車床
![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 車床,是工具機的一種,將工件固定在主軸上高速旋轉,以進給運動中的刀具加工[1]。 車床是由電力驅動馬達,經皮帶及齒輪等傳動系統使主軸轉動,帶動主軸夾頭上之工件旋轉,再利用固定於刀架上之車刀進行車削之工具機,主要加工工件為圓型桿件,切削工作有車端面、內外直徑、圓弧、錐度、鑽孔、搪孔、偏心、壓花、切斷、切槽、車螺牙。一般車床配備各種專用刀具,可完成內外圓加工、鑽孔、車螺紋、切斷车槽、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。 歷史車床是一種古老的工具,其雛型可追溯至古埃及。1797年,英國人亨利·莫茲利發明了近代所認知的車床[2]。 構造![]() 以下以卧式普通车床为例介绍。 頭座頭座(英語:Head stock):包含有傳導機構與莫氏錐度之中空主軸組成。主軸後段裝置齒輪,與傳導機構之塔輪或齒輪連接,帶動主軸運轉。主軸前段可裝置夾頭、面盤等夾具夾持工件。[3] 主軸變速箱![]()
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。 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(英語:Lathes bed):有两条精度很高的V形导轨和矩形导轨,其導軌一般都經過高频硬化處理製成。導軌分兩部份,以引導刀座(Carriage)與尾座(Tail stock)移動。床台下方裝置一導螺桿,其螺桿會配合主軸之轉速,可配合刀座部份的自動進刀機構進行車螺紋、工件滾紋(或稱壓花)之工作。 床台的斷面形狀,依製造工廠有不同設計樣式,大致分為英式和美式兩種。[4] 英式床台和美式床台比較
溜板箱與刀座![]() 溜板箱架在床身上,側面垂下部分裝有傳動機構以從丝杠與光杠接受運動,帶動上方承裝的刀架進刀切削。 刀座(或稱刀架,英語:Carriage):包含複式刀座與自動進刀機構等。複式刀座可操作橫向進刀與縱向進刀。一般而言,車床縱向進刀由溜板箱上的大手輪(進刀手輪)操作、橫向進刀由刀座上的手輪操作。自動進刀機構進行車螺紋、工件滾紋的原理係利用車床上工件作一等速運轉,配合刀座之刀具以等速直線移動的方式進行車削。[5]
1 上夾持有車刀。有些車床的該部件可同時夾持四把車刀,用每次旋轉90°的手柄選擇一把車刀進行加工,省去頻繁換刀的麻煩。 2 可以在2b上旋轉,使横向進刀變為斜向進刀,用於加工斜面。 當5b扳到螺紋檔位時,溜板箱內两個半螺母扣在絲槓上,同時光槓上滑移齒輪到床身齒條的傳動鏈斷開,刀架由絲槓帶動進行螺紋的車削;反之由光槓配合床身齒條帶動進行外圓切削。 5c控制2或3是否與光槓聯動,即是否自動進刀。 尾座![]() 尾座(英語:Tail stock):位於床台的右側位置。尾座的軸孔為莫氏錐度,可裝置鑽頭、絞孔刀與螺絲攻進行內孔加工之工作。亦可配合工件長度的需要,在導軌(Ways)上移動尾座;此時尾座可裝置頂心頂住夾頭所夾持之工件,避免夾頭所夾持之工件過長而不易夾持。[5]
床座床座包含床台(床軌)及基座(床架),下部為基座;上部為床台。 附件夾頭(Lathe chuck)![]() 夾頭是機床上用來夾持工件的機械裝置。 花盤(Face plate)花盤又稱面盤,是一台車床的基本夾具附件,用於木材或金屬車削車床。它是一個圓形金屬(通常是鑄鐵)板。面盤上有很多放射狀或不規則平行的細長溝,用於裝置較大或不規則形狀工作物之搪孔工作、鑽孔工作、用其他方法無法夾持加工之工作物。 心軸(Finger)它是套用經過加工後之工作物之孔內,心軸兩端開有頂心孔,以便一端由頂心支持,另一端崁入主軸端。
頂心(頂尖、頂針)、牽轉具(夾頭、卡箍)(英語:Lathe Center)頂心用來支撐工作物的,裝在主軸端稱活頂心又稱前頂尖,裝在尾座稱為死頂心又稱後頂尖。 牽轉具,中空部位可用以夾持工作物。
驅動盤(Driven Disc)驅動盤,安裝於車床主軸上,當其迴轉時,使夾持於兩頂心間之工作物旋轉,以便進行車削加工。 筒夾(Collet chuck)筒夾是一種零件,它主要負責把小直徑的工作物夾緊於主軸端。主要用於六角車床及自動車床。 中心架(Steady Rest)避免工作物產生撓曲現象,用來支撐細長工作物,裝設在刀具座上並隨之移動的穩定扶架。 角板(Angle plate)使用於工作物不能直接安裝於面盤上的一種輔助工具。 V槽塊(V夾塊)用來訂定工作物中心位置。 車刀(Turnig Tool)用於加工,工作物外表。 車削加工车削是一种加工工艺,主要通过刀具的直线或曲线运动,将装夹在车床主轴端面上旋转的工件切削加工成合格的零件。[10] 车削圆锥时,如采用转动小拖板法,不受锥度大小的限制,但不能加工较长的圆锥。 车削的特点有:加工平稳,易于保证工件表面位置精度;生产率高;生产成本低;所用刀具简单;应用范围广。 硬车技术(Hard turning)切削液切削液是金屬切削加工效率及車刀壽命的重要配套材料。[11] 輥紋輥紋,(又稱滾花、滾紋、壓花),為機件表面增加摩擦力或便於持握而特別製成凹凸紋路,這些花紋一般是在車床上用滾花刀滾壓擠件使其表面產生花紋。 輥紋對車床來說是損耗極大的工作,應以低轉速來操作。輥紋部位離夾頭 50 釐米以上時,應以尾座台頂工作物中心,將工作物支撐牢固。[12] 中心鑽頭絲攻和絲板轉動切削參數切削參數要考慮基本的轉折過程是:
切削速度切削速度快慢,取決於很多因素,特別是質量和類型的工具使用,切削深度,硬度和可加工的材料有被加工進給速度和使用。主要限制了機器的速度原因是它的範圍、主軸馬達功率和剛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。 過度的切削速度可導致:
切削速度過低會導致:
旋轉速度的工件在傳統的車床有一個有限的範圍內的速度,取決於速度的主要引擎和變速齒輪箱。在數位車床,這個速度與控制系統的反饋,通常採用可變頻率和速度,可以選擇任何一個範圍內的速度高達全速。 刀具的旋轉速度與切削速度成正比,與刀具的直徑成反比。 种类由於工業的發達使得實際工作需求日益增進下,為適應各種加工產品及近代自動化加工潮流勢,以符合生產需要,發展多種不同功能與特性:[13][14] 普通車床(Centre lathe)普通車床,為目前使用最廣泛的車床種類。早期的普通車床傳動是藉由皮帶傳導的塔輪變速,現今已改用齒輪變速箱傳動。齒輪變速箱的優點為可精確掌握主軸之轉速,且無主軸轉速過高,皮帶摩擦消耗、滑動之情形,因為其主軸是水平放置,所以又名卧式車床。若床面為凹口者,則為凹口車床(Gap lathe)。 桌上車床(Bench lathe)桌上型車床又稱台式車床,其型式及構造類似普通車床,通常安裝於工作桌上使用而得名,適用於生產精密量具、儀器及小零件之生產。 立式車床(Vertical Lathe)立式車床的主軸為垂直安裝,床台則成水平方向,工件置於可旋轉的床台上。特別適於加工直徑大,但長度短之工件。 六角車床(Turret lathe)六角車床又稱轉塔車床,以六角形旋轉刀塔取代普通車床之尾座而設計。特別適於加工需多種加工程序(如鑚孔、鉸孔、搪孔)中大量之工件,適合大量生產。 自動車床(Automatic Lathe)自動車床,能夠自動照工作物加工次序車削,車製完成後會自動退刀、進料,並進行下一個成品的車削,適合較小直徑工件之大量生產。 靠模車床(Copying Lathe)靠模車床又稱仿削車床,利用觸針依照模型或樣板的形狀移動,車刀也隨之移動車削工作物,因此可以正確地車削出與模型一樣的工件。 數控機床(Computerized Numerical Control Lathe)全名為「電腦數值控制車床」,簡稱「數控機床」。優點為適於加工生產中大數量、設計複雜、要求精密度高的工件。 安全標準當在車床工作時,必須遵守某些規定,以確保不會發生任何事故造成可能的傷害。
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