組合機(jī)床的配置形式及結(jié)構(gòu)方案研究

滕偉

（天津工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院，天津300160）

組合機(jī)床是一種專用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備，目前是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效率、高品質(zhì)和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備，因而被廣泛應(yīng)用于許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。

1 機(jī)床的使用條件

（1）車間布置情況。車間內(nèi)零件輸送滾道的高度，將影響機(jī)床的裝料高度，當(dāng)工件輸送滾道穿過(guò)機(jī)床時(shí)，機(jī)床應(yīng)設(shè)計(jì)為通過(guò)式，且配置不能超過(guò)3面。同時(shí)，裝卸工件只能推進(jìn)拉出，機(jī)床通常不能安裝中間導(dǎo)向，如果車間面積有限，則要限制機(jī)床輪廓尺寸。此外，生產(chǎn)線的工藝流程方向，機(jī)床在車間的安裝位置等，對(duì)機(jī)床配置方案也有一定的影響。

（2）工藝間的聯(lián)系。工件到組合機(jī)床加工前，毛坯或半成品必須達(dá)到一定的要求，否則會(huì)造成工件在機(jī)床上夾緊定位不可靠，甚至造成刀具損壞，或者不能保證要求的加工精度。如果在組合機(jī)床上加工以后，還要轉(zhuǎn)到其他機(jī)床上加工，而工件沒(méi)有預(yù)先加工出保證精度的有關(guān)定位基面，那么組合機(jī)床應(yīng)該考慮為下一道工序加工出定位面。

（3）使用廠的技術(shù)能力和自然條件。如果使用廠沒(méi)有相當(dāng)能力的工具車間，制造、刃磨復(fù)雜的整體復(fù)合刀具有困難，則制定方案時(shí)應(yīng)避免采用此類刀具，必要時(shí)可增加機(jī)床工位，以便采用一般刀具分散加工。

2 組合機(jī)床的組成

一臺(tái)組合機(jī)床主要由滑臺(tái)、鉆削頭、夾具、多軸箱、動(dòng)力箱、立柱、立柱底座、中間底座、側(cè)底座以及控制部件和輔助部件等組成。其中夾具和多軸箱是按加工對(duì)象設(shè)計(jì)的專用部件，其余均為通用部件，且專用部件中的絕大多數(shù)零件（約70%～90%）也是通用零件。加工時(shí)，刀具由電動(dòng)機(jī)通過(guò)動(dòng)力箱、多軸箱驅(qū)動(dòng)作旋轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)各自的滑臺(tái)帶動(dòng)作直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

3 組合機(jī)床的類型

根據(jù)所選用的通用部件的規(guī)格大小，以及結(jié)構(gòu)和配置形式等方面的差異，將組合機(jī)床分為大型組合機(jī)床和小型組合機(jī)床兩大類；根據(jù)組合機(jī)床的配置形式，可將其分為具有固定夾具的單工位組合機(jī)床、具有移動(dòng)夾具的多工位組合機(jī)床和轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床三類。

3.1 具有固定夾具的單工位組合機(jī)床

單工位組合機(jī)床特別適用于加工大、中型箱體類零件。在整個(gè)加工循環(huán)中，家具和工件固定不動(dòng)，通過(guò)動(dòng)力部件使刀具從單面、雙面或多面對(duì)工件進(jìn)行加工。這類機(jī)床加工精度較高，但生產(chǎn)率較低。按照組成部件的配置形式及動(dòng)力部件的進(jìn)給方向，單工位組合機(jī)床又分為臥式、立式、傾斜式和復(fù)合式共4種類型。

3.2 具有移動(dòng)夾具的多工位組合機(jī)床

多工位組合機(jī)床的夾具和工件，可按預(yù)定的工作循環(huán)，作間歇的移動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，以便依次在不同工位上，對(duì)工件進(jìn)行不同的工位加工。這類機(jī)床生產(chǎn)率高，但加工精度不如單工位組合機(jī)床，多用于大批量生產(chǎn)中對(duì)中小型零件的加工。

按照夾具和工件的輸送方式不同，可分為移動(dòng)工作臺(tái)式、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式、中央立柱式和鼓輪式四種類型。

（1）移動(dòng)工作臺(tái)組合機(jī)床?？梢韵群笤趦蓚€(gè)工位上從兩面對(duì)工件進(jìn)行加工，夾具和工件可隨工作臺(tái)直線移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的變換。

（2）回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床。在每一個(gè)工位上可以同時(shí)加工一個(gè)或幾個(gè)工件，其上的夾具和工件安裝在繞垂直軸線回轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，并隨其作周期轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的換位。由于這種機(jī)床適宜于對(duì)中小型工件進(jìn)行多面、多工序加工，具有專門(mén)的裝卸工位，使裝卸工件的輔助時(shí)間和機(jī)動(dòng)時(shí)間重合，所以不能獲得較高的生產(chǎn)率。

（3）中央立柱式組合機(jī)床。機(jī)床上的夾具和工件，安裝在繞垂直軸線回轉(zhuǎn)的環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，并隨其做周期轉(zhuǎn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)工位的變換。在環(huán)形回轉(zhuǎn)工作臺(tái)周圍以及中央立柱上，均可布置動(dòng)力部件，在各個(gè)工位上，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工。

（4）鼓輪式組合機(jī)床。機(jī)床上的夾具和工件安裝在繞水平軸線回轉(zhuǎn)的鼓輪上，并作周期轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)工位的變換。在鼓輪的兩端布置動(dòng)力部件，從兩面對(duì)工件進(jìn)行加工。

3.3 轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床

轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床的特點(diǎn)是幾個(gè)多軸箱安裝在轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，各個(gè)多軸箱依次轉(zhuǎn)到加工位置對(duì)工件進(jìn)行加工。按多軸箱是否作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將這類機(jī)床分為兩類：

（1）只實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔式多軸箱組合機(jī)床。多軸箱安裝在轉(zhuǎn)塔回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，主軸由電動(dòng)機(jī)通過(guò)多軸箱的傳動(dòng)裝置帶動(dòng)作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)；工件安裝在滑臺(tái)的回轉(zhuǎn)工作面上，由滑臺(tái)帶動(dòng)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。

（2）既實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)又可隨滑臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)塔式多軸箱組合機(jī)床。這類機(jī)床的工件固定不動(dòng)，轉(zhuǎn)塔式多軸箱安裝在滑臺(tái)上并隨滑臺(tái)作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)塔式組合機(jī)床可以完成一個(gè)工件的多工序加工，因而可減少機(jī)床臺(tái)數(shù)和占地面積，適宜于中、小批量生產(chǎn)。

4 組合機(jī)床的通用部件

組合機(jī)床的通用部件是組合機(jī)床的基礎(chǔ)。部件通用化程度的高低，標(biāo)志著組合機(jī)床技術(shù)的水平。在組合機(jī)床設(shè)計(jì)中，選擇通用部件是重要內(nèi)容之一。

4.1 通用部件的分類

按通用部件在組合機(jī)床上的作用，可分為下列幾類：

（1）動(dòng)力部件。是組合機(jī)床的主要部件，其為刀具提供主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。動(dòng)力部件包括動(dòng)力滑臺(tái)及其相配套使用的動(dòng)力箱和各種單軸頭，如銑削頭、鉆削頭、鏜孔車斷面頭等，其他部件均以選定的動(dòng)力部件為依據(jù)來(lái)配套選用。

（2）支承部件。是組合機(jī)床的基礎(chǔ)部件，包括側(cè)底座、立柱、立柱底座和中間底座等，用于支承和安裝各種部件。組合機(jī)床各部件之間的相對(duì)位置精度和機(jī)床的剛度，主要由支承部件保證。

（3）輸送部件。用于帶動(dòng)夾具和工件的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)工位的變換，因此，要求有較高的定位精度。輸送部件主要有移動(dòng)工作臺(tái)和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。

（4）控制部件。用于控制組合機(jī)床按預(yù)定的加工程序進(jìn)行循環(huán)工作，包括可編程控制器（PLC）、各種液壓元件、操縱板、控制擋鐵和按鈕臺(tái)等。

（5）輔助部件。包括用于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)夾緊工件的液壓或氣動(dòng)裝置、機(jī)械扳手、冷卻和潤(rùn)滑裝置、排屑裝置以及上下料的機(jī)械手等。

4.2 通用部件的型號(hào)、規(guī)格及配套關(guān)系

按通用部件標(biāo)準(zhǔn)，動(dòng)力滑臺(tái)的主參數(shù)為其工作臺(tái)面寬度，其他通用部件的主參數(shù)取與其配套的滑臺(tái)主參數(shù)來(lái)表示。等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的“1字頭”通用部件，按精度分為：普通級(jí)、精密級(jí)和高精度級(jí)三種精度等級(jí)。“1字頭”滑臺(tái)采用雙矩形閉式導(dǎo)軌，縱向用雙矩形的外側(cè)導(dǎo)向，斜鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙；壓板與支承導(dǎo)軌組成輔助導(dǎo)軌副，防止傾覆力矩過(guò)大導(dǎo)致滑鞍（動(dòng)導(dǎo)軌）與滑座（支承導(dǎo)軌）分離。這種導(dǎo)軌制造工藝簡(jiǎn)單，導(dǎo)向精度高，剛度好。

5 組合機(jī)床的影響因素

通常，在確定工藝方案的同時(shí)，也就大體上確定了組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案。但是還要考慮下列因素的影響。

5.1 加工精度的影響

工件的加工精度要求，往往影響組合機(jī)床的配置形式和結(jié)構(gòu)方案，例如，加工精度要求高時(shí)，應(yīng)采用固定夾具的單工位組合機(jī)床；加工精度要求低時(shí)，可采用移動(dòng)夾具的多工位組合機(jī)床；工件各孔間的位置精度要求高時(shí)，應(yīng)采用在同一工位上對(duì)各孔同時(shí)精加工的方法；工件各孔同軸度要求高時(shí)，應(yīng)單獨(dú)采用精加工等。

5.2 工件結(jié)構(gòu)狀況影響

工件的形狀、大小和加工部位的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案也有一定的影響。例如，對(duì)于外形尺寸和凈質(zhì)量較大的工件，一般采用固定夾具的單工位組合機(jī)床；對(duì)多工序的中小型零件，則宜采用移動(dòng)夾具的多工位組合機(jī)床；對(duì)于大直徑的深孔加工，宜采用具有剛性主軸的立式組合機(jī)床等。

5.3 生產(chǎn)率的影響

生產(chǎn)率往往是決定采用單工位組合機(jī)床、多工位組合機(jī)床還是組合機(jī)床自動(dòng)線的重要因素。例如，從其他因素考慮應(yīng)采用單工位組合機(jī)床，但由于滿足不了生產(chǎn)率的要求，就不得不采用多工位組合機(jī)床，甚至自動(dòng)線來(lái)進(jìn)行加工。而在多工位組合機(jī)床時(shí)，還要考慮：工位數(shù)不超過(guò)2 3個(gè)，并能滿足生產(chǎn)率要求，應(yīng)選用移動(dòng)工作臺(tái)式組合機(jī)床；工位數(shù)超過(guò)4個(gè)時(shí)，才選用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或鼓輪式組合機(jī)床。

5.4 現(xiàn)場(chǎng)條件的影響

使用組合機(jī)床的現(xiàn)場(chǎng)條件，對(duì)組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案也有一定的影響。例如，車間溫度過(guò)高，使用液壓傳動(dòng)機(jī)床不夠穩(wěn)定，則宜采用機(jī)械傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式；使用單位刃磨刀具、維修、調(diào)整能力以及車間布置的情況，都將影響組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)方案。

6 結(jié)束語(yǔ)

機(jī)床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位。對(duì)我國(guó)而言，機(jī)床工業(yè)不僅僅具有重要的經(jīng)濟(jì)意義，而且還具有重要的國(guó)防戰(zhàn)略意義。研究機(jī)床工業(yè)的特點(diǎn)，有助于我們了解機(jī)床工業(yè)的特殊規(guī)律，從而找到適合我國(guó)國(guó)情的機(jī)床工業(yè)發(fā)展之路。

[1]大連組合機(jī)床研究所.組合機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)[K].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[2]金針華.組合機(jī)床調(diào)整及使用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.