第一章 组合机床概述

本设计是对齿轮箱体钻孔、攻丝组合机床总体及攻螺纹多轴箱设计。通过本次设计掌握组合机床的工作原理，设计方法和了解组合机床的发展史及未来的发展前景。

动力箱 、各种工艺切削头和动力滑台是组合机床完成切削主运动或进给运动的动力部件，是组合机床通用部件中最基本的部件。其中还有能同时完成切削主运动和进给运动的动力头。而只能完成进给运动的动力部件称为动力滑台。

固定在动力箱上的主轴箱是用来布置切削主轴，并把动力箱输出轴的旋转运动传递给各主轴的切削刀具。由于各主轴的位置与具体被加工零件有关，因此主轴箱必须根据被加工零件进行设计。不能制造成完全通用的部件，但其中很多零件（如主轴、中间轴齿轮和箱体等）是通用的。

组合机床在目前被广泛应用。组合机床是根据工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床，它能够对工件进行多刀，多轴，多面，多工位同时加工。在组合机床上可以完成钻孔，攻丝，铰孔，车削，镗削，磨削及液压等工序。组合机床结构稳定，工作可靠，使用和维修方便，有可重新改装的优越性。其通用零部件可以多次重复使用。它可以同时从几个方向采用多把道具，对几个工件进加工，大大提高了生产率，而且他还具有设计制造周期短，占地面积小等特点。所以组合机床越来越广泛的被广泛的被应用到各行各业。

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。

组合机床的通用部件有：床身（侧底座）、底座（包括中间底座和立柱底座）、立柱、动力箱、动力滑台、各种工艺切削头等。对于一些按顺序加工的多工位组合机床，还具有移动工作台和回转工作台。

因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，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。

图1-1为各种组合机床配置方案示意图.

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图1-1各种组合机床配置方案示意图

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。

近年来组合机床的主要用户汽车制造厂为了提高产品质量和加强竞争力，对加工设备提出了一些新的要求，如高生产率、缩小加工尺寸的分散度、高可靠性、高利用率和柔性化；此外要求组合机床价格低，交货期短，售后服务好。这对组合机床行业是一种新的挑战，其中有一些要求相当苛刻的。在不断革新和采用新技术以及一些有关工业及配套件厂的共同努力下，有不少要求已得到满足，在技术上取得了一些新的进展。例如，在对组合机床高生产率方面，要求单线（不采用并联线）加工大件（指缸体、缸盖、变速箱体、变速器壳）的生产率达到120-182件/h （100%负荷时），也就是节拍时间为20-30s 或更短。又如，车削活塞变椭圆裙部的数控专门化车床，转速高达5000r/min，生产率可达500件/h。它采用了新颖的往复运动刀架（直线伺服电动机驱动、采用计算机磁盘驱动和定位原理，以及滚动导轨铝质套筒形密封结构）和高抗振性聚合物人造花岗岩床身等新技术；其加工的外圆公差可达0.0013mm，仅为图纸要求公差的1/2，可以不必再分组的办法进行选择装备，便可做到互换装配，从而减少零件的库存量和分组、保管、配对等手续和管理上的麻烦，更加便于实现“准时制生产”。对于组合机床来说

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达到完全互换装配的加工精度尚有些距离，如精镗汽缸孔的精度目前还只能达到0.02mm，如能达到0.012-0.015mm就可以达到完全互换装配了，在高可靠性和利用率方面，部分组合机床自动线可达到三班制常年生产（利用班休间隔进行换刀）。

当前不但有一个国家内各组合机床制造厂之间存在着竞争，同时还在各国著名机床厂之间也出现了竞争。如美国较著名的组合机床厂Cross公司及其参加的Kearney Cross联营公司由于连年亏损，于1991年被Giddings Lcwis公司收购而消失了。美国是汽车工业发达、需要组合机床及其自动线较多的国家。近年来，德国、意大利的几个较著名的组合机床制造厂纷纷打入美国市场，1991、1992两年输入美国的组合机床及其自动线价钱金额达2.8亿美元。

由于柔性制造设备和技术的发展和广泛应用，特别是加工箱体件柔性制造单元和柔性制造系统的应用，取代了一部分单一品种生产用的组合机床及其自动线，预计90年代组合机床在机床市场中所占的比例将继续降低。一份1990年发表的美国机床市场调查及预测报告（表1-1）表明，组合机床在机床市场中所占的份额（金额计算），从80年代中期的平均占15%，将到989年的9.3%，预计90年代前半期还将继续下降到7.7%。而加工中心所占比例将上升3个百分点（由18%升至21%）。另一份报告（美国Manufacturing Eninineering.1991.102.No1:18）指出，1990-1997年美国柔性制造系统和柔性制造单元的产值将从7.69亿美元增至17亿美元。美国组合机床市场会进一步缩小，也是一种必然的趋势。各国情况不同，但适应市场对产品多样化的要求，利用柔性较大的设备进行多品种生产和易于实现产品的更新换代则是一种必然的趋势，虽然组合机床也在向柔性化发展，但其柔性毕竟不及柔性制造系统，其应用总是受到一定限制，组合机床市场的缩小将会程度不同地出现。

美国组合机床（其包括内容与我国比较接近）的产值在金切机床产值中占的比例较高，大多数年份都在20%以上，表明美国组合机床行业是比较发达的。从单台（条）的平均价值金额看，美国较高，表明美国组合机床自动线的产量较多。意、法两国组合机床的产量和产值虽然较少，但其在金切机床年产值中的比例却高于德国和日本，表明这两国重视组合机床的生产。美国组合机床的常量很少，所占比例较低，未受重视。

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表1-1美国金属切削机床市场情况及预测

组合机床的更新情况，可以每隔几年一次机床拥有量普查中有关各类机床役龄的统计及其所占百分比的数据中推算出来。美国是机床普查工作进行得比较好的国家，其分类及役龄统计都比较完整。美国1968-1989年进行了5次机床普查。组合机床（包括自动线）的拥有量、构成比及役龄的百分比表明组合机床的构成比有些变化，但变化不大；70年代后期构成比最大，80年代又逐渐减少，可以认为70年代后期组合机床在美国的应用达到高潮。从役龄的百分比来分析组合机床的更新情况是，1983年和1989年的0-4年役龄的各占16%和14%，而调查是每五年进行一次，大约每年有3%的新组合机床投入使用，总量变化不大，可以认为其更新率约为3%。从其他几个役龄上看，5-9年役龄的增加了10%，20年以上役龄的减少了16%，组合机床的役龄是更年轻化了。这种情况可以认为有比较普遍的意义。

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