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车床本文重定向自 車床

金属加工车床“车端面”工作示例
“中心钻孔”工作示例
“镗孔”工作示例
“心轴旋转”工作示例
“长杆旋转”工作示例
垂直剪切刀使用示例

车床,是机床的一种,将工件固定在主轴上高速旋转,以进给运动中的刀具加工[1]

车床是由电力驱动马达,经皮带及齿轮等传动系统使主轴转动,带动主轴卡盤上之工件旋转,再利用固定于刀架上之车刀进行车削之机床,主要加工工件为圆型杆件,切削工作有车端面、内外直径、圆弧、锥度、钻孔、搪孔、偏心、压花、切断、切槽、车螺牙。一般车床配备各种专用刀具,可完成内外圆加工、钻孔、车螺纹、切断车槽、端面加工、车外圆、钻中心孔、车孔,铰孔、车圆锥、车成形面、滚花、盘绕弹簧等加工程序。

历史

车床是一种古老的工具,其雏型可追溯至古埃及。1797年,英国人亨利·莫兹利发明了近代所认知的车床[2]

构造

图中显示一个金属加工普通车床。

以下以卧式普通车床为例介绍。

头座

头座(英语:Head stock):又称主轴台,位于车床左侧。包含有传导机构(皮带传导的塔轮变速、齿轮变速等。)与莫氏锥度之中空主轴组成。主轴后段装置齿轮,与传导机构之塔轮或齿轮连接,带动主轴运转。主轴前段可装置卡盤、面盘等夹具夹持工件。(中空主轴之优点为减轻主轴重量且可夹持长条形工件、更可搭配切断车刀实现自动上落料。)[3]

主轴变速箱

主轴变速箱
  • H1:机油量观察窗
  • H2:中级齿轮杆
  • H3:主轴高低速变换杆
  • H4:主轴(Main Spindle)
  • H5:不倒翁齿轮-前进/后退,啮合/脱开
  • H6:变速箱,图中为八段变速
  • H7:导螺杆(或称丝杠)(Ball Screw)
  • H8:进给杆(或称光杠)(Feed Rod)
  • H9:刀架移动开关
  • H10:挂轮护盖

主电动机经过包含 H2、H3 在内的传动链带动主轴 H4 旋转,主轴再经由 H5、H6 控制下带动 H7 或 H8,实现主轴旋转与刀架进给的联动。

H7 称为丝杠、H8 称为光杠,皆因其螺纹(螺丝)与光滑表面而得名。

丝杠用于车削螺纹。主轴的转动通过变速箱内设定好的各组齿轮传动副,以确定的转速比带动丝杠。刀架内装有一个被切成两半的螺母,闭合时可扣在丝杠的螺纹上,进而带动刀架以确定的运动速度(主轴转一转、刀架移动多长距离)移动以切削螺纹。

光杠用于车削光滑外圆面(或滚花)。其上切有键槽,刀架内有滑移齿轮套在光杠上以接收运动,此时走刀通过床身下装的齿条实现。与丝杠的区别是主轴与光杠的转速比不固定,且可通过离合器接通快速进给电动机的传动链,令光杠快速旋转带动刀架快速接近工件、节省加工时间。

H9 是一个四向五位(即可在十字形的轨迹上扳动)的手柄,上下扳动可以更改光杠旋转方向,中间位置切断来自主轴的传动链、停止光杠转动并防止运动干涉,再左右扳动则接通快速进给电动机实施快速走刀。也有车床的该手柄只能上下扳动(两向三位)、快速走刀是装在溜板箱上的单独手柄。

如果变速箱内置的档位无法满足加工要求,可打开 H10 盖子、将特定齿数的齿轮挂装在轴上,扳动手柄选择挂轮即可按照挂轮所设定的传动比走刀。

床台

床台(英语:Lathes bed):(又称:床身)床台是车床的大型基础部件,为经过季化处理之铸铁制成。有两条精度很高的V形导轨和矩形导轨,其导轨一般都经过高频硬化处理制成。导轨分两部分,以引导刀座(Carriage)与尾座(Tail stock)移动。床台下方装置一导螺杆,其螺杆会配合主轴之转速,可配合刀座部分的自动进刀机构进行车螺纹、工件滚纹(或称压花)之工作。

床台的断面形状,依制造工厂有不同设计样式,大致分为英式美式两种。[4]

英式床台和美式床台比较

英式床台 美式床台
1. 因为床身的面宽,磨耗比较少。 1. 走刀架是用宽的滑动面支持能比较做的薄。
2. 因为接触面少,移动刀架不费力。 2. 有凸起的轨道能正确引导走刀架。
3. 走刀架薄,走刀架上的滑动力变大。 3. 切屑能少掉到床面上。
4. 因为床身面宽,加在单位面积的压力小,压出的油也少。 4. 能少在床面上放置工具及车刀。
5. 由于面平注油不易流掉。 5. 尾轴架能正确地向主轴线引导。

溜板箱与刀座

溜板箱与刀座

溜板箱架在床身上,侧面垂下部分装有传动机构以从丝杠与光杠接受运动,带动上方承装的刀架进刀切削。

刀座(或称刀架,英语:Carriage):包含复式刀座与自动进刀机构等。复式刀座可操作横向进刀与纵向进刀。(此处提到的横向进刀方向与床台保持垂直、纵向进刀方向与床台保持平行,即从主轴而非操作员的角度来看。)一般而言,车床纵向进刀由溜板箱上的大手轮(进刀手轮)操作、横向进刀由刀座上的手轮操作。自动进刀机构进行车螺纹、工件滚纹的原理系利用车床上工件作一等速运转,配合刀座之刀具以等速直线移动的方式进行车削。[5]

  • 1: 方形刀架
  • 2: 复式刀架上座
  • 2a: 复式刀架进刀手轮
  • 2b: 分度盘
  • 3: 横向滑板
  • 3a: 对侧支架
  • 3b: 横向进刀手轮
  • 4: 床鞍(Saddle)
  • 5: 裙床(或称溜板箱)(Apron)
  • 5a: 纵向进刀手轮(Handwheel)
  • 5b: 螺纹 / 光滑面切削控制杆
  • 5c: 纵横进刀控制杆

1 上夹持有车刀。有些车床的该部件可同时夹持四把车刀,用每次旋转90°的手柄选择一把车刀进行加工,省去频繁换刀的麻烦。

2 可以在2b上旋转,使横向进刀变为斜向进刀,用于加工斜面。

当5b扳到螺纹档位时,溜板箱内两个半螺母扣在丝杠上,同时光杠上滑移齿轮到床身齿条的传动链断开,刀架由丝杠带动进行螺纹的车削;反之由光杠配合床身齿条带动进行外圆切削。

5c控制2或3是否与光杠联动,即是否自动进刀。

尾座

尾座台

尾座(英语:Tail stock):(又称:尾轴架)位于床台的右侧位置。尾座的轴孔为莫氏锥度,可装置钻头、绞孔刀与螺丝攻进行内孔加工之工作。亦可配合工件长度的需要,在导轨(Ways)上移动尾座;此时尾座可装置顶心顶住卡盤所夹持之工件,避免卡盤所夹持之工件过长而不易夹持。[6]

  • T1:尾座手轮(Handwheel)
  • T2:减速齿轮箱(可选)
  • T3:身体
  • T4:可调底座
  • T5:顶心(Taper)
  • T6:锁定杆

床座

床座包含床台(床轨)及基座(床架),下部为基座;上部为床台。

附件

由于工作上的需要,设有许多的附件。[7] [8] [9][10]

卡盤(Lathe chuck)

卡盤

卡盤是机床上用来夹持工件的机械装置。

花盘(Face plate)

花盘又称面盘,是一台车床的基本夹具附件,用于木材或金属车削车床。它是一个圆形金属(通常是铸铁)板。面盘上有很多放射状或不规则平行的细长沟,用于装置较大或不规则形状工作物之搪孔工作、钻孔工作、用其他方法无法夹持加工之工作物。

心轴(Finger)

它是套用经过加工后之工作物之孔内,心轴两端开有顶心孔,以便一端由顶心支持,另一端崁入主轴端。

  • 实体心轴:
  • 膨胀心轴:
  • 排心轴:
  • 螺丝心轴:
  • 圆锥体心轴:

顶心(顶尖、顶针)、牵转具(卡盤、卡箍)

(英语:Lathe Center)顶心用来支撑工作物的,装在主轴端称活顶心又称前顶尖,装在尾座称为死顶心又称后顶尖。

顶心种类分为5种:[11]

  • 普通顶心:普通用
  • 小件用顶心:小件用
  • 半顶心:用于切削端面
  • 活动顶心:用于高速切削
  • 伞形顶心:用于管或中空之圆筒

牵转具,中空部位可用以夹持工作物。

  • 心形牵转具又称为鸡心卡盤,通常用来夹持圆形的工作物。
  • 夹子形牵转具:夹子形牵转具通常用来夹持方形之工作物。

驱动盘(Driven Disc)

驱动盘,安装于车床主轴上,当其回转时,使夹持于两顶心间之工作物旋转,以便进行车削加工。

筒夹(Collet chuck)

筒夹是一种零件,它主要负责把小直径的工作物夹紧于主轴端。主要用于六角车床及自动车床。

中心架(Steady Rest)

避免工作物产生挠曲现象,用来支撑细长工作物,装设在刀具座上并随之移动的稳定扶架。

角板(Angle plate)

使用于工作物不能直接安装于面盘上的一种辅助工具。

V槽块(V夹块)

用来订定工作物中心位置。

车刀(Turnig Tool)

用于加工,工作物外表。

车削加工

硬车技术(Hard turning)

  • 硬车削用于加工高硬度工件。
  • 硬车削加工质量好,可以部分替代磨削。
  • 刀具使用立方氮化硼(CBN)、陶瓷等材料。
  • 大多数情况下,硬车削不使用冷却液。

切削液

切削液是金属切削加工效率及车刀寿命的重要配套材料。[12]


辊纹

辊纹,(又称滚花滚纹压花),为机件表面增加摩擦力或便于持握而特别制成凹凸纹路,这些花纹一般是在车床上用滚花刀滚压挤件使其表面产生花纹。

辊纹对车床来说是损耗极大的工作,应以低转速来操作。辊纹部位离卡盤 50 厘米以上时,应以尾座台顶工作物中心,将工作物支撑牢固。[13]

中心钻头

丝攻和丝板

转动切削参数

切削参数要考虑基本的转折过程是:

  • 选择最合适的类型的工具
  • 夹紧系统
  • 切削速度(V c)在米/分钟
  • 外径车削
  • 每分钟转数(RPM)车床主轴
  • 切削深度
  • 剪切
  • 类型的车床及配件适合

切削速度

切削速度快慢,取决于很多因素,特别是质量和类型的工具使用,切削深度,硬度和可加工的材料有被加工进给速度和使用。主要限制了机器的速度原因是它的范围、主轴马达功率和刚性固定的工件和刀具。

公式:

其中 Vc 是切削速度,n 是机床的每分钟转数,Dc 是工件的直径。

过度的切削速度可导致:

  • 工具快速磨损。
  • 工作物的品质降低。

切削速度过低会导致:

  • 影响排屑,刃尖容易产生积屑。
  • 低效率。
  • 加工成本变高。

旋转速度的工件

在传统的车床有一个有限的范围内的速度,取决于速度的主要引擎和变速齿轮箱。在数位车床,这个速度与控制系统的反馈,通常采用可变频率和速度,可以选择任何一个范围内的速度高​​达全速。

刀具的旋转速度与切削速度成正比,与刀具的直径成反比。

种类

由于工业的发达使得实际工作需求日益增进下,为适应各种加工产品及近代自动化加工潮流势,以符合生产需要,发展多种不同功能与特性:[14][15]

普通车床(Centre lathe)

普通车床,为目前使用最广泛的车床种类。早期的普通车床传动是借由皮带传导的塔轮变速,现今已改用齿轮变速箱传动。齿轮变速箱的优点为可精确掌握主轴之转速,且无主轴转速过高,皮带摩擦消耗、滑动之情形,因为其主轴是水平放置,所以又名卧式车床。若床面为凹口者,则为凹口车床(Gap lathe)。

桌上车床(Bench lathe)

桌上型车床又称台式车床,其型式及构造类似普通车床,通常安装于工作桌上使用而得名,适用于生产精密量具、仪器及小零件之生产。

立式车床(Vertical Lathe)

立式车床的主轴为垂直安装,床台则成水平方向,工件置于可旋转的床台上。特别适于加工直径大,但长度短之工件。

六角车床(Turret lathe)

六角车床又称转塔车床,以六角形旋转刀塔取代普通车床之尾座而设计。特别适于加工需多种加工程序(如钻孔、铰孔、搪孔)中大量之工件,适合大量生产。

自动车床(Automatic Lathe)

自动车床,能够自动照工作物加工次序车削,车制完成后会自动退刀、进料,并进行下一个成品的车削,适合较小直径工件之大量生产。

靠模车床(Copying Lathe)

靠模车床又称仿削车床,利用触针依照模型或样板的形状移动,车刀也随之移动车削工作物,因此可以正确地车削出与模型一样的工件。

数控机床(Computerized Numerical Control Lathe)

全名为“电脑数值控制车床”,简称“数控机床”。优点为适于加工生产中大数量、设计复杂、要求精密度高的工件。

安全标准

当在车床工作时,必须遵守某些规定,以确保不会发生任何事故造成可能的伤害。

安全标准
1 使用安全设备: 护目镜、安全面罩等..
2 不要穿着宽松的衣服,还有不可长发。
3 不可佩带麻布手套工作,因不慎被旋转中的机械钩到时可能不会立即破裂,易有连带将手掌卷入的风险。
4 所穿工作服必须是全棉的,不能是化学纤维,如果发生工作意外,化纤服装不会像棉制品一样易于扑救,而会化为液滴粘在身上。增加医疗难度。
5 建议使用安全鞋。
6 始终保持工作场所清洁。
7 不要佩戴首饰,如:项链手镯戒指
8 要知道如何控制和操作的车床并必须知道如何停止运作。
9 必需在光线充足的地方,但灯光不宜过多,以免造成太大的眩光。

相关条目

参考来源

引用

  1. ^ 《车工操作法》,郑铁 著,正言出版社,1967年,1页
  2. ^ 《车工操作法》,郑铁 著,正言出版社,1967年,3页
  3. ^ 《车床切削技术》,黄春忠 缪昌瑜 合译,徐氏基金会,18页
  4. ^ 《车工操作法》,郑铁 著,正言出版社,1967年,18页
  5. ^ 《车床工丙级鉴定》,陈其湟 著,全华图书,6页
  6. ^ 《车床工丙级鉴定》,陈其湟 著,全华图书,6页
  7. ^ 《车床工丙级鉴定》,陈其湟 著,全华图书,20 ~ 26页
  8. ^ 《机工学》,张甘棠著,三文出版社,P.151 〜 P.152
  9. ^ 《机工实习》,黄世峰著,全华出版社,P.9 〜 P.13
  10. ^ 《车工操作法》,郑铁 著,正言出版社,1967年,26页~53页
  11. ^ 《工厂实习-车工》,陈天生 著,全威图书,231页至233页,1998年,ISBN 957-8955-45-6
  12. ^ 《工厂实习-车工》,陈天生 著,全威图书,131 ~ 132页,2001年7月20日,ISBN 957-8955-45-6
  13. ^ 《车床工丙级鉴定》,陈其湟 著,全华图书,97页
  14. ^ 《工厂实习-车工》,陈天生 著,全威图书,2 ~ 8页,2001年7月20日,ISBN 957-8955-45-6
  15. ^ 《车床切削技术》,黄春忠 缪昌瑜 合译,徐氏基金会,12页~17页

书目

  • 《机械加工法》,Amstead, Ostwald, Begeman著,罗仕鹏,黄纯权,陈再万编译,高立图书,1995年4月,ISBN 957-584-159-X,第十五章 机床的基本元件

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