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1 绪 论
1.1 机床在国民经济的地位及其发展简史
一个国家要繁荣富强，必须实现工业、农业、国防和科学技术的现代化，这就需要一个强大的机械制造业为国民经济各部门提供现代化的先进技术设备与装备，即各种机器、仪器和工具等。然而，一个现代化的机械制造业必须要有一个现代化的机床制造业做后盾。机床工业是机械制造业的“装备部”、“总工艺师”，对国民经济发展起着重大作用。因此，许多国家都十分重视本国机床工业的发展和机床技术水平的提高，使本国国民经济的发展建立在坚实可靠的基础上。
机床是人类在长期生产实践中，不断改进生产工具的基础上生产的，并随着社会生产的科学技术的进步而发展，并始终围绕着不断提高生产效率、加工精度、自动化程度和扩大产品品种而进行的，现代机床总的趋势仍然是继续沿着这一方向发展。
我国的机床工业是在1949年新中国成立后才开始建立起来的。解放前，由于长期的封锁统治和19世纪中叶以后帝国主义的侵略和掠夺，我国的工农业生产非常落后，既没有独立的机械制造业，更谈不上机床制造业。至解放前夕，全国只有少数城市的一些规模很小的机械厂，制造少量简单的皮带车间、牛头刨床和砂轮等；1949年全国机床产量仅1000多台，品种不到10个。
解放后，党和人民政府十分重视机床工业的发展。在解放初期的三年经济恢复时期，就把一些原来的机械修配厂改建为专业厂；在随后开始的几个五年计划期间，又陆续扩建、新建了一系列机床厂。经过50多年的建设，我国机床工业从无到有，从小到大，现在已经成门类比较齐全，具有一定实力的机床工业体系，能生产5000多种机床通用品种，数控机床1500多种；不仅装备了国内的工业，而且每年还有一定数量的机床出口。
我国机床行业的发展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，与世界先进水平相比，还有较大差距。为了适应我国工业、农业、国防和科学技术现代化的需要，为了提高机床产品在国际市场上的竞争能力，必须深入开展机床基础理论研究，加强工艺试验研究，大力开发精密、重型和数控机床，使我国的机床工业尽早跻身于世界先进行列。
专用机床一般采用多轴、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。由于通用部件已经标准化和系列化,可根据需要灵活配置,能
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缩短设计和制造周期。因此专用机床兼有低成本和高效率的优点,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。
专用机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。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。
本课题汽车导块4工位加工专用机床即采用4工位用于汽车导块钻、扩、铰加工。
1.2 组合机床的国内、外现状
世界上第一台组合机床于1908年在美国问世，30年代后组合机床在世界各国得到迅速发展。至今，它已成为现代制造工程（尤其是箱体零件加工）的关键设备之一。
等，能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多品种加工的可调可变的组合机床。另外，近年来组合机床加工中心、数控组合机床、机床辅机(清洗机、装配机、综合测量机、试验机、输送线) 等在组合机床行业中所占份额也越来越大。
由于组合机床及其自动线是一种技术综合性很高的高技术专用产品,是根据用户特殊要求而设计的,它涉及到加工工艺、刀具、测量、控制、诊断监控、清洗、装滚筒、托盘自动识别计算机生产调度等技术,可实现被输送零部件的定向、定位、升降、回转,通过编码识别及计算机的生产调度实现无序混流输送等。上述组合机床代表了目前我国组合机床装备较高的技术水平,但随着市场竞争的加剧和对产品需求的提高,高精度、高生产率、柔性化、多品种、短周期、数控组合机床及其自动线正在冲击着传统的组合机床行业企业,因此组合机床装备的发展思路必须是以提高组合机床加工精度、组合机床柔性、组合机床工作可靠性和组合机床技术的成套性为主攻方向。一方面,加强数控技术的应用,提高组合机床产品数控化率;另一方面,进一步发展新型部件,尤其是多坐标部件,使其模块化、柔性化,适应可调可变、多品种加工的市场需求[1]。
1.3 专用机床与组合机床
组合机床是工件加工需要，以大量通用部件为基础，配以少量专用部件组成的一种高效专用机床。
组合机床是随着生产的发展，由万能机床和专用机床发展而来的。大家都知道，多少年来机械产品加工广泛地采用万能机床。但随着生产的发展，很多企业的产品产量越来越大，精度越来越高，如汽车行业的汽缸体、汽缸盖、变速箱、导块等零件，采用万能机床加工就不能很好的满足要求。因为在某一台机床上总是加工一种工件，使万能机床的很多部件和机构变得作用不大，工人整天忙于装夹工件、启动机床、起刀退刀、停
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车及卸工件等，不仅工人劳动强度很大，而且生产效率也不高，不利于保证产品加工精度。
在总结生产实践的基础上，提出创造这样的高效率机床：它既有专用机床效率高结构简单的特点，又有万能机床能够重新调整，以适应新工件的加工特点。为此，将机床上带动刀具对工件产生切削运动的部分以及床身、立柱、工作台等设计制造成通用的独立部件，称为“通用部件”。根据工件加工的需要，用这些通用部件配以部分专用部件就可以组成机床，这就是组合机床。当工件改变了，还是用这些通用部件，只将部分专用部件改装，又可以组成加工新工件的机床。
2 汽车导块4工位加工专用机床总体设计
专用组合机床总体设计，是根据已有加工零件图，拟定工艺和结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。
2.1 工艺方案的拟订
工艺方案的拟订是组合机床设计的关键一步，根据工件的加工要求和特点，按一定原则、结合组合机床常用工艺方法、充分考虑各种影响因素，并经技术经济分析后拟定
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出先进、合理、经济、可靠的工艺方案。 2.1.1 确定组合机床工艺方案的基本原则
1、粗精加工分开原则
粗加工时的切削负荷较大，切削产生的热变形、较大夹压力引起的工件变形以及切削震动等，对精加工工序十分不利，影响加工尺寸精度和表面粗糙度。因此，在拟定工件一个连续的多工序工艺过程时，应选择粗精加工工序分开原则。即在一台多工位机床上粗精加工工序分开在相隔工位数较多的两个位置上进行，使粗精加工切削热有足够的冷却时间，避免或减轻对精加工的影响，采用钻、扩、铰的加工顺序。
2、工序集中原则
工序集中是近代机械加工的主要发展方向之一。组合机床正是基于这一原则发展而来，即运用多刀（相同或不同刀具）集中在一台机床上完成一个或几个工件的不同表面的复杂工艺过程，从而提高生产率。本设计将钻、扩、铰三工序集于一台机床。 2.1.2 组合机床工艺方案的拟订
1、分析、研究加工要求和现场工艺
在制定组合机床工艺方案时，首先要分析 、研究被加工零件的用途及其结构特点，加工部位及其精度、表面粗糙度、技术要求及生产纲领。深入现场调查分析零件（或同类零件）的加工工艺方法，定位和夹紧方式，所采用设备、刀具及切削用量，生产率情况及工作条件等方面的现行工艺资料，以便制定出切合实际的合理工艺方案。
2、定位基准和夹紧部位的选择 3、工序间余量的确定
为可靠地保证加工质量，必须合理确定工序间余量。组合机床孔加工常用工序间余量参考有关工艺设计资料[5]，取钻Φ13mm孔、扩Φ13.75mm孔、铰Φ14mm孔。
4、刀具结构的选择
正确选择刀具结构，对保证组合机床正常工作极为重要。根据工艺要求和加工精度不同，常用刀具有一般刀具（标准）、复合刀具及特种刀具等。选择刀具结构应注意以下问题：
（1）只要条件许可，应尽量选用标准刀具和一般简单刀具。
（2）采用镗刀和铰刀的原则：由于大直径铰刀不易制成，一般铰刀使用直径在Φ100mm以内（常在Φ40mm以内）。下列情况选用铰刀较为有利：孔面不连续，镗削时易产生振动，影响孔的圆度；在机床上对刀不够方便；加工孔径小于Φ40 mm且要求
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较高的同心孔系；加工节拍短，要求不常调刀且尺寸精度较稳定。除上述情况外，应优先选用镗削工艺。因为镗刀制造、刃磨简便，特别对不通孔、高精度孔、孔中心线直线度和位置度要求严格的孔，采用精密镗削工艺是必要的。 （3）选择刀具结构必须考虑工件材料特点。
如加工硬度较高的铸铁，为提高刀具使用寿命，宜采用多刃铰刀或多刃镗头；加工钢件时，为避免切屑缠绕镗杆，也适宜用多刃铰刀或多刃镗刀头。当能可靠解决切屑缠绕镗杆问题时，可采用单刀镗削，以利于提高加工精度和表面粗糙度。
依据以上原则，选择锥柄Φ13mm麻花钻（GB/T1438.1-1996）、Φ13.75mm锥柄扩孔钻（GB/T4256-2004）、Φ14mm锥柄铰刀(GB/T1132-2004)。 2.1.3 组合机床配置型式及结构方案的确定
根据工件的结构特点、工艺要求、生产率要求及工艺方案等，可大体确定采用哪种基本配置形式的机床。配置方案不同对机床的复杂程度、通用化程度、结构工艺性、加工精度、机床重新调整的可能性以及经济性等都有不同的影响。因此，确定机床配置形式和结构方案时应考虑以下主要问题。
1、不同配置形式和结构方案对加工精度的影响
在确定机床配置形式和结构方案时，首先要考虑如何稳定的保证零件的加工精度。影响加工精度的主要原因有夹具误差和加工误差两方面。
夹具误差：一般精加工的夹具公差为零件公差的1/3~1/5；粗加工时，夹具精度可略低，但不能太低。夹具形式也有影响。
固定式夹具单工位组合机床可达到的加工精度最高；移动（或回转）式夹具多工位组合机床，因存在移（转）位、定位误差，其加工精度一般比固定式夹具低。
2、其他注意问题 （1）要注意排屑通畅
（2）注意相关联的机床夹具结构的统一性
（3）应注意机床使用条件：如车间的布置情况、毛坯或在制品的堆放和流向、装卸方位和操作方便性以及使用单位的后方车间技术水平和维修能力等。
综上所述，考虑各方面因素以及机床配置型式所应注意的问题，汽车导块4工位加工专用机床采用立式布局，四工位均布在Φ300（mm）圆周上，依次为装卸、钻、扩、铰加工工位，单面加工。
2.2 切削用量的确定
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