组合机床的配置形式及结构方案研究

滕伟

（天津工业大学机电学院，天津300160）

组合机床是一种专用高效自动化技术装备，目前是大批量机械产品实现高效率、高品质和经济性生产的关键装备，因而被广泛应用于许多工业生产领域。

1 机床的使用条件

（1）车间布置情况。车间内零件输送滚道的高度，将影响机床的装料高度，当工件输送滚道穿过机床时，机床应设计为通过式，且配置不能超过3面。同时，装卸工件只能推进拉出，机床通常不能安装中间导向，如果车间面积有限，则要限制机床轮廓尺寸。此外，生产线的工艺流程方向，机床在车间的安装位置等，对机床配置方案也有一定的影响。

（2）工艺间的联系。工件到组合机床加工前，毛坯或半成品必须达到一定的要求，否则会造成工件在机床上夹紧定位不可靠，甚至造成刀具损坏，或者不能保证要求的加工精度。如果在组合机床上加工以后，还要转到其他机床上加工，而工件没有预先加工出保证精度的有关定位基面，那么组合机床应该考虑为下一道工序加工出定位面。

（3）使用厂的技术能力和自然条件。如果使用厂没有相当能力的工具车间，制造、刃磨复杂的整体复合刀具有困难，则制定方案时应避免采用此类刀具，必要时可增加机床工位，以便采用一般刀具分散加工。

2 组合机床的组成

一台组合机床主要由滑台、钻削头、夹具、多轴箱、动力箱、立柱、立柱底座、中间底座、侧底座以及控制部件和辅助部件等组成。其中夹具和多轴箱是按加工对象设计的专用部件，其余均为通用部件，且专用部件中的绝大多数零件（约70%～90%）也是通用零件。加工时，刀具由电动机通过动力箱、多轴箱驱动作旋转主体运动，并通过各自的滑台带动作直线进给运动。

3 组合机床的类型

根据所选用的通用部件的规格大小，以及结构和配置形式等方面的差异，将组合机床分为大型组合机床和小型组合机床两大类；根据组合机床的配置形式，可将其分为具有固定夹具的单工位组合机床、具有移动夹具的多工位组合机床和转塔式组合机床三类。

3.1 具有固定夹具的单工位组合机床

单工位组合机床特别适用于加工大、中型箱体类零件。在整个加工循环中，家具和工件固定不动，通过动力部件使刀具从单面、双面或多面对工件进行加工。这类机床加工精度较高，但生产率较低。按照组成部件的配置形式及动力部件的进给方向，单工位组合机床又分为卧式、立式、倾斜式和复合式共4种类型。

3.2 具有移动夹具的多工位组合机床

多工位组合机床的夹具和工件，可按预定的工作循环，作间歇的移动或转动，以便依次在不同工位上，对工件进行不同的工位加工。这类机床生产率高，但加工精度不如单工位组合机床，多用于大批量生产中对中小型零件的加工。

按照夹具和工件的输送方式不同，可分为移动工作台式、回转工作台式、中央立柱式和鼓轮式四种类型。

（1）移动工作台组合机床。可以先后在两个工位上从两面对工件进行加工，夹具和工件可随工作台直线移动来实现工件的变换。

（2）回转工作台组合机床。在每一个工位上可以同时加工一个或几个工件，其上的夹具和工件安装在绕垂直轴线回转的回转工作台上，并随其作周期转动来实现工件的换位。由于这种机床适宜于对中小型工件进行多面、多工序加工，具有专门的装卸工位，使装卸工件的辅助时间和机动时间重合，所以不能获得较高的生产率。

（3）中央立柱式组合机床。机床上的夹具和工件，安装在绕垂直轴线回转的环形回转工作台上，并随其做周期转动以实现工位的变换。在环形回转工作台周围以及中央立柱上，均可布置动力部件，在各个工位上，对工件进行多工序加工。

（4）鼓轮式组合机床。机床上的夹具和工件安装在绕水平轴线回转的鼓轮上，并作周期转动，以实现工位的变换。在鼓轮的两端布置动力部件，从两面对工件进行加工。

3.3 转塔式组合机床

转塔式组合机床的特点是几个多轴箱安装在转塔回转工作台上，各个多轴箱依次转到加工位置对工件进行加工。按多轴箱是否作进给运动，将这类机床分为两类：

（1）只实现主运动的转塔式多轴箱组合机床。多轴箱安装在转塔回转工作台上，主轴由电动机通过多轴箱的传动装置带动作旋转主运动；工件安装在滑台的回转工作面上，由滑台带动作进给运动。

（2）既实现主运动又可随滑台作进给运动的转塔式多轴箱组合机床。这类机床的工件固定不动，转塔式多轴箱安装在滑台上并随滑台作进给运动。转塔式组合机床可以完成一个工件的多工序加工，因而可减少机床台数和占地面积，适宜于中、小批量生产。

4 组合机床的通用部件

组合机床的通用部件是组合机床的基础。部件通用化程度的高低，标志着组合机床技术的水平。在组合机床设计中，选择通用部件是重要内容之一。

4.1 通用部件的分类

按通用部件在组合机床上的作用，可分为下列几类：

（1）动力部件。是组合机床的主要部件，其为刀具提供主运动和进给运动。动力部件包括动力滑台及其相配套使用的动力箱和各种单轴头，如铣削头、钻削头、镗孔车断面头等，其他部件均以选定的动力部件为依据来配套选用。

（2）支承部件。是组合机床的基础部件，包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座等，用于支承和安装各种部件。组合机床各部件之间的相对位置精度和机床的刚度，主要由支承部件保证。

（3）输送部件。用于带动夹具和工件的移动和转动，以实现工位的变换，因此，要求有较高的定位精度。输送部件主要有移动工作台和回转工作台。

（4）控制部件。用于控制组合机床按预定的加工程序进行循环工作，包括可编程控制器（PLC）、各种液压元件、操纵板、控制挡铁和按钮台等。

（5）辅助部件。包括用于实现自动夹紧工件的液压或气动装置、机械扳手、冷却和润滑装置、排屑装置以及上下料的机械手等。

4.2 通用部件的型号、规格及配套关系

按通用部件标准，动力滑台的主参数为其工作台面宽度，其他通用部件的主参数取与其配套的滑台主参数来表示。等效采用国际标准设计的“1字头”通用部件，按精度分为：普通级、精密级和高精度级三种精度等级。“1字头”滑台采用双矩形闭式导轨，纵向用双矩形的外侧导向，斜镶条调整导轨间隙；压板与支承导轨组成辅助导轨副，防止倾覆力矩过大导致滑鞍（动导轨）与滑座（支承导轨）分离。这种导轨制造工艺简单，导向精度高，刚度好。

5 组合机床的影响因素

通常，在确定工艺方案的同时，也就大体上确定了组合机床的配置形式和结构方案。但是还要考虑下列因素的影响。

5.1 加工精度的影响

工件的加工精度要求，往往影响组合机床的配置形式和结构方案，例如，加工精度要求高时，应采用固定夹具的单工位组合机床；加工精度要求低时，可采用移动夹具的多工位组合机床；工件各孔间的位置精度要求高时，应采用在同一工位上对各孔同时精加工的方法；工件各孔同轴度要求高时，应单独采用精加工等。

5.2 工件结构状况影响

工件的形状、大小和加工部位的结构特点，对机床的结构方案也有一定的影响。例如，对于外形尺寸和净质量较大的工件，一般采用固定夹具的单工位组合机床；对多工序的中小型零件，则宜采用移动夹具的多工位组合机床；对于大直径的深孔加工，宜采用具有刚性主轴的立式组合机床等。

5.3 生产率的影响

生产率往往是决定采用单工位组合机床、多工位组合机床还是组合机床自动线的重要因素。例如，从其他因素考虑应采用单工位组合机床，但由于满足不了生产率的要求，就不得不采用多工位组合机床，甚至自动线来进行加工。而在多工位组合机床时，还要考虑：工位数不超过2 3个，并能满足生产率要求，应选用移动工作台式组合机床；工位数超过4个时，才选用回转工作台或鼓轮式组合机床。

5.4 现场条件的影响

使用组合机床的现场条件，对组合机床的结构方案也有一定的影响。例如，车间温度过高，使用液压传动机床不够稳定，则宜采用机械传动的结构形式；使用单位刃磨刀具、维修、调整能力以及车间布置的情况，都将影响组合机床的结构方案。

6 结束语

机床工业是现代工业特别是现代制造业的基础，在国民经济中占有重要的战略地位。对我国而言，机床工业不仅仅具有重要的经济意义，而且还具有重要的国防战略意义。研究机床工业的特点，有助于我们了解机床工业的特殊规律，从而找到适合我国国情的机床工业发展之路。

[1]大连组合机床研究所.组合机床设计手册[K].北京：机械工业出版社，1991.

[2]金针华.组合机床调整及使用[M].北京：机械工业出版社，1990.