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摘要：组合机床是由大量的通用部件和少量专用部件组成的工序集中的高效率专用机床。此设计是在充分理解组合机床的设计原理与步骤和吸收国内外先进技术的前提下进行的。被加工工件材料为42CrMo/GB3077，工件硬度为HB269-309，由此及被加工孔的位置，初步制定组合机床的方案，决定采用立式单面组合机床，由一面两销进行定位。由于被加工零件的生产批量大(年生产量690000件)，所以工序的安排趋于分散，属于粗加工阶段，推荐切削用量为v1＝15m/min，f＝0.3mm/r，选择采用SECO刀具。最后为设计的关键点：三图一卡。即对被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图、机床生产率计算卡的绘制与计算。
关键词：组合机床；三图一卡；工件材料；立式单面组合机床
中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)1210079-01
1、组合机床组成、特点及总体要求
1.1 组合机床的组成及其特点
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工序集中的高效专用机床。它能够对一个或几个零件进行多刀、多面、多轴、多工位加工，在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床常用的通用部件有，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。组合机床与通用机床及其他专用机床比较，具有以下特点：
①设计、制造周期短、成本低。因通用零部件占70％-80％，通用件可组织专业化批量生产或外购。
②生产率高。因为工序集中可多刀、多工位、多轴同时自动加工。
③自动化程度高，劳动强度低。
④组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。
⑤在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。
⑥当产品或工艺变化时，其通用部件和标准件可以重复利用，不必另行设计和制造。
⑦组合机床易于连成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。
1.2 组合机床总体要求
1)设备概况
①设备名称：前轴钻主销孔立式单面U钻组合机床；
②设备型号：A2J-PK786；
⑧数量：一台。
2)设备用途及技术要求
①该设备用于加工前轴钻孔，在机床上一次装夹。
②该机床结构设计和布局应合理，便于维修，并具有足够的静态刚度和良好的稳定性。
③该设备应采用先进技术，保证系统具有良好的动态品质，可靠性好、维修容易、造型美观。
2、组合机床方案的制定
组合机床方案的制定是设计组合机床最重要的一步。工艺方案的制定得正确与否，将决定机床是否能达到“体积小，重量轻，结构简单使用方便，效率高，质量好”的要求。组合机床方案制定的主要方面有：一是被加工零件的加工精度和加3232序。被加工零件需要在组合机床上完成的加3232序及应保证的加工精度，是制定机机床方案的主要依据。前轴在设计的组合机床上经过加工后需要达到的精度为R12.5，属于粗加工阶段。二是被加工零件特点。被加工的前轴的材料属于合金工具钢。硬度为HB269-309，工件刚性良好、定位采用一面两销式。由于被加工的零件是半成品故加工余量较大。从被加工孔的位置，可初步选定采用立式单面组合机床。三是零件的生产批量。零件是生产批量是决定用单工位、多工位或自动线，还是按中小批量生产的特点设计组合机床的重要因素。被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。而且，其粗、半精、精加工应分别在不同机床上完成。从零件的外型及轮廓尺寸看，可采用单工位固定式夹具的机床配置形式。由于被加工零件的生产批量大(年生产量690000件)，所以工序的安排趋于分散，属于粗加工阶段。四是机床使用条件。主要有：
①车间布置情况：工件输送滚道穿过机床，机床设计成通过式，且配置不超过三面；同时，装卸工件只能推进拉出，机床不安置中间导向。
②工艺间的联系：坯料尺寸合格，一次装夹。
③使用厂的能力：工具车间充足，可制造、刃磨刀具。
3、确定切削用量及选择刀具
3.1 确定工序间余量
为使加工过程顺利进行别扭感稳定保证加工精度，必须合理地确定工序间的余量。生产中常用的组合机床对孔加工的工序余量，见表1。在本机床上加工后的余量由下表可确定为2.0-2.5mm。
3.2 选择切削用量
由于厂方的技术协议上要求刀具使用SECO刀具，根据表2，推荐切削用量v＝60.75m/min，f＝0.13mm/r。
3.3 确定切削力、切削扭矩、及切削功率
根据选顶的切削用量(主要是指切削速度v及进给量)，确定切削力，作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动部件的尺寸，确定切削功率，用以选择主传动电机功率。
4、组合机床总体设计一“三图一卡”设计
绘制组合机床“三图一卡”就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计，其内容包括绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。
4.1 被加工零件工序图的作用及内容
被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示所设计的组合机床或自动线上完成的工艺内容。加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本机床加工前的加工余量，毛坯或半成品情况的图样，它是组合机床或主动线设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要技术文件。被加工零件工序图不能用用户提供的产品图纸代替，而必须是在原零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。其主要内容包括：
①被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。当需要设置中间导向时，则应表示出零件内部的筋、壁布置有关结构形状和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。
②本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹压方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。
③本工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求(主要指定位基准)。
④注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
4.2 加工示意图的作用和内容
加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它能表达被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主 要图纸之一，它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床刀具及试车所必须的重要技术文件。其内容为：
①应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。②根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸、
(直径和长度)，包括镗削加工时决定镗杆直径和长度。⑧决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。④标明主轴、接杆(卡头)、夹具(导向)与工件之间的联系尺寸、配合及精度。⑤根据机床要求的生产率及刀具、材料的特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。⑥决定机床动力部件的工作行程及工作循环。
4.3 机床联系尺寸图的作用和内容
组合机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的，是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求以及通用部件选择是否合理，它为夹具等专用部件设计提供了重要依据。它可以看成是机床总体外观简图。由于其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。组合机床联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，其表示的内容如下：
①以适当数量的视图(一般为主、俯、左视图)按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状态一致。
②完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸。专用部件的主要轮廓尺寸，运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。
⑧标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称。全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。
④标明机床验收标准及安装规程。
4.4 生产率计算卡的作用
根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡。用以反映机床的加工过程。完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率。同时反映所设计组合机床的自动化程度。通过生产率计算卡的编制可以分析所制定的机床方案是否满足生产要求及使用是否合理。
参考文献：
[1]谢家赢，组合机床设计简明手册[M]，北京：机械工业出版社，1994
[2]大连组合机床研究所编[M]，组合机床设计参考图册，北京：机械工业出版社，1975
[3]沈阳工学院等主编，组合机床设计[M]，上海：上海科技出版社，1985
[4]谢家瀛，组合机床简明设计手册[M]，北京：机械工业出版社，1994
作者简介：
常利娟(1984-)，女，河南安阳人，工学学士，鹤壁职业技术学院机电工程系助教，研究方向：机械设计学；机械自动化。
关键词：组合机床；三图一卡；工件材料；立式单面组合机床
中图分类号：TH12 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2010)1210079-01
1、组合机床组成、特点及总体要求
1.1 组合机床的组成及其特点
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工序集中的高效专用机床。它能够对一个或几个零件进行多刀、多面、多轴、多工位加工，在组合机床上可以完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、车削、铣削、磨削及滚压等工序，生产效率高，加工精度稳定。组合机床常用的通用部件有，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。组合机床与通用机床及其他专用机床比较，具有以下特点：
①设计、制造周期短、成本低。因通用零部件占70％-80％，通用件可组织专业化批量生产或外购。
②生产率高。因为工序集中可多刀、多工位、多轴同时自动加工。
③自动化程度高，劳动强度低。
④组合机床的通用部件是经过周密设计和长期生产实践考验的，又有专门厂家成批制造，因此结构稳定、工作可靠，使用和维修方便。
⑤在组合机床上加工零件时，由于采用专用夹具、刀具和导向装置等，加工质量靠工艺装备保证，对操作工人的技术水平要求不高。
⑥当产品或工艺变化时，其通用部件和标准件可以重复利用，不必另行设计和制造。
⑦组合机床易于连成组合机床自动线，以适应大规模的生产需要。
1.2 组合机床总体要求
1)设备概况
①设备名称：前轴钻主销孔立式单面U钻组合机床；
②设备型号：A2J-PK786；
⑧数量：一台。
2)设备用途及技术要求
①该设备用于加工前轴钻孔，在机床上一次装夹。
②该机床结构设计和布局应合理，便于维修，并具有足够的静态刚度和良好的稳定性。
③该设备应采用先进技术，保证系统具有良好的动态品质，可靠性好、维修容易、造型美观。
2、组合机床方案的制定
组合机床方案的制定是设计组合机床最重要的一步。工艺方案的制定得正确与否，将决定机床是否能达到“体积小，重量轻，结构简单使用方便，效率高，质量好”的要求。组合机床方案制定的主要方面有：一是被加工零件的加工精度和加3232序。被加工零件需要在组合机床上完成的加3232序及应保证的加工精度，是制定机机床方案的主要依据。前轴在设计的组合机床上经过加工后需要达到的精度为R12.5，属于粗加工阶段。二是被加工零件特点。被加工的前轴的材料属于合金工具钢。硬度为HB269-309，工件刚性良好、定位采用一面两销式。由于被加工的零件是半成品故加工余量较大。从被加工孔的位置，可初步选定采用立式单面组合机床。三是零件的生产批量。零件是生产批量是决定用单工位、多工位或自动线，还是按中小批量生产的特点设计组合机床的重要因素。被加工零件的生产批量越大，工序安排一般趋于分散。而且，其粗、半精、精加工应分别在不同机床上完成。从零件的外型及轮廓尺寸看，可采用单工位固定式夹具的机床配置形式。由于被加工零件的生产批量大(年生产量690000件)，所以工序的安排趋于分散，属于粗加工阶段。四是机床使用条件。主要有：
①车间布置情况：工件输送滚道穿过机床，机床设计成通过式，且配置不超过三面；同时，装卸工件只能推进拉出，机床不安置中间导向。
②工艺间的联系：坯料尺寸合格，一次装夹。
③使用厂的能力：工具车间充足，可制造、刃磨刀具。
3、确定切削用量及选择刀具
3.1 确定工序间余量
为使加工过程顺利进行别扭感稳定保证加工精度，必须合理地确定工序间的余量。生产中常用的组合机床对孔加工的工序余量，见表1。在本机床上加工后的余量由下表可确定为2.0-2.5mm。
3.2 选择切削用量
由于厂方的技术协议上要求刀具使用SECO刀具，根据表2，推荐切削用量v＝60.75m/min，f＝0.13mm/r。
3.3 确定切削力、切削扭矩、及切削功率
根据选顶的切削用量(主要是指切削速度v及进给量)，确定切削力，作为选择动力部件(滑台)及夹具设计的依据；确定切削扭矩，用以确定主轴及其它传动部件的尺寸，确定切削功率，用以选择主传动电机功率。
4、组合机床总体设计一“三图一卡”设计
绘制组合机床“三图一卡”就是针对具体零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计，其内容包括绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床联系尺寸图和编制生产率计算卡等。
4.1 被加工零件工序图的作用及内容
被加工零件工序图是根据选定的工艺方案，表示所设计的组合机床或自动线上完成的工艺内容。加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准、夹压部位及被加工零件的材料、硬度、重量和在本机床加工前的加工余量，毛坯或半成品情况的图样，它是组合机床或主动线设计的具体依据，也是制造、使用、调整和检验机床精度的重要技术文件。被加工零件工序图不能用用户提供的产品图纸代替，而必须是在原零件图的基础上，突出本机床或自动线的加工内容，加上必要的说明而绘制的。其主要内容包括：
①被加工零件的形状和轮廓尺寸与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。当需要设置中间导向时，则应表示出零件内部的筋、壁布置有关结构形状和尺寸，以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。
②本工序所选用的定位基准、夹压部位及夹压方向。以便据此进行夹具的支承、定位、夹紧和导向等机构设计。
③本工序加工部位的尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差等技术要求以及对上道工序的技术要求(主要指定位基准)。
④注明被加工零件的名称、编号、材料、硬度、重量及加工部位的余量等。
4.2 加工示意图的作用和内容
加工示意图是在工艺方案和机床总体方案初步确定的基础上绘制的，是表达工艺方案具体内容的机床工艺方案图。它能表达被加工零件在机床上的加工过程，刀具、辅具的布置状况以及工件、夹具、刀具等机床各部件间的相对位置关系，机床的工作循环等。因此，加工示意图是组合机床设计的主 要图纸之一，它是刀具、辅具、夹具、主轴箱、液压电气装置设计及通用部件选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是调整机床刀具及试车所必须的重要技术文件。其内容为：
①应反映机床的加工方法、加工条件及加工过程。②根据加工部位特点及加工要求，决定刀具类型、数量、结构、尺寸、
(直径和长度)，包括镗削加工时决定镗杆直径和长度。⑧决定主轴的结构类型、规格尺寸及外伸长度。④标明主轴、接杆(卡头)、夹具(导向)与工件之间的联系尺寸、配合及精度。⑤根据机床要求的生产率及刀具、材料的特点等，合理确定并标注各主轴的切削用量。⑥决定机床动力部件的工作行程及工作循环。
4.3 机床联系尺寸图的作用和内容
组合机床联系尺寸图是以被加工零件工序图和加工示意图为依据，并按初步选定的主要通用部件以及确定的专用部件的总体结构而绘制的，是用来表示机床的配置型式、主要构成及各部件安装位置、相互联系、运动关系和操作方位的总体布局图，用以检验各部件相对位置及尺寸联系能否满足加工要求以及通用部件选择是否合理，它为夹具等专用部件设计提供了重要依据。它可以看成是机床总体外观简图。由于其轮廓尺寸、占地面积、操作方式等可以检验是否适应用户现场使用环境。组合机床联系尺寸图也可看成是简化的机床总图，其表示的内容如下：
①以适当数量的视图(一般为主、俯、左视图)按同一比例画出机床各主要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置型式及总体布局、主视图的选择应与机床实际加工状态一致。
②完整齐全地反映各部件间的主要装配关系和联系尺寸。专用部件的主要轮廓尺寸，运动部件的运动极限位置及各滑台工作循环总的工作行程和前后备量尺寸。
⑧标注主要通用部件的规格代号和电动机的型号、功率及转速，并标出机床分组编号及组件名称。全部组件应包括机床全部通用及专用零部件，不得遗漏。
④标明机床验收标准及安装规程。
4.4 生产率计算卡的作用
根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度、切削用量、动力部件的快速及工进速度等，就可以计算机床的生产率并编制生产率计算卡。用以反映机床的加工过程。完成每一动作所需的时间、切削用量、机床生产率及机床负荷率。同时反映所设计组合机床的自动化程度。通过生产率计算卡的编制可以分析所制定的机床方案是否满足生产要求及使用是否合理。
参考文献：
[1]谢家赢，组合机床设计简明手册[M]，北京：机械工业出版社，1994
[2]大连组合机床研究所编[M]，组合机床设计参考图册，北京：机械工业出版社，1975
[3]沈阳工学院等主编，组合机床设计[M]，上海：上海科技出版社，1985
[4]谢家瀛，组合机床简明设计手册[M]，北京：机械工业出版社，1994
作者简介：
常利娟(1984-)，女，河南安阳人，工学学士，鹤壁职业技术学院机电工程系助教，研究方向：机械设计学；机械自动化。