普通車床的加工對(duì)象廣,主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量的調(diào)整范圍大,能加工工件的內(nèi)外表面、端面和內(nèi)外螺紋。這種車床主要由工人手工操作,生產(chǎn)效率低,適用于單件、小批生產(chǎn)和修配車間。
轉(zhuǎn)塔車床和回轉(zhuǎn)車床具有能裝多把刀具的轉(zhuǎn)塔刀架或回輪刀架,能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序,適用于成批生產(chǎn)。
自動(dòng)車床能按一定程序自動(dòng)完成中小型工件的多工序加工,能自動(dòng)上下料,重復(fù)加工一批同樣的工件,適用于大批、大量生產(chǎn)。
多刀半自動(dòng)車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似,但兩組刀架分別裝在主軸的前后或上下,用于加工盤、環(huán)和軸類工件,其生產(chǎn)率比普通車床提高3~5倍。
仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸,自動(dòng)完成工件的加工循環(huán),適用于形狀較復(fù)雜的工件的小批和成批生產(chǎn),生產(chǎn)率比普通車床高10~15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型。
立式車床的主軸垂直于水平面,工件裝夾在水平的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上,刀架在橫梁或立柱上移動(dòng)。適用于加工較大、較重、難于在普通車床上安裝的工件,一般分為單柱和雙柱兩大類。
鏟齒車床在車削的同時(shí),刀架周期地作徑向往復(fù)運(yùn)動(dòng),用于鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附件,由單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的小砂輪鏟磨齒面。
專門車床是用于加工某類工件的特定表面的車床,如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。
聯(lián)合車床主要用于車削加工,但附加一些特殊部件和附件后,還可進(jìn)行鏜、銑、鉆、插、磨等加工,具有“一機(jī)多能”的特點(diǎn),適用于工程車、船舶或移動(dòng)修理站上的修配工作。
鏜床
工場(chǎng)手工業(yè)雖然是相對(duì)落后的,但是它卻訓(xùn)練和造就了許許多多的技工,他們盡管不是專
門制造機(jī)器的行家里手,但他們卻能制造各種各樣的手工器具,例如刀、鋸、針、鉆、錐、磨以及軸類、套類、齒輪類、床架類等等,其實(shí)機(jī)器就是由這些零部件組裝而成的。
最早的鏜床設(shè)計(jì)者——達(dá)·芬奇鏜床被稱為“機(jī)械之母”。說起鏜床,還先得說說達(dá)·芬奇。這位傳奇式的人物,可能就是最早用于金屬加工的鏜床的設(shè)計(jì)者。他設(shè)計(jì)的鏜床是以水力或腳踏板作為動(dòng)力,鏜削的工具緊貼著工件旋轉(zhuǎn),工件則固定在用起重機(jī)帶動(dòng)的移動(dòng)臺(tái)上。1540年,另一位畫家畫了一幅《火工術(shù)》的畫,也有同樣的鏜床圖,那時(shí)的鏜床專門用來對(duì)中空鑄件進(jìn)行精加工。
為大炮炮筒加工而誕生的第一臺(tái)鏜床(威爾金森,1775年)到了17世紀(jì),由于軍事上的需要,大炮制造業(yè)的發(fā)展十分迅速,如何制造出大炮的炮筒成了人們亟需解決的一大難題。
世界上第一臺(tái)真正的鏜床是1775年由威爾金森發(fā)明的。其實(shí),確切地說,威爾金森的鏜床是一種能夠精密地加工大炮的鉆孔機(jī),它是一種空心圓筒形鏜桿,兩端都安裝在軸承上。
1728年,威爾金森出生在美國,在他20歲時(shí),遷到斯塔福德郡,建造了比爾斯頓的第一座煉鐵爐。因此,人稱威爾金森為“斯塔福德郡的鐵匠大師”。1775年,47歲的威爾金森在他父親的工廠里經(jīng)過不斷努力,終于制造出了這種能以罕見的精度鉆大炮炮筒的新機(jī)器。有意思的是,1808年威爾金森去世以后,他就葬在自己設(shè)計(jì)的鑄鐵棺內(nèi)。
鏜床為瓦特的蒸汽機(jī)做出了重要貢獻(xiàn)如果說沒有蒸汽機(jī)的話,當(dāng)時(shí)就不可能出現(xiàn)第一次工業(yè)革命的浪潮。而蒸汽機(jī)自身的發(fā)展和應(yīng)用,除了必要的社會(huì)機(jī)遇之外,技術(shù)上的一些前提條件也是不可忽視的,因?yàn)橹圃煺羝麢C(jī)的零部件,遠(yuǎn)不像木匠削木頭那么容易,要把金屬制成一些特殊形狀,而且加工的精度要求又高,沒有相應(yīng)的技術(shù)設(shè)備是做不到的。比如說,制造蒸汽機(jī)的汽缸和活塞,活塞制造過程中所要求的外徑的精度,可以從外面邊量尺寸邊進(jìn)行切削,但要滿足汽缸內(nèi)徑的精度要求,采用一般加工方法就不容易做到了。
斯密頓是十八世紀(jì)最優(yōu)秀的機(jī)械技師。斯密頓設(shè)計(jì)的水車、風(fēng)車設(shè)備達(dá)43件之多。在制作蒸汽機(jī)時(shí),斯密頓最感棘手的是加工汽缸。要想將一個(gè)大型的汽缸內(nèi)圓加工成圓形,是相當(dāng)困難的。為此,斯密頓在卡倫鐵工廠制作了一臺(tái)切削汽缸內(nèi)圓用的特殊機(jī)床。用水車作動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的這種鏜床,在其長(zhǎng)軸的前端安裝上刀具,這種刀具可以在汽缸內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),以此就可以加工其內(nèi)圓。由于刀具安裝在長(zhǎng)軸的前端,就會(huì)出現(xiàn)軸的撓度等問題,所以,要想加工出真正圓形的汽缸是十分困難的。為此,斯密頓不得不多次改變汽缸的位置進(jìn)行加工。
對(duì)于這個(gè)難題,威爾金森于1774年發(fā)明的鏜床起了很大的作用。這種鏜床利用水輪使材料圓筒旋轉(zhuǎn),并使其對(duì)準(zhǔn)中心固定的刀具推進(jìn),由于刀具與材料之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng),材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當(dāng)時(shí)、用鏜床做出直徑為72英寸的汽缸,誤差不超過六便士硬幣的厚度。用現(xiàn)代技術(shù)衡量,這是個(gè)很大的誤差,但在當(dāng)時(shí)的條件下,能達(dá)到這個(gè)水平,已經(jīng)是很不簡(jiǎn)單了。
但是,威爾金森的這項(xiàng)發(fā)明沒有申請(qǐng)專利保護(hù),人們紛紛仿造它,安裝它。1802年,瓦特也在書中談到了威爾金森的這項(xiàng)發(fā)明,并在他的索霍鐵工廠里進(jìn)行仿制。以后,瓦特在制造蒸汽機(jī)的汽缸和活塞時(shí),也應(yīng)用了威爾金森這架神奇的機(jī)器。原來,對(duì)活塞來說,可以在外面一邊量著尺寸,一邊進(jìn)行切削,但對(duì)汽缸就不那么簡(jiǎn)單了,非用鏜床不可。當(dāng)時(shí),瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉(zhuǎn),讓中心固定的刀具向前推進(jìn),用以切削圓筒內(nèi)部,結(jié)果,直徑75英寸的汽缸,誤差還不到一個(gè)硬幣的厚度,這在當(dāng)對(duì)是很先進(jìn)的了。
工作臺(tái)升降式鏜床誕生(赫頓,1885年)在以后的幾十年間,人們對(duì)威爾金森的鏜床作了許多改進(jìn)。1885年,英國的赫頓制造了工作臺(tái)升降式鏜床,這已成為了現(xiàn)代鏜床的雛型。
銑床
銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機(jī)床。通常銑刀旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng),工件(和)銑刀的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。它可以加工平面、溝槽,也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對(duì)工件進(jìn)行銑削加工的機(jī)床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外,還能加工比較復(fù)雜的型面,效率較刨床高,在機(jī)械制造和修理部門得到廣泛應(yīng)用。
19世紀(jì),英國人為了蒸汽機(jī)等工業(yè)革命的需要發(fā)明了鏜床、刨床,而美國人為了生產(chǎn)大量的武器,則專心致志于銑床的發(fā)明。銑床是一種帶有形狀各異銑刀的機(jī)器,它可以切削出特殊形狀的工件,如螺旋槽、齒輪形等。
早在1664年,英國科學(xué)家胡克就依靠旋轉(zhuǎn)圓形刀具制造出了一種用于切削的機(jī)器,這可算是原始的銑床了,但那時(shí)社會(huì)對(duì)此沒有做出熱情的反響。在十九世紀(jì)四十年代,普拉特設(shè)計(jì)了所謂林肯銑床。當(dāng)然,真正確立銑床在機(jī)器制造中地位的,要算美國人惠特尼了。
第一臺(tái)普通銑床(惠特尼,1818年)1818年,惠特尼制造了世界上第一臺(tái)普通銑床,但是,銑床的專利卻是英國的博德默(帶有送刀裝置的龍門刨床的發(fā)明者)于1839年捷足先“得”的。由于銑床造價(jià)太高,所以當(dāng)時(shí)問津者不多。
第一臺(tái)萬能銑床(布朗,1862年)銑床沉默一段時(shí)間后,又在美國活躍起來。相比之下,惠特尼和普拉特還只能說是為銑床的發(fā)明應(yīng)用做了奠基性的工作,真正發(fā)明能適用于工廠各種操作的銑床的功績(jī)應(yīng)該歸屬美國工程師約瑟夫·布朗。
1862年,美國的布朗制造出了世界上最早的萬能銑床,這種銑床在備有萬有分度盤和綜合銑刀方面是劃時(shí)代的創(chuàng)舉。萬能銑床的工作臺(tái)能在水平方向旋轉(zhuǎn)一定的角度,并帶有立銑頭等附件。他設(shè)計(jì)的“萬能銑床”在1867年巴黎博覽會(huì)上展出時(shí),獲得了極大的成功。同時(shí),布朗還設(shè)計(jì)了一種經(jīng)過研磨也不會(huì)變形的成形銑刀,接著還制造了磨銑刀的研磨機(jī),使銑床達(dá)到了現(xiàn)在這樣的水平。
刨床
在發(fā)明過程中,許多事情往往是相輔相承、環(huán)環(huán)相扣的:為了制造蒸汽機(jī),需要鏜床相助;蒸汽機(jī)發(fā)明發(fā)后,從工藝要求上又開始呼喚龍門刨床了。可以說,正是蒸汽機(jī)的發(fā)明,導(dǎo)致了“工作母機(jī)”從鏜床、車床向龍門刨床的設(shè)計(jì)發(fā)展。其實(shí),刨床就是一種刨金屬的“刨子”。
加工大平面的龍門刨床(1839年)由于蒸汽機(jī)閥座的平面加工需要,從19世紀(jì)初開始,很多技術(shù)人員開始了這方面的研究,其中有理查德·羅伯特、理查德·普拉特、詹姆斯·??怂挂约凹s瑟夫·克萊門特等,他們從1814年開始,在25年的時(shí)間內(nèi)各自獨(dú)立地制造出了龍門刨床。這種龍門刨床是把加工物件固定在往返平臺(tái)上,刨刀切削加工物的一面。但是,這種刨床還沒有送刀裝置,正處在從“工具”向“機(jī)械”的轉(zhuǎn)化過程之中。到了1839年,英國一個(gè)名叫博默德的人終于設(shè)計(jì)出了具有送刀裝置的龍門刨床。
加工小平面的牛頭刨床另一位英國人內(nèi)史密斯從1831年起的40年內(nèi)發(fā)明制造了加工小平面的牛頭刨床,它可以把加工物體固定在床身上,而刀具作往返運(yùn)動(dòng)。
此后,由于工具的改進(jìn)、電動(dòng)機(jī)的出現(xiàn),龍門刨床一方面朝高速切割、高精度方向發(fā)展,另一方面朝大型化方向發(fā)展。
磨床
磨削是人類自古以來就知道的一種古老技術(shù),舊石器時(shí)代,磨制石器用的就是這種技術(shù)。以后,隨著金屬器具的使用,促進(jìn)了研磨技術(shù)的發(fā)展。但是,設(shè)計(jì)出名副其實(shí)的磨削機(jī)械還是近代的事情,即使在19世紀(jì)初期,人們依然是通過旋轉(zhuǎn)天然磨石,讓它接觸加工物體進(jìn)行磨削加工的。
第一臺(tái)磨床(1864年)1864年,美國制成了世界上第一臺(tái)磨床,這是在車床的溜板刀架上裝上砂輪,并且使它具有自動(dòng)傳送的一種裝置。過了12年以后,美國的布朗發(fā)明了接近現(xiàn)代磨床的萬能磨床。
人造磨石——砂輪的誕生(1892年)人造磨石的需求也隨之興起。如何研制出比天然磨石更耐磨的磨石呢?1892年,美國人艾奇遜試制成功了用焦炭和砂制成的碳化硅,這是一種現(xiàn)稱為C磨料的人造磨石;兩年以后,以氧化鋁為主要成份的A磨料又試制成功,這樣,磨床便得到了更廣泛的應(yīng)用。
以后,由于軸承、導(dǎo)軌部分的進(jìn)一步改進(jìn),磨床的精度越來越高,并且向?qū)I(yè)化方向發(fā)展,出現(xiàn)了內(nèi)圓磨床、平面磨床、滾磨床、齒輪磨床、萬能磨床等等。
鉆床
古代鉆床——“弓轆轤”鉆孔技術(shù)有著久遠(yuǎn)的歷史??脊艑W(xué)家現(xiàn)已發(fā)現(xiàn),公元前 4000年,人類就發(fā)明了打孔用的裝置。古人在兩根立柱上架個(gè)橫梁,再從橫梁上向下懸掛一個(gè)能夠旋轉(zhuǎn)的錐子,然后用弓弦纏繞帶動(dòng)錐子旋轉(zhuǎn),這樣就能在木頭石塊上打孔了。不久,人們還設(shè)計(jì)出了稱為“轆轤”的打孔用具,它也是利用有彈性的弓弦,使得錐子旋轉(zhuǎn)。
第一臺(tái)鉆床(惠特沃斯,1862年)到了1850年前后,德國人馬蒂格諾尼最早制成了用于金屬打孔的麻花鉆;1862年在英國倫敦召開的國際博覽會(huì)上,英國人惠特沃斯展出了由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的鑄鐵柜架的鉆床,這便成了近代鉆床的雛形。
以后,各種鉆床接連出現(xiàn),有搖臂鉆床、備有自動(dòng)進(jìn)刀機(jī)構(gòu)的鉆床、能一次同時(shí)打多個(gè)孔的多軸鉆床等。由于工具材料和鉆頭的改進(jìn),加上采用了電動(dòng)機(jī),大型的高性能的鉆床終于制造出來了。
數(shù)控機(jī)床
是數(shù)字控制機(jī)床的簡(jiǎn)稱,是一種裝有程序控制系統(tǒng)的自動(dòng)化機(jī)床。該控制系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號(hào)指令規(guī)定的程序,并將其譯碼,從而使機(jī)床動(dòng)作并加工零件的控制單元,數(shù)控機(jī)床的操作和監(jiān)控全部在這個(gè)數(shù)控單元中完成,它是數(shù)控機(jī)床的大腦。
加工精度高,具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量;
可進(jìn)行多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng),能加工形狀復(fù)雜的零件;
加工零件改變時(shí),一般只需要更改數(shù)控程序,可節(jié)省生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間;
機(jī)床本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量,生產(chǎn)率高(一般為普通機(jī)床的3~5倍);
機(jī)床自動(dòng)化程度高,可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度;
對(duì)操作人員的素質(zhì)要求較高,對(duì)維修人員的技術(shù)要求更高。
數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成:
主機(jī),是數(shù)控機(jī)床的主體,包括機(jī)床身、立柱、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件。它是用于完成各種切削加工的機(jī)械部件。
數(shù)控裝置,是數(shù)控機(jī)床的核心,包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機(jī)等)以及相應(yīng)的軟件,用于輸入數(shù)字化的零件程序,并完成輸入信息的存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的變換、插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。
驅(qū)動(dòng)裝置,是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件,包括主軸驅(qū)動(dòng)單元、進(jìn)給單元、主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等。它在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)。當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給聯(lián)動(dòng)時(shí),可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。
輔助裝置,指數(shù)控機(jī)床的一些必要的配套部件,用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行,如冷卻、排屑、潤(rùn)滑、照明、監(jiān)測(cè)等。它包括液壓和氣動(dòng)裝置、排屑裝置、交換工作臺(tái)、數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭,還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置等。
編程及其他附屬設(shè)備,可用來在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制、存儲(chǔ)等。
曲軸機(jī)床
曲軸高效專用機(jī)床也有它的加工局限性,只有合理應(yīng)用合適的加工機(jī)床,才能發(fā)揮出曲軸加工機(jī)床的高效專用性,從而提高工序的加工效率。
1、當(dāng)曲軸軸頸有沉割槽時(shí),數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床不能加工;如果曲軸軸頸軸向有沉割槽時(shí),數(shù)控高速外銑機(jī)床和數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床均不能加工,但數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床能很方便地加工。
2、當(dāng)平衡塊側(cè)面需要加工時(shí),數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床應(yīng)當(dāng)為首選機(jī)床,因?yàn)閮?nèi)銑刀盤外圓定位,剛性好,尤其適用于加工大型鍛鋼曲軸;此時(shí)不適合用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床,因?yàn)樵谇S的平衡塊側(cè)面需要加工的情況下,采用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床加工,平衡塊側(cè)面是斷續(xù)切削,且曲軸轉(zhuǎn)速又很高,在這種工況下,崩刀現(xiàn)象比較嚴(yán)重。
3、當(dāng)曲軸的軸頸無沉割槽,且平衡塊側(cè)面不需加工時(shí),原則上幾種機(jī)床都能加工。當(dāng)加工轎車曲軸時(shí),主軸頸采用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床,連桿頸采用數(shù)控高速外銑機(jī)床則應(yīng)成為最佳高效加工選擇;當(dāng)加工大型鍛鋼曲軸時(shí),則主軸頸和連桿頸均采用數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床比較合理。
曲軸可以分為體形較大的鍛鋼曲軸和輕量化的轎車曲軸,鍛鋼曲軸軸頸一般無沉割槽,且側(cè)面需要加工,余量較大;轎車曲軸一般軸頸有沉割槽,且側(cè)面不需要加工。因此可以得出結(jié)論:加工鍛鋼曲軸采用數(shù)控內(nèi)銑機(jī)床,加工轎車曲軸主軸頸采用數(shù)控車-車?yán)瓩C(jī)床,連桿頸采用數(shù)控高速外銑機(jī)床是比較合理的高效加工選擇。
鍛壓機(jī)床
鍛壓機(jī)床是金屬和機(jī)械冷加工用的設(shè)備,他只改變金屬的外形狀。鍛壓機(jī)床包括卷板機(jī),剪板機(jī),沖床,壓力機(jī),液壓機(jī),油壓機(jī),折彎?rùn)C(jī)等。