中国计量学院解读

1、中国计量学院毕业设计（论文）题目：数控组合机床设计级学院专业班级学号姓名指导教师摘要目前，先进工业技术已经广泛应用到工业、民用等各个领域中，如飞机制造、船舶制造、石油化工等。 计算机技术的快速发展使先进制造技术发展如虎添翼， 并且有了质的飞越。 因此，市场对先进制造技术中的生产设备数控组合机床的需求也大大提升。组合机床，是由大量 的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床。其特点有：结构紧凑、工作质量可 靠、设计和制造周期短、投资少、经济效果好、生产率高等。数控机床是国家工业化道路上的 必然选择。本次设计首先针对所要加工的零件入手，对机床进行总体方案设计，进而确定机床的总体 布局，随后

2、，对主轴组件进行设计。在设计主轴组件时，以主轴为线索，在满足刚度、精度等 要求下，完成其它（如轴承、轴向调节机构、锁紧机构等）所有零件的设计。关键词： 组合机床；主轴组件；主轴；轴承；轴向调节机构AbstractAt present, the advanced industrial technology has been widely applied to industrial, civil and other fields, such as aircraft manufacturing, shipbuilding, petroleum and chemical industry etc. T

3、he rapid development of computer technology makes the development of advanced manufacturing technology and be a tiger with wings added, has been a qualitative leap. Therefore, the market demand for production - combination of CNC machine tool equipment in advanced manufacturing technology can greatl

4、y enhanced.Modular Machine, by the large number of common parts and a small number of specialized components of the process focused efficient machine. Its features include : compact, reliable quality, design and manufacturing cycle shorter, less investment and economic effects, and higher productivi

5、ty .This design, first in response to the processing of parts, the paper machine for the overall program design, which will determine the overall layout of the machine. Subsequently, the spindle components of the design. Spindle components in the design, a spindle for clues to meet stiffness and pre

6、cision requirements, the completion of the other (eg, bearings, Axial adjustment, locking, etc.) all parts of the design.Keywords：Modular Machine； spindle components； stiffness； bearings；axial adjustment目录中文摘要 1ABSTRACT 2一、前言 4-6二、组合机床概述 6-8（一）组合机床的基本概述 6（二）组合机床的发展状况 6-7（三）组合机床的特点 7-8三、组合机床总体设计 8-11

7、（一）组合机床工艺方案的拟定 8-9（二）组合机床配置形式的选择 9（三）确定切削用量及选择刀具 9-11（四）组合机床总体设计一一“三图一 ” 11四、主轴组件设计 11-13（一）主轴结构的初步拟定 11（二）主轴的材料与热处理 12（三）主轴的技术要求 12-13五、 总结 13-14参考文献 15、八、刖言世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发 展。至今，它已成为现代制造工程的关键设备之一。现代制造工程从各个角度对组合机床提出 了愈来愈高的要求，而组合机床也在不断吸取新技术成果而完善和发展。在组合机床（图1）这类专用机床中，回转式（回转工作台

8、式和鼓轮式）多工位合机床和自动 线占有重要位置。因为这类组合机床是采用多工位、多轴、多面和多方向同时加工工件的，因 而具有很高的生产率。同时，这样的机床，工件经加工出基准后上机（线）或毛坯直接上机（线）， 可实现工件的全部加工。并且，由于工件在加工过程中往往是只需一次装夹，因而加工精度比 较高。因此，这类机床是内燃机行业或其它一些大批量生产部门使用的重要技术装备。根据美国在19781983年这5年间对所生产的4856台组合机床所作的统计分析表，回转工作台组合机床占了 /3，自动线41.5%（表1）舉1墓国19781983年期询所生产的组合机床及其构成单机回转工作台机床；自动玻ll7腳1C073

9、34%20154%莪它型式机床Bf-O氓5%应用统计数字可以看出，回转工作台组合机床是仅次于自动线而为工业部门使用较多的高效加 工设备。回转式务工位组合机床，特别适合于加工轮廓尺寸在250mm以内的中小零件。这类机床的应用主要集中于汽车、阀门、气动、液压、制锁、轻工仪表和电气等工业部门。市场销量大，因此在国内外有许多从事其设计和制造的厂家。如欧美的rons-hoffen 、Diedeoheim、witzig&Frank、Riello、IMAS AugustWenzler、wiest、Haaf、RinoBerard、K.P.Pfiffner 、 J.Worner、Mikro、EugenBader

10、、Kin-gsbury、H位 11erHille、Etxe 一 TarSA和 Posalux，日 本的三协精机、岩田工机，前苏联的哈尔科夫小型组合机床厂（X3MAC和我国的大连组合机床研 究所、大连机床厂、常州机床厂和北方精密机械厂等。其中，北方精密机械厂是我国唯一专门 从事回转工作台组合机床生产的专业厂，目前的生产能力为年产约30台。据估计目前我国回转式多工位组合机床约占整个组合机床的4%与机床工业发达的国家相比，无论在数量上还是在技术上均存在一定差距。因此，加速发展这类机床，以满足四化建设 的需要，是我国机床行业面临的一项任务。金属切削机床中的组合机床，是根据工件加工需要，以大量通用部件为

11、基础，配以少量专 用部件组成的一种高效专用机床。它具有：生产率高；加工精度稳定；研制周期短，便于设计、 制造和使用维护，成本低；配置灵活等。正是由于这些特点的存在，决定了组合机床在当今新 形势下仍能被广泛应用于汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器仪表、军工及自行车等轻工行业 和机床、机车、工程机械等制造业中。此次设计的是铣削组合机床及主轴组件。首先，对机床进行总体设计，确定总体方案后得 到机床总体布局图；再着重进行主轴组件的设计，其中包括主轴的设计、支承的选取、主轴轴向移动机构和主轴锁紧机构等的设计。由于能力所限，设计尚有许多不足之处，恳请各位老师给予指导二、组合机床概述（一）组合机床的基本概述组

12、合机床以系列化和标准化的通用部件为基础，配以少量专用部件对一种或多种工件按预 先确定的工序进行切削加工的机床。兼有万能机床和专用机床的优点。通用零部件通常占整个 机床零部件的70%90%,只需要根据被加工零件的形状及工艺改变极少量的专用部件就可以 部分或全部进行改装，从而组成适应新的加工要求的设备。由于在组合机床上可以同时从几上 方向采用多把刀具对一个或数个工件进行加工，所以可减少物料的搬运和占地面积，实现工序 集中，改善劳动条件，提高生产效率和降低成本。将多台组合机床联在一起，就成为自动生产 线。组合机床广泛应用于需大批量生产的零部件，如汽车等行业中的箱体等。另外在中小批量 生产中也可应用成

13、组技术将结构和工艺相似的零件归并在一起，以便集中在组合机床上进行加 工。现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械 组件等技术的综合反映。目前，由于它仍是大批量机械产品实现高效、高质量和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于汽车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产领域。其中，特别是汽车工业，是组合机床和自动线最大的用户。近20年来，汽车和内燃机等行业的产品市场 寿命不断缩短，品种日益增多且质量不断提高。这些因素有力地推动和激励了组合机床和自动 线技术的不断发展。（二）组合机床的发展状况最早的组合机床于1911年在美国制成，用于加工汽车零件。1953年，美国

14、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。初期，各机 床制造厂都有各自的通用部件标准。为了提高不同制造厂的通用部件的互换性，便于用户使用 和维修。1973年，国际标准化组织（ISO）公布了第一批组合机床通用部件标准。1975年，中 国第一机械工业部颁布了中国的第一批组合机床通用部件标准。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。铣削平面的平面度可达0.05毫米/ 1000毫米，表面粗糙度可低达2.50.63微米；镗孔精度可达IT76级，孔距精度可达0.030.02微米。专

15、用机床是随着汽车工业的兴起而发展起来的。在专用机床中某些部件因重复使用，逐步 发展成为通用部件，因而产生了组合机床。在我国，组合机床发展已有28年的历史，其科研和生产都具有相当的基础，应用也已深入 到很多行业。从2002年年底第21届日本国际机床博览会上获悉，在来自世界 10多个国家和地区 的500多家机床制造商和团体展示的最先进机床设备中，超高速和超高精度加工技术装备与复 合、多功能、多轴化控制设备等深受欢迎。然而更关键的是现代通信技术在机床装备中的应用， 信息通信技术的引进使得现代机床的自动化程度进一步提高，操作者可以通过网络或手机对机 床的程序进行远程修改，对运转状况进行监控并积累有关数

16、据；通过网络对远程的设备进行维 修和检查、提供售后服务等。在这些方面我国组合机床装备还有相当大的差距，因此我国组合 机床技术装备高速度、高精度、柔性化、模块化、可调可变、任意加工性以及通信技术的应用 将是今后的发展方向。（三）组合机床的特点组合机床是由通用部件和专用部件组成的高效、专用、自动化程度较高的机床。它能完成 钻、扩、铰、镗、铣、攻丝等加工工序和工作台转位、定位、夹紧、输送等辅助动作。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

17、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。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。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。有的组合机床采用车削头夹持工 件使之旋转，由刀具作进给运动，也可实现某些回转体类零件（如飞轮、汽车后桥半轴等）的外圆和端面加工。具有如下特点：1. 组成部件通用性、互换性、系列化；2. 加工全面性；3. 加工周期、成本，生产率;4. 加工工序集中；5 刀具使用；6.加工精度。三、组合机床总体设计（一）组合机床工艺方案的拟定组合机床总体

18、设计，通常是根据与用户签订的合同和技术协议书，针对具体加工零件拟定工艺和具体方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。工艺方案的拟定是组合机床设计的 关键一步。因为工艺方案在很大程度上决定了组合机床的结构配置和使用性能。因此，应根据 工件的加工要求和特点，按一定的原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素， 并经技术经济分析后拟定出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。1. 确定组合机床工艺方案的基本原则及注意的问题（1）粗、精加工分开原则a. 同一台多工位机床（如回转工作台式机床）上粗、精加工工序分开在相隔工位数较多的两个 位置上进行.b. 粗、精加工分开在自动线或流水线相隔机床数（工

19、序数）较多的两台机床上进行（2）工序集中原则a. 适当考虑相同类工序的集中：（a）集中攻螺纹 （b）集中深孔加（c）集中镗孔 （d）集中 一般的钻、铰b. 有相对位置精度要求的工序应集中加工。2. 确定组合机床工艺方案应注意的问题（1）按一般原则拟定工艺方案的一些限制a.孔间中心距的限制 b.工件结构工艺性的限制（2）其他应注意的问题a. 精镗孔注意孔表面是否允许留有退刀刀痕。b. 对互相结合的两壳体零件，均应分别从结合面加工联接孔。c. 钻阶梯孔先钻大孔后钻小孔。平面一般采用铣削加工。d. 制订加工一个工件的几台成套机床或流水线的工艺方案时，应尽可能使精加工集中在所有粗 加工之后，以减少内应

20、力变形影响，有利于保证加工精度。（二）组合机床配置形式的选择组合机床有大型和小型两种，大、小型组合机床虽有其共性，但有其特殊性。无论是使用 范围，配置形式，通用部件和驱动方式都各有特点。单工组合机床分为卧式单面组合机床、立 式单工组合机床、卧式双面组合机床、复合式双面组合机床、卧式三面组合机床、复合式三面 组合机床、卧式四面组合机床；多工位组合机床分为固定式多工位夹具组合机床、移动工作台 组合机床、回转工作台组合机床。单工位组合机床通常是加工一个或两个工件，特别适用于大 中型箱体件的加工。根据配置动力部件的数量，这类机床可以从单面或同时从几个方面对工件 进行加工。分析被加工零件液压钻机本体的技

21、术要求和工艺性以后，本体设计可以选择卧 式单面组合机床及卧式双面组合机床。由于被加工零件两面都具有五孔，但并不完全相同，因 此采用双面组合机床，可以进行一次装夹，多次加工。（三）确定切削用量及选择刀具 在组合机床工艺方案确定过程中，工艺方案和关键工序的切削用量选择十分重要。切削用量选 择是否合理，对组合机床的加工精度、生产率、刀具耐用度、机床的结构型式及工作可靠性均 有较大的影响。1. 确定工序间余量 为使加工过程顺利进行并可靠地保证加工质量，必须合理确定工序间余量。组合机床孔加工常 用工序间余量参见表 3 7 ，其他工艺方法的工序间余量可参考有关工艺设计资料。表3？组合机床孔加工常用工序余童

22、屮加工工序软加工孔径Q工序特点a亘径上工序余量P.|扩孔卫；12關钻砧扩孔卩1.5 23粗扩后犒扩J济！3亦5伍钻孔后扩孔屮2.0 ” 24租扩后精扩Q+J钱孔心1(去PP0.1020 “ 300.15 * 0.25心30 * 5W0.20 ” 03050 土 80025 * 03580 KXP0.30 ” 0.40 J半精虧20 * 82P80-150130035 * 0 期确定工序间余量应注意以下问题21）粗镣时应考虑工件的冷硬层、悔造里皮和孔偏心，孔径余量一般应 6 B2）工件经重新安装或用多工位机床加工定位误差较大时，余量应适当加大。当工件在一次安装下精加工和桔加工时）藉加工余量可小些

23、口 H6.H7孔时）直径上余量一般应璋0.4,0.5mm3在确定锂孔余量时应!$意余量对趙杆直径的影响尤I是需要让刀以便使廝通过时，由于加工余量和工件让刀量的影响往往要诫小惶杆直径若导致惶杆刚性不足可减小粗惶加工余量.2. 切削用量的选择方法必须从实际出发，根据加工精度、工件材料、工作条件、技术要求等进行分析，按照经济 地满足加工要求的原则，合理地选择切削用量。一般常用查表法，参照生产现场同类工艺通过工艺试验确定切削用量。根据生产经验，在组合机床上进行孔加工、平面加工、螺纹加工的切削用量，推荐按表3 8至表314选取。根据工艺要求及加工精度不同，组合机床采用的刀具有：一般简单刀具（标准刀具）、

24、复合刀具及特种刀具。选择刀具结构应注意下述主要问题：条件允许，为使工作可靠，结构简单，刃磨容易，尽量选择标准刀具和简单刀具。为提高工序集中程度或保证加工精度，可采用先后加工或同时加工两个或两个以上表 面的复合刀具。选用镗刀和铰刀的原则。镗杆直径和镗刀头截面尺寸一般可根据镗孔直径按表316选取。选择刀具结构时，必须认真分析被加工零件材料特点在生产率要求较高的孔的精加工场合，应采用铰铰削而不采用镗刀镗肖U。对工艺上有特殊要求时，如孔的加工表面不允许留下退刀痕迹，则要用具有让刀动作的 镗刀镗削。在组合机床上，为了某种特殊目的（如精锪止口、锪孔及内切槽等），需选用和设计特殊 刀具时，可参考组合机床设计

25、的有关资料。（四）组合机床总体设计一一“三图一卡”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文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联 系尺寸图和编制生产率计算卡等。四、主轴组件设计（一）主轴结构的初步拟定主轴的结构主要决定于主轴上所安装的刀具、夹具、传动件、轴承和密封装置等的类型、 数目、位置和安装定位的方法，同时还要考虑主轴加工和装配的工艺性，一般在机床主轴上装 有较多的零件，为了满足刚度要求和能得到足够的止推面以及便于装配，常把主轴设计成阶梯 轴，即轴径从前轴颈起向后依次递减。主轴是空心的或者是实心的，主要取决

26、于机床的类型。 此次设计的主轴，也设计成阶梯形，同时，在满足刚度要求的前提下，设计成空心轴，以便通 过刀具拉杆。主轴端部系指主轴前端。它的形状决定于机床的类型、安装夹具或刀具的形式，并应保证 夹具或刀具安装可靠、定位准确，装卸方便和能传递一定的扭矩。短圆锥法兰盘式主轴端部结构形式特点是：主轴端面上有四个螺孔，用来固定和传递扭矩给刀 具。主轴是空心的，前端有锥度为 7:24的锥孔。（二）主轴的材料与热处理主轴材料主要根据刚度、载荷特点、耐磨性和热处理变形大小等因素选择。主轴的刚度与材料的弹性模量 E值有关，钢的E值较大（2.1 X 107N/cm2左右），所以，主 轴材料首先考虑用钢料。钢的弹性

27、模量 E的数值和钢的种类和热处理方式无关，即不论是普通 钢或合金钢，其弹性模量E基本相同。因此在选择钢料时应首先选用价格便宜的中碳钢（如 45 钢），只有在载荷特别重和有较大的冲击时，或者精密机床主轴需要减少热处理后的变形时，或者轴向移动的主轴需要保证其耐磨性时，才考虑选用合金钢。当主轴轴承采用滚动轴承时，轴颈可不淬硬，但为了提高接触刚度，防止敲碰损伤轴颈的配合表面，不少45钢主轴轴颈仍进行高频淬火（HRC4&54）.有关45钢主轴热处理情况如下 表2-2所列：表2-2使用滚动轴承的45钢主轴热处理等参数工作条件使用机床材料牌号热处理硬度常用代用轻中负载车、钻、铣、磨床主轴4550调质HB22

28、0- 250轻中负载局部要求高硬度磨床的砂轮轴4550高频淬火HRC5 各 58轻中负载PW400( N -m/cm2 -s)车、钻、铣、磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC4 各 50HRC5 各 58此次设计的机床主轴，考虑到主轴材料的选择原则，选用价格便宜的中碳钢（45钢）。查表2-2中，因工作中承受轻、中负荷，且要求局部高硬度，故热处理采用高频淬火，HRC52-58。（三）主轴的技术要求主轴的精度直接影响到主轴组件的旋转精度。主轴和轴承、齿轮等零件相连接处的表面几 何形状误差和表面粗糙度，关系到接触刚度，零件接触表面形状愈准确、表面粗糙度愈低，则 受力后的接触变形愈小，亦即接触刚度愈高。因此，对主轴设计必须提出一定的技术要求。1.轴颈此次设计的主轴，应首先考虑轴颈。支承轴颈是主轴的工作基面、工艺基面和测量基面。 主轴工作时，以轴颈作为工作基面进行旋转运动；加工主轴时，为了保证锥孔中心和轴颈中心 同轴，一般都以轴颈作为工艺基面来最后精磨锥孔；在