浅析组合机床发展现状及趋势

范龙等

【摘 要】机床是制造业的主要生产设备，而目前机床设备正朝着高复合、高精度、高速度化和模块化的复合机床发展。简单介绍了组合机床的含义、应用及发展现状，然后结合最新的研究成果重点介绍了组合机床的发展趋势。

【关键词】组合机床；研究现状；发展趋势

【Abstract】The machine tool is the main manufacturing equipment， and machine equipment is changing for the high complex， high-precision， high speed and modular composite machine currently. This paper briefly introduces the meaning of machine tool， application and development status.Then the paper focuses on the development trend of modular machine tool combined with the latest research.

【Key words】Combined machine tool； Research status； Development trend

0 引言

机床是制造业的主要生产设备，而数控机床是高精度、高效率的自动化生产设备。随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床正朝着高复合、高精度、高速度化和模块化方向发展。因此，数控组合机床就是在这样的社会环境下，为了适应当下的机械加工工艺对机床在高速、高精等方面的要求应运而生的。

经有关组织统计，自2010年起，屮国已经成为世界最大的机床生产国和购买国，在巨大的国内市场的拉动下，我国的机床产业进入了高速发展时期，新技术新产品大量被投入使用，一些具有国际水平的新产品也陆续推出，随着机床工业的飞速发展，特别是复合加工技术的日益广泛应用，机床的高效率、高精度以及近乎荀刻的成本控制日渐深入人心。据相关统计，由于单一加工内容，造成的数控加工装备和自动生产线机床成本浪费高达30%，因而影响其效能的充分发挥。由于以上各种原因，使得区别于传统单一加工内容的组合机床就显现出了明显的优势。

1 组合机床含义及应用

组合机床是以通用部件为基础，配以按工件特定外形和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。它一般采用多轴、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。它适宜于在大批量生产中对一种或几种类似零件的一道或几道工序进行加工。这种机床既具有专用机床的结构简单、生产效率高和自动化程度高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的需要。

组合机床一般用于加工箱体类或非凡外形的零件。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。

2 国内外组合机床现状

组合机床出现在世界上只有50多年的历史。我国组合机床事业是从无到有，逐渐发展起来的。从1956年开始自行设计、制造了组合机床并得到很大发展。如北京、上海、辽宁、山东、江苏等发展很快，西北、西南地区也又新的发展。国家又重点安排了一批工厂，如大连机床厂、常州机床厂、大河机床厂、长沙机床厂、上海第十机床厂等20多个工厂生产组合机床通用部件，为全国各地机械加工部门用组合机床自己武装自己创造了非常有利的条件。许多工厂在大搞技术改造、设备更新、质量翻新的热潮中，制造了大量的组合机床及其自动线，成倍地提高了劳动生产率，保证了产量和质量，降低了成本。目前，我国大多数省、市、自治区都能设计并制造组合机床及其自动线，产量、质量和技术水平都在不断提高。我国组合机床及其自动线已占有一定数量，特别是在汽车制造行业已有了大量的组合机床及其自动线，生产能力也在不断提高。用我国自行设计与制造的组合机床及其自动线武装起来的第二汽车制造厂，经投产后证明具有规模、效率高，具有较高的自动化程度特点物理从工艺方案和布局，还是从加工精度和质量方面看，这些组合机床及组合机床自动线都已达到国际先进水平。

近几年来，组合机床在汽车、拖拉机、柴油机、电机、仪器、仪表、缝纫机、自行车、阀门、矿山机械、冶金、航空、纺织机械及军工等部门已获得广泛的应用，甚至一些中小批量生产部门也开始推广使用。由于组合机床具有的一系列优点，因此在我国机械加工工业中广泛推广使用组合机床已成为多、快、好、省地发展我国机械加工工业的一条重要途径，继续发展和提高组合机床及自动线技术水平，是当前机械加工工业的一项重要任务。

3 组合机床发展趋势

3.1 广泛应用数控技术

国外主要的组合机床生产厂家都有自己的系列化完整的数控组合机床通用部件，在组合机床上不仅一般动力部件应用数控技术，而且夹具的转位或转角、换箱装置的自动分度与定位也都应用数控技术，从而进一步提高了组合机床的工作可靠性和加工精度。

安阳第二机床厂吴慧萍设计生产的立式单面四工位扩铰缸体挺柱孔组合机床，如图1所示。该机床由四个工位自动切换组成，利用移动前导向装置和棘爪输送装置配合液压夹紧，实现两个零件的同时加工。不仅节约了设备成本，而且提高了生产效益。

3.2 发展综合自动化技术

现代工业的大发展对自动化制造技术提出了许多新的需求，大批量生产的高效率，要求制造系统不仅能完成一般的机械加工工序，而且能完成零件从毛坯进线到成品下线的全部工序。

一拖开创装备科技有限公司李洋设计了发动机缸体轴承盖专用机床。以往的加工中，许多厂家通常采用两台机床分别对轴承盖螺栓孔进行钻孔和扩孔加工，这样不仅效率较低，品种单一，而且工件多次装夹造成了一定的定位误差。为了提高其加工效率和精度，该机床对钻孔和扩孔工序进行了整合，图2所示为其结构示意图。机床对工件的加工分二步进行，其中一工位刀具通过浮动钻模板进行钻孔加工，然后浮动钻模板随主轴箱退回原位，工件随夹具通过移位滑台移位至扩孔工位，刀具通过固定钻模板进行扩孔加工。同时，工件采用湿式加工，其所在夹具及钻模板上均设有湿式加工所用的水路系统，在对刀具进行冷却的同时，保证了工件定位面定位精度。

3.3 发展综合高速切削技术

随着科学技术的发展，高速切削技术取得了显著的进步。高速、高效、复合是当今机械加工的发展趋势。实现高速切削的最关键技术是研究开发性能优良的高速切削机床，自20世纪80年代中期以来，开发高速切削机床便成为国际机床工业技术发展的主流。

上海电气机床成套工程有限公司潘家珍设计了四工位双轴数控高速钻削组合机床，如图3所示。机床采用四等分数控转台交换夹具、精密内冷高速旋转主轴和伺服驱动进给，采用四工位双轴数控高速钻削的方式，从三个不同方向同时对门铰链进行螺纹底孔及倒角加工、销轴孔加工和背孔螺纹底孔及倒角加工。通过对夹具的快速更换，可以加工不同型号的门铰链车身件零件。左右件一次装夹同时加工。加工节拍为12s/两件。除人工上下料外，实现全自动加工过程。

3.4 发展柔性技术

20世纪80年代以来，国外对中大批量生产，多品种加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施，使加工装备具有了一定的柔性。如先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床；同时根据加工中心的发展，开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元，并以此为基础组成了柔性加工自动线（FTL）。这种结构的变化，既可以实现多品种加工要求的调整变化快速灵敏，又可以使机床配置更加灵活多样。

浙江大学流体传动及控制国家重点实验室姚荣庆开发了CNG车载瓶端部机械加工柔性组合机床，如图4所示。该机床针对传统CNG车载瓶加工缺少数控专机造成大质量CNG车载瓶加工质量较差和生产效率低下等技术问题，将基于移置式多轴机床的旋风切削、基于图像反馈的刀具切削路径误差补偿、面向绿色切削的雾化冷却技术等进行组合应用，开发了CNG车载瓶端部机械加工柔性组合机床，实现了高速平稳切削，快速可靠换刀，自适应性补偿缺陷，高效环保的刀具冷却。组合机床的应用使得CNG车载瓶加工技术的自动化程度、加工精度和生产效率都得到了明显提高。

4 结语

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。当今社会企业的发展壮大，都离不开创新，组合机床行业企业一要开展科技攻关，攻克当前行业企业技术发展上的难题。当今科学技术快速发展，传统的组合机床已经落后，企业需要立足根本，重点把关，把企业科研能力当成重中之重，使企业的创新能力到达一个新的平台。

【参考文献】

[1]吴慧萍，李前明.立式单面四工位扩铰缸体挺柱孔组合机床[J].组合机床与自动化加工技术，2013（6）：119-123.

[2]李洋，发动机缸体轴承盖专用机床设计[J].组合机床与自动化加工技术，2015（1）：15-152.

[3]潘家珍.四工位双轴数控高速钻削组合机床设计[J].组合机床与自动化加工技术，2014（9）：137-139.

[4]姚荣庆，等.CNG车载瓶端部机械加工柔性组合机床的开发[J].中国机械工程，2012（14）：1674-1677.

[责任编辑：邓丽丽]