摘要: 介（jiè）紹了異型石材車（chē）銑加（jiā）工中心床頭（tóu）箱（xiāng）箱體雙（shuāng）麵鏜孔組合機床（chuáng），繪製了“三圖一卡”，設計了（le）夾具及剛性主軸的結構尺寸。在流水線（xiàn）上同時（shí）完成兩孔的加（jiā）工，改善了加工精（jīng）度及保證了相應的位置精度（dù），同時大大提（tí）高了生產率，降低勞動強度，從而降低了零件的生產成本（běn）。

     關鍵詞: 組合機（jī）床; 三圖一卡; 夾具; 加工精度; 生產率
 

     0 引言
 
 
     組合（hé）機床［1］是由許多預製的（de）通用（yòng）部件及少量的專（zhuān）用部件（jiàn）組（zǔ）成的一種專用高效自動化技術裝（zhuāng）備，它能從多麵、多工位、多軸對一（yī）個或幾個工件同時進（jìn）行加工。在組合機床上可以完成鑽孔、擴孔、鉸孔、鏜（táng）孔（kǒng）、攻（gōng）絲、車削、銑削、磨削及滾（gǔn）壓等工序。與一般的萬能機床相比，具（jù）有設計製造（zào）周（zhōu）期短、成本低、自動化程（chéng）度高、加工效率高、加工質量穩定、減輕工人勞動強度等優點。世界上（shàng）第一台組合機（jī）床於1908 年在美國（guó）問世，30 年代後組合機床在世界各國得到迅速發展［2］，至（zhì）今，它已成為（wéi）現代製造工程，尤其是箱（xiāng）體零（líng）件加工的關鍵（jiàn）設備之一。李紀明（míng）等［3］介紹了一種適用於S195 柴油機機體三麵精鏜（táng）孔加工（gōng）的組合機床，保證了機（jī）體的加工（gōng）精度，提（tí）高了生產（chǎn）效率; 薑蘇賓［4］介紹一種經使用適用於
Ｒ180 型柴油機機體（tǐ）孔係加工（gōng）的三麵鏜孔組合機床，提（tí）高了（le）生產（chǎn）率、降低了工人勞動強度; 王傳順等（děng）［5］介（jiè）紹了孔距小、孔徑大、多孔的箱（xiāng）體零件在采用固（gù）定雙導向鏜孔加工中，利用液壓滑台拖動工（gōng）件( 夾具) 讓刀的工藝（yì）設計方案，在滿足（zú）加工精度的前提下，簡化了機床結構。

   
     1 、擬定工（gōng）藝方案

     1． 1 加工零件分析

     按照粗（cū）精加工分開（kāi）原則和工序集中原則確定組合機床工（gōng）藝方案，並且注意孔間中（zhōng）心距（jù）的限製及工件結構工藝性不好的限製等問題。

     加工的零件是異型石材車銑加工中心［6］床頭箱箱體，零件（jiàn）示意圖如圖1。被加工主軸箱殼體（tǐ）零件為不規（guī）則形體，主（zhǔ）要表示為各軸承（chéng）孔及各端麵，該（gāi）工（gōng）藝複雜，加工表麵不集（jí）中，加工工位多，致使加（jiā）工（gōng）工序分散。箱體的軸承孔均為7 級（jí）精度（dù）孔，表麵（miàn）粗糙度為Ｒa = 1． 6μm和Ｒa =3． 2μm，另外有（yǒu）精度要求的加工表麵為箱體頂部端（duān）麵及各口部端麵（miàn）以及底（dǐ）部的配合麵。綜合以上（shàng）分析，該工件的基（jī）本工（gōng）藝為先加工（gōng）上、下麵的配合表麵（miàn），其次加工左右兩個側麵，最後在組合機床（chuáng）上加工各孔。

     其鏜孔工（gōng）藝過程［7］如下:

     ① 粗加工箱體各軸承孔（kǒng）;
     ② 自（zì）然時效;
     ③ 鏜各軸（zhóu）承孔;
     ④ 檢驗（yàn）;
     ⑤ 清洗;
     ⑥ 打毛刺，修邊。

     在該加工階（jiē）段，把各軸承孔及相對位置精（jīng）度和尺寸精度（dù）要求高的（de）孔組合在一起，由一台組合機床（chuáng）一次加工完成。

                    圖1 零件示意圖

     1． 2 定位基準（zhǔn）的選擇

     箱體在組合機床上的定位關係著（zhe）箱體的加工（gōng）質量。根（gēn）據被加工箱體的（de）特點，采（cǎi）用“一麵兩孔”的定位方法［8-10］。

    該工件選擇M 麵和兩（liǎng）工藝孔作為定位基準，銷孔為H7 精度，根據工件底麵M 麵的特點，以（yǐ）及粗加工的具（jù）體（tǐ）加工條件及加工要求，以四條長支撐板作為（wéi）定位組件，不僅增加定位穩定性，還增加了（le）工件的剛性（xìng），提高了（le）承受切削力（lì）的能力。

     1． 3 刀具類型（xíng）、材料及幾何參數的選擇

     該組合機床在鏜孔加（jiā）工階段，加工孔是對（duì）稱的而且需要從兩側同時加工（gōng），所以選為剛性主（zhǔ）軸式，僅需考慮主（zhǔ）軸的剛度和減震性。為了提高工序集中程度或滿足（zú）精度要求，在這裏采用複合（hé）刀具。根據現階段我國機械工業中（zhōng）刀具使用的材料、種類和粗加工切削的特點，選擇刀具類型為YG8C，刀具幾何參數［10-11］選擇（zé）如（rú）下:

     主偏角: Kr = 35°
     負（fù）偏角: Kk = 25°
     前角: α = 8°
     後角: γ = 11°
     刃傾角: λ = 5°

     1． 4 鏜杆（gǎn）直徑、刀（dāo）杆尺寸的（de）選擇

     鏜刀不宜在鏜杆外懸伸（shēn）過長，以免（miǎn）剛性不足。鏜孔直徑D、鏜孔直徑d、鏜刀截麵B × B 之間（jiān）有確定的關（guān）係，鏜杆（gǎn）應（yīng）有一定的強度和剛度。根據文獻［8］，選取鏜杆具（jù）體尺寸，鏜杆（gǎn）均為圓柱形，左側鏜削主軸（zhóu）鏜杆直（zhí）徑為100mm，右側鏜削主軸鏜杆直徑為120mm 。

     1． 5 工序間餘量的確定

     零件的（de）生產類型為成批生產，毛坯的生產為連（lián）續鑄造，鑄造精度高，因此加工餘量較一般方（fāng）法鑄造的小。鏜孔時考慮到工件的冷硬層鑄孔（kǒng）的鑄造黑皮和鑄造偏心，粗鏜餘量( 直徑) 一般（bān）大於或等於6 ～ 7mm，半精鏜加工餘量（liàng）為1． 5 ～ 3mm，精鏜加工餘量為（wéi）0． 6 ～1． 2mm。本設計取粗鏜餘量為（wéi）8mm，半精鏜餘量為2mm，精鏜餘量為1mm。

     1． 6 鏜孔的切削用量的確定

     切削用量的選擇（zé）是否合（hé）理，對組合機床的加工（gōng）精度、生產率、刀具耐用度、機床的結構形式及工作可靠（kào）性均有（yǒu）較大的影響。

     由文獻［8］知對於硬質合金在（zài）粗鏜時，切削速度V = 40m/min，切（qiē）削深度= 8mm，又由文獻［7］查得硬質合金鏜刀（dāo）加工鑄鐵可以得到進給量（liàng）S = 0． 15mm/rad，切削功率P = 0． 55kW ，並由（yóu）公式（shì）( 1) 得到主軸轉速N = 320r /min( 左側加（jiā）工) 和240 r /min( 右側加工（gōng）) 。

     1． 7 計算刀具的耐用度

     刀具材料為硬質合金（jīn），工件材料為鑄鐵，由文獻［10］中組合機床切削用量計算圖推薦的切削（xuē）力、轉矩及功（gōng）率公（gōng）式可得切削力（lì）FZ = 1914． 5N，FX = 675N; 切削轉矩T = 338． 2kN·mm; 切削功率P = 1． 25kW; 刀（dāo）具耐用度t = 254min，滿足耐用度規定的（de）最低值條件。

     1． 8 確定組合機床的配（pèi）置形式

    被加工箱體因尺寸較大，重量較重，故宜采（cǎi）用（yòng）大型單工位組合機床。為使機床結（jié）構不太複雜，提高其通用化（huà）程度，改善機床結構（gòu），改善機（jī）床結構工藝性能，又考慮加工精度（dù）要求，機床（chuáng）的生產（chǎn）率（lǜ），工件為雙麵鏜孔，故采用臥式單工位雙麵組合機床［7-8，10］，且（qiě）采用組合機床一次安裝，一次（cì）裝夾（jiá）便（biàn）於同（tóng）時粗鏜出各孔。

     2 、組合機床的總體設（shè）計

     2． 1 組合機（jī）床的設計步驟

     組合機床一般都是根據和用戶簽訂的設計、製造合同進（jìn）行設計的（de），步（bù）驟大致如下:

     ( 1) 調（diào）查（chá）研究，為組合（hé）機床總體設計提（tí）供必（bì）要的大量數據、資料、做好充分的（de）、全麵的技術（shù）準備;

     ( 2) 總體方（fāng）案設計，具（jù）體工作是編製（zhì）“三圖一卡”，即繪製被加工零件工序（xù）圖、加工示意圖、機床聯係尺寸圖，編製生產率計算卡（kǎ）;

     ( 3) 技術設計，根據總體設計已經確定的（de）“三圖一卡”，設計機床（chuáng）各專用部件正式總圖;組合機床總體設計就（jiù）是（shì）針對（duì）具體加（jiā）工零件，擬訂工藝和（hé）結構方案，並（bìng）進行總體方（fāng）案圖樣和有關（guān）技術文件的設計（jì）［7-11］。

     2． 2 組合機床“三圖一卡”

                                      圖2 加工工序圖（tú）

                             圖3 加工示意圖

                                                          圖4 聯係尺（chǐ）寸總圖

     如圖（tú）2 ～ 圖4 所示，分別為被加工（gōng）零件工序圖、加工示意圖、機床聯係尺寸總圖［7-12］。工件（jiàn）定位方案中定位麵選擇（zé）底麵M，工藝孔選擇底麵25、35 的孔，精加（jiā）工至IT7 級以便於粗精兩道工序的加工。其中被加工零件的工序圖表示所設計的組（zǔ）合機床完成的（de）工藝內容（róng），加工（gōng）部位（wèi）的尺寸、精度、表麵粗糙度（dù）及技術要求，加工用的定位基準，夾緊部位以及被加工零（líng）件的材料（liào）、硬度和在本機床加（jiā）工（gōng）前加工餘量、毛（máo）坯或半（bàn）成品情況的圖樣。加工示意圖是表達工藝方案具體內（nèi）容的（de）機床工藝方案圖，其表（biǎo）明了被加工零（líng）件在機（jī）床上實際（jì）的加工狀態，同時也（yě）反映機床（chuáng）的加工方法，加工條件（jiàn）及（jí）加工過程。機床聯係尺寸總圖是（shì）用來表示機床的配置形式、主（zhǔ）要構成（chéng）及各（gè）部件安裝位置、相互聯係、運動關係和操（cāo）作方位的總體布局（jú）圖，用以檢驗各部（bù）件的（de）相（xiàng）對位置及尺（chǐ）寸聯（lián）係能否滿足加工要求和通用部件（jiàn）選擇是否合適; 它可以看成是機床總（zǒng）體（tǐ）外觀簡圖，其輪廓尺寸、占地麵積、操作方式等（děng）可以檢驗是否適應（yīng）用戶現場（chǎng）使用環境。

     機床生產率計（jì）算卡［7-11］如表1 所示。生產率計算卡是反映機床生產節拍或實際生產率和切削用量、動作時間、生產綱領及負荷率等關係的技（jì）術文（wén）件。根據加工示意圖所確定的工作循環及切削用量等，計算機（jī）床生產率並編製生產（chǎn）率計（jì）算卡。它是用戶驗收機床生產率的重要依據。

     3 、夾具（jù）設計

    夾具［7-11］是組合機（jī）床的重要組成部件（jiàn），是根（gēn）據機床的工藝和結（jié）構方（fāng）案的具體要求而專門設計的。它是用於實現被加工零件的準確定位，夾緊（jǐn），刀具（jù）導向，以及裝卸工件時的限位等作用的。鏜孔工序加工工件采用一麵兩銷，一個圓銷，一個菱形銷。夾（jiá）具中的一麵不采用三點支撐，而放在兩麵（miàn）的長支撐板上。其選擇分別為: 圓柱定位銷T0211-41，菱形定位銷T0211-42，支撐板T0219-46。該夾緊采用液壓夾緊方式，根據文獻（xiàn）［8-9］計算得夾緊力取Q = 3333N，液壓缸推力取工作壓力（lì）為500N/cm2。

     4 、剛性主軸設計

    該組合機床加工工件的階梯孔直徑比較大，而且加工位置對稱，所以選用（yòng）專用主軸箱中的剛性鏜削主軸箱［8］。其（qí）特點是刀具不需要借助於導向進行加工，主軸和（hé）刀杆是采用剛性連接，這就要（yào）求主軸有較高的剛度，加工質量在很大程度上（shàng）取決於主軸係統本身（shēn）的剛性。若主軸的剛性不足，在加工過程中往往會產生振動崩刀，使被加工零件難以達到要求的精度和粗糙（cāo）度，甚至（zhì）損壞刀具。

    主軸主要參數［7-11］有平均外徑D、支撐距（jù）L、懸伸長a、懸伸比L /a。按照（zhào）主軸的實（shí）際工作條件，參考有（yǒu）關經驗數據，從多方麵進行分析（xī）比較來確定主軸的各主要（yào）參數。其（qí）主（zhǔ）軸懸伸量（liàng）為: 左側a1 = 140mm( 加工孔深95mm) ，右側a2 = 240mm( 加工孔深180mm) 。主軸懸（xuán）伸（shēn）比分別取: L1 /a1 = 2，L2 /a2 = 1． 5。主軸直徑D是決定主軸（zhóu）剛度的重要因素。在剛性（xìng）主軸的設計（jì）中，確（què）定主軸直徑，目前可采用（yòng）比較法，即根據使用中類似（sì）的剛性（xìng）主軸與所設計的（de）主軸，從其工作（zuò）條（tiáo）件上加以對比，然後進行選取軸徑（jìng），選好後再做些簡單的驗算。可（kě）以根據主軸傳遞的扭矩按公式初步估算，然後（hòu）再進行校核。剛性主軸平均直徑取左側為D1 = 60mm，右側為D2 = 80mm。

     5 、結束語

    通過車銑（xǐ）加工（gōng）中心床頭（tóu）箱箱體（tǐ）零件圖確定了加工工藝過程; 按照組合機床工序圖繪製要求（qiú）繪（huì）製（zhì）了鏜車銑加工中心床頭箱箱（xiāng）體孔的工序圖，並繪製了該工序的加工示意圖及機床聯係尺寸（cùn）圖; 同時繪製了組合機床生產率卡（kǎ）。簡要介紹了鏜孔的夾具設計，其采（cǎi）用液壓夾緊方式，並設計了剛性（xìng）主軸的結構尺寸（cùn）。車銑加工中心床頭箱箱體（tǐ）孔係的加（jiā）工采用雙麵孔同時（shí）加工方式，在（zài）流水（shuǐ）線上同時完成兩個麵的鏜孔工作，提高（gāo）了加工精度及保證了相應的位置精度，同時大大提高了生產率，降低勞動（dòng）強度，從而降低了零件的生產成本。