组合机床主轴箱及其夹具设计

蒋凯 徐小宁 郭洋

摘 要：组合机床是由大量的通用部件和少量專用部件组成的工序集中的高效率专用机床。它能够对一种（或几种）零件进行多刀、多轴、多面、多工位加工。在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、铣削磨削等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床主要加工平面和孔，它能根据不同的零件组合出相应的加工机床。所以此次组合机床设计主体内容是机床的性能及规格、主要参数的选定、工艺方案的制定、“三图一卡”的编制、主轴箱原始依据图的绘制及设计尺寸链的检验及有关校验。

关键词：组合机床：主轴箱;夹具设计

组合机床的通用部件分大型和小型两大类。大型通用部件是指电机功率为1.5-30千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为箱体移动的结构形式。小型通用部件是指电机功率为0.1-2.2千瓦的动力部件及其配套部件。这类动力部件多为套筒移动的结构形式。用大型通用部件组成的机床称为大型组合机床。用小型通用部件组成的机床称为小型组合机床。按设计的要求本次设计的机床为大型通用机床。组合机床除分为大型和小型外，按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。工位指一次装卡工件后，工件（或装配单元）与卡具或设备的可动部分一起相对刀具或设备的固定部分所占据的每一个位置。单工位机床又有单面、双面、三面和四面几种，多工位机床则有移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和回转鼓轮式等配置型式。本次设计的机床为单工位双面铣床。

1组合机床配置型式的选择

对于加工发动机连杆这样的工件，特别适合大、中箱体件的加工。为尽可能地提高生产率，最理想的是将工件一次性全部加工。经过和指导老师商量后，我们决定设计四根主轴两端同时进行铣削。在满足条件的情况下，采用卧式双面铣床是可行的。在加工连杆过程中，还必须考虑到加工零件特点对配置型式和结构方案的影响。在加工精度要求影响方面，不仅提高原始精度，提高工件的定位基准和减少夹压变形等措施，还要采用如下措施。采用液压进给系统。液压系统能够稳定，便捷的操作，提高了加工过程精度和光洁度。采用刚性主轴方案，由于机床导轨间隙及导轨磨损的影响。在加工过程中就不易产生振动，并且有足够的刚性保证其径向切削力。

2. 组合机床主轴箱设计

2.1主轴箱设计的原始依据

主轴箱设计的原始依据图，是根据三图一卡整理编绘出来的，其内容包括主轴箱设计的原始要求和已知条件。 在编辑此图时从三图一卡中一已知：（1）主轴箱轮廓尺寸500 500mm。

（2）工件位置尺寸及连杆大小头中心位置尺寸。（3）工件与主轴箱位置尺寸。根据这些数据可编制出主轴箱设计原始依据图。

2.2 运动参数和动力参数的确定

本机床主轴箱采用三级传动： 传动比为3.765，根据所提供数据估算各对齿轮齿轮数及传动比：根据所提供数据估算各对齿轮齿轮数及传动比：

第一对： =22         =32    其传动比 ：   i=1.45

第二对：  =26         =38   其传动比 ： i=1.46

第三对：  =32        =57    其传动比 ：   i=1.78

按要求，本机床要同时粗铣两端面。因被加工零件两端面所要达到的各级参数都完全相同，故设计成相互对称的传动系统。

对传递动力轴满足强度条件是最基本的要求。通过结构设计初步确定出轴的尺寸后，根据受载情况进行轴的强度校核计算。首先作出轴的计算图。如果轴上零件的位置已知，即已知外载荷及支反力的作用位置。将齿轮带轮等级装配宽度的分布简化为集中力，并视为作用在轮毂宽度的中点上;略去轴和轴上的自重;略去轴上产生的拉压应力;把轴看成铰链支承，支反力作用在轴承上。则将双支点轴当作受集中力的简支梁进行计算，然后绘制弯矩图和扭矩图，并进行轴的强度校核。

3主轴箱的坐标计算

坐标计算是机床主轴箱设计中的一个重要问题。坐标计算就是根据已知的驱动轴和主轴的位置及传动关系。计算中间传动轴的坐标，以便在绘制主轴零件加工图时，将各孔的坐标尺寸完整地出来。并用已绘制的坐标检查图作为传动设计的全面检查。加工基准坐标架的选择及确定各主轴的坐标。为了便于主轴箱的加工，设计时必须基准坐标架。通常采用直角坐标。用xoy表示。它的选择是根据主轴箱的安置情况和加工所用设备条件而定。针对本设计的组合机床，采用以下的方法确定主轴及驱动轴坐标。

4. 组合机床夹具设计

夹具是组合机床的重要组成部件，是根据机床的工艺和结构方案的具体要求而设计的。它是用于实现被加工零件的准确定位，夹压，刀具的导向，以及装卸工件时限位等等作用的。

组合机床夹具跟一般夹具所起的作用看起来好像很接近，但其结构和设计要求却有着很显著的甚至是根本的区别。组合机床夹具的结构和性能，对组合机床配置方案的选择有很大的影响。下面介绍一下组合机床夹具的一些主要特点。机械制造过程中用来固定加工对象，使之占有正确的位置，以接受施工或检测的装置。又称卡具。夹具通常由定位元件（确定工件在夹具中的正确位置）、夹紧装置、对刀引导元件（确定刀具与工件的相对位置或导引刀具方向）、分度装置（使工件在一次安装中能完成数个工位的加工，有回转分度装置和直线移动分度装置两类）、连接元件以及夹具体（夹具底座）等组成。夹具种类按使用特点可分为：①万能通用夹具。如机用虎钳、卡盘、分度头和回转工作台等，有很大的通用性，能较好地适应加工工序和加工对象的变换，其结构已定型，尺寸、规格已系列化，其中大多数已成为机床的一种标准附件。②专用性夹具。为某种产品零件在某道工序上的装夹需要而专门设计制造，服务对象专一，针对性很强，一般由产品制造厂自行设计。常用的有车床夹具、铣床夹具、钻模（引导刀具在工件上钻孔或铰孔用的机床夹具）、镗模（引导镗刀杆在工件上镗孔用的机床夹具）和随行夹具（用于组合机床自动线上的移动式夹具）。③可调夹具。可以更换或调整元件的专用夹具。④组合夹具。由不同形状、规格和用途的标准化元件组成的夹具，适用于新产品试制和产品经常更换的单件、小批生产以及临时任务。

一般的机床夹具是作为机床的辅助机构设计的，而组合机床夹具是机床的主要组成部分，其设计工作是整个组合机床设计的重要部分之一。  组合机床夹具应便于实现定位和夹压的自动化，并有动作完成的检查信号;保证切屑从加工空间自动排除;便于观察和检查，以及在不从机床上拆下夹具的情况下，能够更换易损件和维护调整。组合机床夹具是组合机床的组成部件，其设计应按如下的程序进行：

（1）认真研究分析所要设计夹具的原始数据和要求。 因为在拟订组合机床的工艺和结构方案时，对夹具的结构型式和主要性能已提出了原则要求。（2）拟订夹具结构方案和进行必要的计算。根据机床总体设计中确定的工件定位基面、夹压位置、加工方法和刀具导向方式等，制定夹具的总体方案。（3）组合机床夹具设计的总图和零件。在已确定的夹具结构方案基础上，设计生产用的夹具总图和零件图。

参考文献

[1]机械加工工艺师手册. 杨叔子编.机械工程出版   2000