1940_立臥式44軸組合鉆床上主軸箱設(shè)計(jì)

1940_立臥式44軸組合鉆床上主軸箱設(shè)計(jì),臥式,44,組合,鉆床,主軸,設(shè)計(jì) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 1 頁(yè) 組合機(jī)床摘要：本文介紹了組合機(jī)床的概念、發(fā)展歷史、組成、發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)等內(nèi)容。通過(guò)這些對(duì)組合機(jī)床有一個(gè)大致的了解，為設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。關(guān)鍵詞：組合機(jī)床 1. 前言組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。組合機(jī)床一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。由于通用部件已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，可根據(jù)需要靈活配置，能縮短設(shè)計(jì)和制造周期。因此，組合機(jī)床兼有低成本和高效率的優(yōu)點(diǎn)，在大批、大量生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并可用以組成自動(dòng)生產(chǎn)線。組合機(jī)床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車(chē)削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車(chē)后橋半軸等）的外圓和端面加工。 [1]2. 組合機(jī)床發(fā)展歷史專用機(jī)床是隨著汽車(chē)工業(yè)的興起而發(fā)展起來(lái)的。在專用機(jī)床中某些部件因重復(fù)使用，逐步發(fā)展成為通用部件，因而產(chǎn)生了組合機(jī)床。最早的組合機(jī)床是 1908 年美國(guó)福特汽車(chē)公司制成的，用于加工汽車(chē)零件。1928 年，前蘇聯(lián)開(kāi)始生產(chǎn)組合機(jī)床。我國(guó)的組合機(jī)床制造技術(shù)是從“一五”計(jì)劃期間， “一汽” 、“洛拖”引進(jìn)組合機(jī)床開(kāi)始的。1956 年 3 月，當(dāng)時(shí)的第一機(jī)械工業(yè)部第二機(jī)器管理局批準(zhǔn)了第一專業(yè)設(shè)計(jì)處（即線大連組合機(jī)床研究所的前身， ）全面引進(jìn)了前蘇聯(lián)的組合機(jī)床通用部件和設(shè)計(jì)指導(dǎo)資料，開(kāi)始了我國(guó)組合機(jī)床的創(chuàng)業(yè)階段，并于同年在大連機(jī)床廠制造出我國(guó)的第一臺(tái)組合機(jī)床。1961 年，又制造出我國(guó)第一條組合機(jī)床自動(dòng)線。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 2 頁(yè) 組合機(jī)床設(shè)計(jì)制造從“一廠一所”起步發(fā)展到如今一個(gè)獨(dú)立的配套齊全的行業(yè)。我國(guó)組合機(jī)床制造技術(shù)的發(fā)展大體經(jīng)歷以下四個(gè)階段：（1） 引進(jìn)消化，開(kāi)創(chuàng)我國(guó)組合機(jī)床技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系；（2） 普及組合機(jī)床技術(shù)，發(fā)展形成行業(yè)；（3） 組織科技攻關(guān)，努力提高組合機(jī)床技術(shù)水平；（4） 柔性制造技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了組合機(jī)床傳統(tǒng)制造技術(shù)的轉(zhuǎn)變。 [2]3. 組合機(jī)床的組成初期，各機(jī)床制造廠都有各自的通用部件標(biāo)準(zhǔn)。為了提高不同制造廠的通用部件的互換性，便于用戶使用和維修，1953 年美國(guó)福特汽車(chē)公司和通用汽車(chē)公司與美國(guó)機(jī)床制造廠協(xié)商，確定了組合機(jī)床通用部件標(biāo)準(zhǔn)化的原則，即嚴(yán)格規(guī)定各部件間的聯(lián)系尺寸，但對(duì)部件結(jié)構(gòu)未作規(guī)定。通用部件按功能可分為動(dòng)力部件、支撐部件、輸送部件、控制部件和輔助部件五類。動(dòng)力部件是為組合機(jī)床提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件。主要有動(dòng)力箱、切削頭和動(dòng)力滑臺(tái)。支撐部件是用以安裝動(dòng)力滑臺(tái)、帶有進(jìn)給機(jī)構(gòu)的切削頭或夾具等的部件，有側(cè)底座、中間底座、支架、可調(diào)支架、立柱和立柱底座等。輸送部件是用以輸送工件或主軸箱至加工工位的部件，主要有分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、環(huán)形分度回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、分度鼓輪和往復(fù)移動(dòng)工作臺(tái)等?？刂撇考怯靡钥刂茩C(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)的部件，有液壓站、電氣柜和操縱臺(tái)等。輔助部件有潤(rùn)滑裝置、冷卻裝置和排屑裝置等。 [3]為了使組合機(jī)床能在中小批量生產(chǎn)中得到應(yīng)用，往往需要應(yīng)用成組技術(shù)，把結(jié)構(gòu)和工藝相似的零件集中在一臺(tái)組合機(jī)床上加工，以提高機(jī)床的利用率。這類機(jī)床常見(jiàn)的有兩種，可換主軸箱式組合機(jī)床和轉(zhuǎn)臺(tái)式組合機(jī)床。 [4]4. 組合機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，先進(jìn)組合機(jī)床的生產(chǎn)技術(shù)亦日新月異，主要有以下發(fā)展趨勢(shì)：（1）組合機(jī)床品種的發(fā)展重點(diǎn)在組合機(jī)床這類專用機(jī)床用，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線占有很重要的地位。黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 3 頁(yè) 因?yàn)檫@兩類機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工位上，并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉€(gè)面進(jìn)行加工，此外，還可以通過(guò)轉(zhuǎn)位夾具（在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上）或通過(guò)轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置（在自動(dòng)線上）實(shí)現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率，被汽車(chē)、摩托車(chē)和壓縮機(jī)等工業(yè)部門(mén)所采用。根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料，德國(guó)在 1990～1992 年期間，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線的產(chǎn)量約各占組合機(jī)床總數(shù)的 50%左右。應(yīng)指出，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床實(shí)際上是一種特殊型式的小型自動(dòng)線，適合于加工輪廓尺寸≤250mm 的中小件。與自動(dòng)線相比，在加工同一種工件的情況下，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床所占作業(yè)面積要比自動(dòng)線約小 2/3。 [5]（2）自動(dòng)線節(jié)拍時(shí)間進(jìn)一步縮短目前，以大批量生產(chǎn)為特征的轎車(chē)和輕型載貨車(chē)，其自動(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量通常為 60 萬(wàn)臺(tái)左右，實(shí)現(xiàn)這樣大的批量生產(chǎn)，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線在三班運(yùn)行的情況下，其節(jié)拍時(shí)間一般為 20～30 秒，當(dāng)零件生產(chǎn)批量更大時(shí)，機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間還要更短些。在 70 年代，自動(dòng)線要實(shí)現(xiàn)這樣短的節(jié)拍，往往要采用并列的雙工位或設(shè)置雙線的辦法，即對(duì)決定自動(dòng)線節(jié)拍的、工序時(shí)間最長(zhǎng)的加工工序要通過(guò)并聯(lián)兩個(gè)相同的加工工位，如果限制性工序較多時(shí)，則通過(guò)采用兩條相同的自動(dòng)線來(lái)平衡自動(dòng)線系統(tǒng)的加工節(jié)拍。顯然，這樣就要增加設(shè)備投資和作業(yè)面積?？s短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過(guò)提高切削速度和進(jìn)給速度來(lái)縮短基本時(shí)間?？s短輔助時(shí)間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件所花的時(shí)間。為縮短這部分空行程時(shí)間，普遍采用提高工件（工件直接輸送）或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動(dòng)速度。 [6]（3）組合機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速十多年來(lái)，作為組合機(jī)床重要用戶的汽車(chē)工業(yè)，為迎合人們個(gè)性化需求，汽車(chē)變型品種日益增多，以多品種展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)之一，這使組合機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)多品種生產(chǎn)，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機(jī)床和自動(dòng)線必須提高其柔性。在 70 年代，數(shù)控系統(tǒng)的可靠性有了很大的提高，故到 70 年代末和 80 年代初，像 Alfing、Huller-Hille 和 Ex-cell-o 等公司相繼開(kāi)發(fā)出數(shù)控加工模塊和柔性自動(dòng)線（FTL ） ，從此數(shù)控組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線逐年增多。在 1988黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 4 頁(yè) 年至 1992 年間，日本組合機(jī)床和自動(dòng)線（包括部分其他形式的專用機(jī)床）產(chǎn)量的數(shù)控化率已達(dá) 32%～39% ，產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá) 35%～51%；德國(guó)組合機(jī)床和自動(dòng)線產(chǎn)量的數(shù)控化率為 18%～62% ，產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá) 45%～66%。這些數(shù)字表明，近十年來(lái)，組合機(jī)床的數(shù)控化發(fā)展是十分迅速的。應(yīng)指出，進(jìn)入 90 年代以來(lái)，汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈，產(chǎn)品市場(chǎng)壽命進(jìn)一步縮短，新車(chē)型的開(kāi)發(fā)周期日益縮短（目前一般為 35 個(gè)月） ，汽車(chē)品種不斷增多，因而汽車(chē)工業(yè)對(duì)柔性自動(dòng)化技術(shù)裝備的需求量日益增多。如日本豐田汽車(chē)公司，在本世紀(jì)末的目標(biāo)是公司下屬工廠的柔性化生產(chǎn)效率的條件下，進(jìn)一步提高其柔性就愈來(lái)愈具有重要意義。 [7]（4）加工精度日益提高二十世紀(jì) 70 年代以來(lái)，隨著可轉(zhuǎn)位刀具、密齒銑刀、鏜孔尺寸自動(dòng)檢測(cè)和刀具自動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，組合機(jī)床的加工精度也有所提高。銑削平面的平面度可達(dá) 0.05 毫米/1000 毫米，表面粗糙度可低達(dá) 2.5～0.63 微米；鏜孔精度可達(dá) IT7～6 級(jí)，孔距精度可達(dá) 0.03～0.02 微米。特別自 80 年代中期以來(lái)，汽車(chē)制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車(chē)的競(jìng)爭(zhēng)力，不斷地加嚴(yán)其發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵件的制造公差，并通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量和分析方法，以及通過(guò)設(shè)備能力檢驗(yàn)來(lái)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，在驗(yàn)收組合機(jī)床和自動(dòng)線時(shí)，已普遍要求設(shè)備的工序能力系數(shù)要大于 1.33，有的甚至要求工序能力系數(shù)要大于 1.67，以便確保穩(wěn)定的加工精度。應(yīng)指出，采用 Cp≥1.33 來(lái)驗(yàn)收設(shè)備，這實(shí)際上是加嚴(yán)了工件的制造公差，即工件的實(shí)際加工公差僅為工件給定公差的 1/3～1/2，這無(wú)疑是對(duì)組合機(jī)床和自動(dòng)線提出了更高的要求。組合機(jī)床制造廠為了滿足用戶對(duì)工件加工精度的高要求，除了進(jìn)一步提高主軸部件、鏜桿、夾具（包括鏜模）的精度，采用新的專用刀具，優(yōu)化切削工藝過(guò)程，采用刀具尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)和控制機(jī)床及工件的熱變形等一系列措施外，目前，空心工具（HSK）和過(guò)程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制（SPC）的應(yīng)用已成為自動(dòng)線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段?？招牡毒咤F柄是一種采用徑向（錐面）和軸向（端面）雙向定位的新穎工具，其優(yōu)點(diǎn)是具有較高的抗彎剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和很高的重復(fù)精度。在機(jī)床上采用空心錐柄的鏜刀，就可使用預(yù)調(diào)的刀具加工出 IT7/IT6 精密孔。SPC 是基于工序能力的用于監(jiān)控工件加工質(zhì)量的一種方法。目前，在自動(dòng)線上這種質(zhì)量保證系統(tǒng)愈來(lái)愈多地被用來(lái)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中的加工質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。 [8]黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 5 頁(yè) （5）綜合自動(dòng)化程度日益提高近十年來(lái)，為進(jìn)一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過(guò)程中的中間儲(chǔ)存、搬運(yùn)以及縮短生產(chǎn)流程時(shí)間，將工件加工流程中的一些非切削加工工序（如工序間的清洗、測(cè)量、裝配和試漏等）集成到自動(dòng)線或自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)工件加工、表面處理、測(cè)量和裝配等工序的綜合自動(dòng)化。（6）自動(dòng)線可靠性和利用率不斷改善和提高自動(dòng)線的經(jīng)濟(jì)性只有在其進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的情況下才有可能實(shí)現(xiàn)。為提高自動(dòng)線加工過(guò)程的可靠性、利用率和工件的加工質(zhì)量，目前在自動(dòng)線上愈來(lái)愈多的采用過(guò)程監(jiān)控，快速進(jìn)行故障診斷和早期預(yù)報(bào)加工偏差，使操作人員和維修人員能及時(shí)地進(jìn)行干預(yù)，以縮短設(shè)備調(diào)試周期、減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和避免加工質(zhì)量偏差。顯然，提高自動(dòng)線的利用率和工件加工質(zhì)量是生產(chǎn)控制和監(jiān)控的主要目的。從目前自動(dòng)線生產(chǎn)控制和監(jiān)控的內(nèi)容看，生產(chǎn)控制和監(jiān)控系統(tǒng)基本上是由質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)線運(yùn)行控制與監(jiān)控系統(tǒng)和刀具監(jiān)控系統(tǒng)這幾個(gè)部分組成的。 [9]近年來(lái)，質(zhì)量監(jiān)控已日益成為現(xiàn)代自動(dòng)線生產(chǎn)監(jiān)控的重要一環(huán)。這主要是由于汽車(chē)工業(yè)不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的緣故。各汽車(chē)制造廠普遍要求將零件的設(shè)計(jì)公差帶壓縮1/3～1/2 作為工序公差，對(duì)機(jī)床能力系數(shù)提出了很高的要求。為此，自動(dòng)線制造廠為確保設(shè)備具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量，已日益重視應(yīng)用 SPC 對(duì)自動(dòng)線的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控，對(duì)加工質(zhì)量偏差的趨向進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，以便把工件的加工公差始終控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。現(xiàn)代自動(dòng)線的過(guò)程控制和監(jiān)控不僅包含對(duì)變得愈來(lái)愈復(fù)雜的自動(dòng)線的過(guò)程控制和對(duì)所有終點(diǎn)開(kāi)關(guān)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)開(kāi)關(guān)、節(jié)拍時(shí)間、冷卻和潤(rùn)滑液的供給以及液壓、氣動(dòng)功能等進(jìn)行監(jiān)控和診斷，而且還包括對(duì)刀具耐用度、設(shè)備維修間隔和工件計(jì)數(shù)進(jìn)行管理，并通過(guò)一些直觀的過(guò)程圖形顯示、操作指引、故障報(bào)警和診斷指示，使操作人員更便于監(jiān)控整個(gè)自動(dòng)線的生產(chǎn)過(guò)程。 [10]（7）其他技術(shù)的應(yīng)用動(dòng)向在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的組合機(jī)床行業(yè)中，下列技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。組合機(jī)床設(shè)計(jì)普及 CAD 技術(shù)：在國(guó)外許多公司中，組合機(jī)床設(shè)計(jì)已普遍采用 CAD 工作站。在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見(jiàn)到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD 除應(yīng)用于繪圖工作外，并在構(gòu)件的剛度分析（有限元方法） 、黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 文 獻(xiàn) 綜 述 ） 第 6 頁(yè) 組合機(jī)床及自動(dòng)線設(shè)計(jì)方案比較和選擇，以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用，從而顯著地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了設(shè)計(jì)周期。加之國(guó)外許多公司在組合機(jī)床和自動(dòng)線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高（一般達(dá) 90%以上） ，使組合機(jī)床和自動(dòng)線的交貨期進(jìn)一步縮短。 [11]推行并行工程：近十年來(lái)，為縮短汽車(chē)開(kāi)發(fā)周期、降低制造費(fèi)用和提高產(chǎn)品質(zhì)量，世界上許多汽車(chē)廠都在積極推行日本豐田汽車(chē)公司首創(chuàng)的精益生產(chǎn)方式（Lean Production） ） 。旨在從整體優(yōu)化的觀點(diǎn)合理配置和利用企業(yè)擁有的生產(chǎn)要素，以達(dá)到高速、高效、高質(zhì)量和低成本地開(kāi)發(fā)制造汽車(chē)，促使企業(yè)獲得更高的綜合效益。 [12]參考文獻(xiàn)[1] 謝家瀛.組合機(jī)床設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2002.[2] 大連組合機(jī)床研究所編.組合機(jī)床設(shè)計(jì)第一冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1975.[3] 范國(guó)清.組合機(jī)床通用部件專輯[M].大連：大連組合研究所，1975.[4] 沈陽(yáng)工學(xué)院 .組合機(jī)床設(shè)計(jì)[M].上海：上?？萍汲霭嫔?1985.[5] 裘愉.從幾個(gè)側(cè)面看組合機(jī)床的發(fā)展動(dòng)向[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，1994（1）.[6] 徐英男.組合機(jī)床及其自動(dòng)線的使用與調(diào)整[M].北京：勞動(dòng)人事出版社,1987.[7] 李秀敏.組合機(jī)床行業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展思考[J].航空制造技術(shù)，2003（4）.[8] 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