(完整版)组合机床总体设计

2009年5月23 日

目录

第一部分组合机床总体设计 (3)

一、工艺方案的制定 (3)

1.1零件工艺基面的选择 (3)

1.2 加工工艺分析 (3)

1.3 孔切削用量的选择 (3)

二、机床配置型式和结构方案的确定 (4)

三、组合机床方案图纸设计 (4)

3.1被加工零件工序图 (4)

3.2加工示意图 (5)

3.2.1加工示意图的编制步骤 (6)

3.3组合机床生产率的计算 (11)

3.3.1生产率的计算和生产率计算卡的绘制 (11)

3.4机床联系尺寸图的绘制 (13)

3.4.1机床主要联系尺寸的确定 (14)

第一部分组合机床总体设计

一、工艺方案的制定

1.1零件工艺基面的选择

由于被加工零件（缝纫机体）是箱体类零件，所以我选择了“一面二孔”的定位方法。该方法有以下特点：a、很简便的消除工件的六个自由读，使工件获得稳定的固定位置；b、有同时加工五个面的可能。既能高度集中加工工序，又有利于提高各面上孔的位置精度；c、该方法可以作为从粗加工到精加工的全部工序加工的基准，使整个工艺过程实现基准统一；d、该方法使夹紧方便，夹紧机构简单。容易使夹紧力对准支承，消除夹紧力引起工件变形对加工精度的影响。

为了保证零件的加工精度及技术要求，工艺基面必须规定相应的公差。根据缝纫机体零件的大小，定位销孔径选择?16，太小时，定位销很细，加工中易受力产生较大的变形。销孔的精度为2级，两销孔中心距定为321毫米，其公差为±毫米。

0.06

1.2 加工工艺分析

由于被加工零件只需要钻孔，所以该机床只有一个钻孔加工工艺。而且钻孔深度不大，属于一般钻孔。

1.3 孔切削用量的选择

由于该缝纫机体是铸铁件，而且硬度大概在200~241左右，根据下表选取切削用量。

表1用高速钢钻头加工铸铁件的切削用量

二、机床配置型式和结构方案的确定

由于被加工的缝纫机体是一个箱体件，一次只加工一个，生产率要求不是很高，所以我选择了单工位组合机床，而且该零件孔中心线与定位基准面平行，而且需要同时加工两个面，因此选择单工位组合机床中的卧式双面组合机床。

该机床采用了固定式夹具，钻孔时采用固定导向，所以位置精度能达到0.2

毫米。

三、组合机床方案图纸设计

组合机床的总体设计，就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行方案图纸设计。这些图纸包括：被加工零件工序图，加工示意图,生产率计算卡片，机床联系尺寸图等。下面谈谈这些图纸的设计。

3.1被加工零件工序图

被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示在一台机床上或一条自动线上完成的工艺内容、加工部位的尺寸及精度、技术要求、加工用定位基准、夹压部位、以及被加工零件的材料、硬度和在本机床加工前毛坯情况的图纸。它是在原有的工件图基础上，以突出本机床或自动线加工内容，加上必要的说明绘制的。它上组合机床设计的主要依据，也是制造使用时调整机床、检查精度的重要技术

文件。被加工零件工序图包括下列内容：

1．在图上应表示出被加工零件的形状，尤其是要设置中间导向时，应表示出工件内容筋的布置和尺寸，以便检查工件装进夹具是否相碰，以及刀具通过的可能性。

2．在图上应表示出加工用基面和夹压的方向及位置，以便依此夹具的支承、定位及家具系统的设计。

3．在图上应表示出加工表面的尺寸、精度、光洁度、位置尺寸及精度和技术条件（包括对上道工序的要求及本机床保证的部分）。

4．图中还应注明被加工零件的的名称，编号、材料、硬度以及被加工部位的余量。

下图为YZJ1637双面卧式钻孔组合机床的被加工零件工序图

3.2加工示意图

加工示意图是组合机床设计的重要图纸之一，在机床总体设计中占有重要地

位。它是设计刀具、夹具、主轴箱以及选择动力部件的主要资料，同时也是调整机床和刀具的依据。

加工示意图，要反映机床的加工过程和加工方法，并决定浮动夹头或接杆的尺寸，镗杆长度，刀具种类及数量，刀具长度及加工尺寸，主轴尺寸及伸出长度，主轴、刀具、导向与工件间的联系尺寸等。根据机床要求的生产率及刀具特点，合理的选择切削用量，决定动力头的工作循环。

加工示意图应绘制成展开图，其绘制顺序是：首先按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。特别注意将那些距离很近的孔严格按比例相邻绘制，以便清晰看出相邻刀具、导向及工具、主轴等是否相碰。然后，根据工件加工要求及选定的加工方法绘制刀具，并确定导向形式、位置及尺寸，选择主轴和接杆。从这些刀具中找出影响其联系尺寸的关键刀具，按其中最长的一根刀具，从主轴箱到工件间的最小距离来确定全部刀具、导向及工件之间的尺寸关系。对于采用浮动夹头的镗孔刀杆，必须考虑并解决刀杆退出导向时防止下垂的问题，一般是用托架来托住退出的刀杆。因此，在绘制加工示意图时，必须将托架联系尺寸标出。

加工示意图还要绘制出工件加工部位的图形，在轴数多时，必须在孔旁标上号码，以便于设计和调整机床。

3.2.1加工示意图的编制步骤

1.刀具的选择

根据加工工艺和加工精度的要求，选择一般刀具。

2.工序间余量的确定

在编制加工示意图的过程中，要合理的决定工序间的加工余量。关于工序间加工余量的确定可按下表推荐数值选取。

80100

??

:0.3~0.4 半精镗2080

??

:0.7~1.2

80150

??

: 1.0~1.5 精镗

30

?

:0.2~0.25

30130

??

:0.25~0.4

>130

?0.35~0.5 3.导向结构的选择

组合机床上加工孔时，除用刚性主轴加工的方案外，其尺寸和位置精度都是依靠夹具导向来保证的。如何正确地选择导向结构，确定导向的参数和精度，是设计组合机床的重要内容，也是绘制加工示意图时要解决的问题。

（1）导向类型的选择

由于只需加工小孔，其导向部分直径较小，旋转线速度小于20米/分，所以采用固定式导向，刀具或刀杆在导套内既传动又移动，这种导向方法精度较好。

（2）导向形式和结构的选择

根据精度要求比较高，所以选用精密的滚珠轴承的旋转导向。

（3）导向数量确定

因为只需钻单层壁上的小孔，所以采用一个导向。

4．接杆的选择

由于钻孔为小孔时，所以采用接杆提高加工精度，减少主轴位置误差和主轴振摆对加工精度的影响。接杆尺寸按下表选择

接杆号D

1

D

2

D L

1

L

2

L

1 14 20 23 85 21

2 20 18 30

25

3 22

4 24

5 30

具体选择如下：

5．切削用量的确定

组合机床的正常工作与合理地选择切削用量，即确定合理的切削速度和工作进给量，有很大关系。切削用量选用的恰当，能使组合机床以最少的停车损失，最高的生产效率，最长的刀具寿命和最好的加工质量，也就是多快好省的进行生产。

组合机床上钻孔切削用量的选择根据表1。得：

11 钻 6.9? 700 15.2 0.1 13

钻 6.5?

700

15.4

0.1

6.动力头工作循环及其行程的确定

动力头工作循环一般包括快速引进、工作进给和快速退回等动作。但有时还要有中间停止、多次往复进给以及跳跃进给等。这是根据加工工艺具体需要来确定的。 （1） 工作进给长度的确定 因为该组合机床上

只完成钻孔工序，所以只有第一工作进给。工作进给长度应等于被加工部位长度与刀具切入和切出长度之和。如右图所示。动力头工作进给的长度是按加工长度最大的孔来选取。切入长度应根据工件端面的误差情况确定。切出长度参考下表确定。由于被加工零件的孔不是通孔，所以无切出长度。

注：d 为钻头直径（毫米）

（2） 快速引进长度的确定 快速引进是动力头把刀具送到工作进给的位置，其

长度按具体工作情况确定。在加工两层或多层壁孔径相同的同心孔系时，可采用跳跃进给的循环进行加工，这样可以缩短工作循环时间。 （3） 快速退回长度的确定 快速退回的长度等于快速引进和工作进给长度之

和。在固定式夹具钻孔的机床上，动力头快速退回的行程，只要把所有的刀具都退至导套内，不影响工件的装卸就行了。

（4） 动力头总行程的确定 动力头的总行程除了满足工作循环所需长度外，还

要考虑装卸和调整刀具的方便性。装卸刀具的理想情况是：刀具退离导向套外端面的距离，要大于刀杆插入主轴孔内的长度。

（一） 加工示意图

工艺方法 钻 孔 扩 孔 铰 孔 镗 孔 切出长度（毫米）

1

(3~8)3

d + 10~15

10~15

5~10

上图为YZJ1637双面卧式钻孔组合机床的加工示意图。工件两个面上的孔相互间有严格的精度要求，必须采用固定夹具同时从两面加工的方案，借助精确调整机床来达到要求的不同轴度、共面度、不垂直度以及对称性等。下表为每根轴的工艺参数：

被加工孔序号切削速

度（米/

分）

每分钟

转数

（转/

分）

进刀量

每转（毫

米/转）

每分钟

（毫米/

分）

左1 13.2 900 0.05 70 左2 14 1200 0.06 70 左3 14 1200 0.06 70 左4、5 12.3 1500 0.05 70 左6 14.4 900 0.078 70 左7 16.7 320 0.21 70 右1-9 14 1200 0.06 70 右10 11 900 0.08 70 右11 15.2 700 0.1 70 右12 14.3 1200 0.06 70 右13 15.4 700 0.1 70 右14 14.3 1200 0.06 70

3.3组合机床生产率的计算

根据加工示意图所选定的工作循环、工作行程及切削用量等，就可以计算机床的生产率，并编制生产率计算卡片。生产率计算卡片应反映出机床的加工过程和动作时间、切削用量以及机床生产率与负荷率的关系等。 3.3.1生产率的计算和生产率计算卡的绘制

机床理想生产率是指机床在百分之百负荷情况下每小时的生产能力。这里仅考虑加工一个工件所需的机动时间（t 机）和辅助时间（t 辅）。辅助时间是指机床空行程（动力头快进和快退、工作台的回转或移动、电气和液压元件的转换动作等）和工作的装卸、定位、夹压及清除定位面上切屑所需的时间。机床理想生产率Q 可按下列公式计算：

60

/Q T =

单

（件小时） T t t =+输单机（分）

式中T 单——单件工时。

t 机和t 输可按下列公式确定：

1212

L L

t t s s L L t t t t t t v =

+++=++=++机分1分快进快退移移辅块装卸

装卸

快

式中 1L ，2L ——分别为刀具第一工作进给和第二工作进给的行程长度（毫米）；

s 分1，2s 分——分别为动力头第一工作进给和第二工作进给的每分钟进给量

（毫米/分）；

1t ——当加工沉孔时动力头在死挡铁上停留时间，也就是考虑刀具在终点无

进给状态下旋转5~10所需的时间（分）；

L

快进，L

快退

——动力头快进和快退行程长度（米）；

v

快

——动力头快速行程速度，一般在4.7~10米/分范围；

t

移

——工作台的回转或移动时间。组合机床研究所通用回转工作台每转一个工位，时间为3~8秒；

t

装卸

——工件装卸、定位、夹紧以及清除定位基面切屑的时间。它取决于工件大小、装卸方便性及操作工人的熟练程度等。根据对各类机床的统计，一般为0.5~1.5分钟。

但必须指出，由于组合机床工作过程中偶然事故（不可靠性）以及操作人员的自然需要等所需时间，机床实际可能生产率要低于机床理想生产率。

根据YZJ1637双面卧式钻孔组合机床的加工示意图，绘制机床生产率计算卡如下：

机床生产率40件

/时根据机床生产率计算卡，计算机床的单件工时：

（分）

T=+++=

0.40.020.90.03 1.35

单

机床理想生产率为：

60

Q==（件/小时）

44.4

1.35

3.4机床联系尺寸图的绘制

机床联系尺寸图是决定各部件的轮廓尺寸及相互间联系关系的，是开展个专

用部件设计和确定机床最大占地面积的指导图纸。

组合机床是由一些通用部件和专用部件组成的。为了使所设计的组合机床既

能满足预期的性能要求，又能做到配置上均匀合理，符合多快好省的精神，必须

对所设计的组合机床各个部件之间的关系进行全面的分析研究。这是通过绘制机

床联系尺寸图来达到的。

机床联系尺寸图是在被加工零件工序图与加工示意图绘制之后，根据初步选

定的主要通用部件（动力部件及其配套的滑座、床身或立柱等），以及确定的专

用部件的结构原理而绘制的。

3.4.1机床主要联系尺寸的确定

1.机床装料高度的确定

在确定机床装料高度时，要考虑车间运送工件的滚道高度、工件最低孔的位置、主轴箱最低主轴高度和通用部件高度尺寸的限制。

2.夹具轮廓尺寸的确定

夹具是用于定位和夹紧工件的，所以工件的轮廓尺寸和形状是确定夹具轮廓尺寸的依据。在加工示意图中对工件和镗模间的距离，以及导套的尺寸，都有了规定。所以确定夹具长度尺寸时，主要在于合理的选取镗模架的厚度。对于高度不大的镗模架，其厚度可取150~200毫米；

在掌握了工件宽度、工件和镗模架间的距离和镗模架的厚度尺寸后，即可确定夹具底座的总长尺寸。为了补偿铸件的铸造误差，它应比上述三项尺寸的总和稍大一些。此外，还应考虑夹具底座往中间底座上固定用的凸台尺寸，每边为45~50毫米。

夹具底座高度的确定。夹具底座高度应视夹具大小而定，既要保证有足够的刚性，又要考虑工件上午装料高度。为了便于布置定位元件，夹具底座的高度不小于240毫米。

对于非框形夹具，在绘制联系尺寸图时，应事先绘制夹具结构草图，确定夹具的主要技术特性、基本结构原则及其外形控制尺寸。

3.中间底座高度的确定

在加工示意图中，以确定了工件端面至主轴箱端面在加工终了时的距离。根据选定的动力部件及其配套部件（滑座、床身等）的位置关系，并考虑动力头的向前备量等因素，就可以确定中间底座长度尺寸。

在确定中间底座高度尺寸时，应考虑铁屑的贮存及排除，电气接线盒的安排，以及冷却液的贮存，其容量应不小于3~5分钟冷却泵的流量，对于加工铸铁件的机床，为了使冷却液有足够的沉淀时间，容量还应大一些。

当装料高度取850毫米时，床身和中间底座之间结合面的高度，无论哪一型号的床身都是统一的，定为540毫米，所以中间底座的高度总是大于540毫米。

4.主轴箱轮廓尺寸的确定

标准主轴箱的厚度由主轴箱体、前盖和后盖三层尺寸构成。主轴箱体厚为

180毫米。卧式机床前盖厚为55毫米。卧式机床后盖厚90毫米。因此，主轴箱总厚度卧式主轴箱通常为325毫米。下面着重介绍一下主轴箱的高度、宽度和最低主轴高度尺寸的确定。

主轴箱的宽度B 和高度H 可按下式来确定：

2112

2B b b H h h h =+=++

式中 1b ——最边缘主轴中心至主轴箱外壁的距离；

2b ——工件上要加工的在宽度方向上相隔最远的两孔距离；

h ——工件上要加工的在高度方向上相隔最远的两孔距离；

1h ——最低主轴中心至主轴箱底平面的距离，即最低主轴高度； 2h ——最上边主轴中心至主轴箱外壁的距离。

2b 和h 是已知的，如果我们确定了1b 、1h 和2h 的尺寸，那么主轴箱的宽度B

和高度H 就可以算出来，然后根据标准主轴箱宽X 高的标准尺寸系列，选择合适的尺寸B X H 。

为了保证主轴箱内有足够空间安排传动齿轮，推荐2170~100h b =≥毫米。 主轴箱最低主轴高度1h ，我们不能独立的任意确定，必须考虑到它与工件最低孔的位置、机床配置型式、装料高度和动力部件、滑座、床身的关系，应不大于85~120毫米。