 ：切出长度
2）快速引进长度的确定：快速引进是指动力部件把刀具送到工作进给位置，其长度由具体情况确定。本工序选取快速引进长度为30mm。
3）快速退回长度的确定：快速退回长度是快速引进长度和工作进给长度之和。本工序为48mm。
4）动力部件总行程的确定：动力部件总行程为快退行程和前后备量之和。总行程为215mm前备量为30mm，后备量为137mm。
图2-2 加工示意图
2.3机床联系尺寸图
2.3.1 机床联系尺寸图作用和内容
机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定专用部件的总体结构而绘制的。是用来表示机床的配置形式、主要构成及各部件安装位置、相互关系、运动关系和操作方位的总体布局图。
机床联系尺寸总图表示的内容：
1）表示机床的配置形式和总布局。
2）完整齐全的反映各部件之间的主要装配关系和联系尺寸、专用部件的主要轮廓尺寸、运动部件的运动极限位置及滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。
3）标注主要通用部件的规格代号和电动机型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称，全部组件应包括机床全部通用及专用零部件。
4)标明机床验收标准及安装规程。
2.3.2 绘制机床尺寸联系总图之前应确定的内容
（1）选择动力部件动力部件的选择主要是确定动力箱和动力滑台。根据已定的工艺方案和机床配置形式并结合使用及修理因素，确定机床为卧式单工位液压传动组合机床，选用配套的动力箱驱动多轴箱钻孔。 根据选定的切削用量，计算总的进给力，根据所需的最小进给速度、工作行程、结合多轴箱轮廓尺寸，考虑工作稳定性，选用HY25B-I 型液压滑台，以及相配套的侧底座（1CC251型）。查《组合机床简明设计手册》P91表5-1
滑鞍宽度：w=250mm
滑鞍长度：L1=500mm
行程：S=250mm
滑座长度：L2=790mm
高度：H=250mm
工进速度：32-800mm/min
快进速度：12m/min
（2）确定机床装料高度H装料高度是指工件安装基面至地面的垂直距离。考虑上述刚度结构功能和使用要求等因素选取计算：
侧底座高度：560mm
滑台高度：250
主轴箱的最低主轴高度为：275mm
工件最低孔中心距底面距离：92.5mm
H=560+250+275-92.5=992.5mm
(3)确定夹具轮廓尺寸参照夹具设计。
（4）确定中间底座尺寸中间底座尺寸在长度和宽度上满足夹具的安装要求。他在加工方向上的尺寸，实际已由加工示意图确定。由此根据选定的动力箱、滑台、侧底座等标准的位置关系计算长度为 974mm,装料高度和夹具底座高度确定后，中间底座高度已确定为560mm。
（5）确定多轴箱轮廓尺寸 标准通用钻类多轴箱厚度是一定的、卧式325mm。因此，确定多轴箱，主要是确定多轴箱的宽度和高度及最低主轴高度。如图2-3所
示。
图2-3 多轴箱轮廓尺寸确定
被加工零件轮廓以点化线表示，多轴箱轮廓以粗实线表示。查《组合机床简明设计手册》，P135表7-1选取多轴箱体规格尺寸400*400。
2.4机床分组
为了便于设计和组织生产，组合机床各部件和装置按不同功能划分编组。本机床编组如下：
（1）第10组左侧床身
（2）第20组夹具
（3）第11组右侧床身
（4）第12组中间底座
（5）第30组电气装置
（6）第40组传动装置
（7）第50组润滑装置
（8）第60组刀具
（9）第61组工具
（10）第71组左多主轴箱
图2-4 机床联系尺寸图
结 论
由本文的论述，我们了解到，通过对梳棉机箱体结合件加工设备及工艺的研究与应用，在机床、夹具、刀具、工艺流程等方面进行合理设计和选择，有效提高了加工效率和产品质量，扩大了加工适应范围，提高了可靠性，具备一定的先进性，取得了良好的经济效益和社会效益，为解决此类多孔同时加工问题举了一件实例。
本设计制造的机床为六轴钻孔双面卧式组合机床。将钻削主轴设为机械传动，而进给系统为液压控制，使在满足使用要求的前提下降低了成本。作为关键部件的液压滑台采用国产通用部件。以比较简单的方式完成旋转运动和直线运动的同步进行，非常实用。
在此设计完成之时，我感到高兴。首先是非常高兴我有这样博学多才、热忠奉献的老师们。在设计中，同学给我很大的支持和鼓励。感谢他们帮我分析设计的思路，逻辑结构。还要感谢学院，是学院培养了我，让我学到了这么多能够学有所和的知识，让我能够有信心有实力的完成毕业设计，还有就是学院的图书馆里的藏书特别多，方便我们查阅资料，提高了完成设计的速度，让设计具有专业性。
非常感谢学院以及老师对我的栽培和帮助
参 考 文 献
[2] 候世增主编，《装配图的画法机械制图》， 北京：高教出版社，1989，第93页。
[3] 曹龙华主编，《机械原理》， 北京：高教出版社，1986，第116页。
[4] 沈阳工学院等主编，《组合机床设计》，上海：上海科技出版社，1985，第68页。
[5] 谢家瀛，《组合机床简明设计手册》，北京：机械工业出版社，1994，第198页。
