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常見的機床類型

帶有滑輪和弓桿的古代“弓車”

早在古埃及,人們就已經發明了當木頭繞著它的中軸線旋轉時,用工具轉動木頭的技術。最初,人們用兩棵垂直的樹作為支撐,把要翻的木頭立起來,利用樹枝的彈性把繩子卷到木頭上,用手或腳蹬拉繩子來翻木頭,拿著刀來砍。

這種古老的方法逐漸演變為“弓車”,將繩子繞在滑輪上兩三圈,繩子支撐在彎曲成拱形的彈性桿上,來回推拉弓,使被加工物體旋轉。

中世紀由曲軸和飛輪驅動的“自行車床”

中世紀有人設計了壹種“自行車床”,利用踏板帶動曲軸轉動,帶動飛輪,再傳遞給主軸使其轉動。16世紀中葉,法國壹位名叫貝松的設計師設計了壹臺車床,可以用螺紋桿擰螺絲。可惜這臺車床沒有普及。

18世紀,床頭箱和卡盤誕生。

18世紀有人設計了壹種帶踏板和連桿旋轉的曲軸,可以把車床上的旋轉動能儲存在飛輪上,從直接旋轉工件發展到旋轉主軸箱,主軸箱是壹種夾緊工件的卡盤。

壹個英國人莫茲利發明了刀架車床(1797)。

在發明車床的故事中,最引人註目的是壹位名叫Maudslay的英國人,因為他在1797年發明了劃時代的刀架車床,它有精密的絲杠和可互換的齒輪。

為了提高機械化和自動化程度,誕生了各種專用車床。1845年,美國的菲奇發明了轉塔車床。1848年,美國出現了車削車床。1873年,美國的斯潘塞做出了單軸自動車床,不久他又做出了三軸自動車床。20世紀初,出現了單電機驅動的帶齒輪箱的車床。由於高速工具鋼的發明和電機的應用,車床得到了不斷的改進,最終達到了高速、高精度的現代水平。

第壹次世界大戰後,由於軍火、汽車等機械工業的需要,各種高效自動車床和專用車床迅速發展起來。為了提高小批量工件的生產率,1940年代末,普及了帶液壓仿形裝置的車床,同時發展了多刀車床。1950年代中期,研制了壹臺帶穿孔卡片、插銷板和刻度盤的程控車床。數控技術在1960年代開始應用於車床,1970年代以後發展迅速。

車床的分類根據用途和功能,車床分為許多種類。

普通車床加工對象廣,主軸轉速和進給量調節範圍大,可以加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人操作,生產效率低,適用於單件小批量生產和修理車間。

轉塔車床和旋轉車床有轉塔刀架或可以裝多把刀具的轉塔刀架。工人可以在壹次裝夾過程中使用不同的刀具完成各種工序,適合批量生產。

自動車床可以按照壹定的程序自動完成中小型工件的多工序加工,可以自動裝卸和重復加工壹批相同的工件,適合大批量生產。

多刀半自動車床可分為單軸、多軸、臥式和立式。單軸臥式車床的布局與普通車床相似,但在主軸的前後或上下分別安裝兩組刀架,用於加工盤、環、軸類工件,其生產率比普通車床高3 ~ 5倍。

仿形車床通過模仿樣板或樣品的形狀和尺寸,自動完成工件的加工循環。適用於小批量、批量生產形狀復雜的工件,生產率比普通車床高10 ~ 15倍。有多種類型,多刀架、多軸、卡盤型、立式等。

立式車床的主軸垂直於水平面,工件夾緊在水平回轉工作臺上,刀架在橫梁或立柱上運動。它適用於加工在普通車床上難以安裝的大而重的工件。壹般可分為單柱和雙柱兩類。

鏟齒車床在車削時周期性地做徑向往復運動,用於成形叉車、銑刀、滾刀等的齒面。通常使用鏟附件,由獨立電機驅動的小砂輪鏟齒表面。

專用車床是用來加工某壹類工件特定表面的車床,如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、軸車床、滾柱車床和錠車床。

組合車床主要用於車削,但配以壹些特殊零件和附件,也可用於鏜、銑、鉆、插、磨。具有“壹機多能”的特點,適用於工程車輛、船舶或移動修理站上的修理工作。作坊手工業雖然比較落後,但是培養和造就了很多技術人員。雖然他們不是制造機器的專家,但他們能制造各種手工具,如刀、鋸、針、鉆、錐、磨、軸、套、齒輪、床架等等。事實上,機器是由這些零件組裝而成的。

最早的鏜床設計師——達芬奇。鏜床被稱為“機械之母”。說到鏜床,就不得不先說說達芬奇。這位傳說中的人物可能是最早用於金屬加工的鏜床的設計者。他設計的鏜床以液壓動力或踏板為動力,鏜刀靠近工件旋轉,而工件則固定在起重機驅動的移動平臺上。1540,另壹個畫師畫了壹個煙火的畫,也有同樣的鏜床圖。當時鏜床是專門用來精加工空心鑄件的。

第壹臺加工炮管的鏜床(威爾金森,1775)。17世紀,由於軍事需要,大炮制造業發展非常迅速,如何制造炮管成為人們迫切需要解決的重大問題。世界上第壹臺真正的鏜床是威爾金森在1775年發明的。其實確切的說,威爾金森的鏜床是壹種可以精確加工大炮的鉆床。它是壹個中空的圓柱形鏜桿,兩端安裝在軸承上。

威爾金森1728出生於美國。20歲時,他搬到斯塔福德郡,在比爾斯頓建造了第壹座煉鐵高爐。因此,威爾金森被稱為“斯塔福德郡的鐵匠師傅”。1775年,47歲的威爾金森在父親的工廠裏不斷努力,終於制造出了這臺能以罕見的精度給炮管鉆孔的新機器。有趣的是,威爾金森在1808年去世後,被安葬在自己設計的鑄鐵棺材裏。

鏜床對瓦特的蒸汽機做出了重要貢獻。沒有蒸汽機,當時就不會出現第壹波工業革命。蒸汽機本身的發展和應用,除了必要的社會機遇外,壹些技術前提條件也不容忽視,因為蒸汽機零件的制造遠沒有木匠砍木頭那麽容易,不可能把金屬做成壹些特殊的形狀,而且加工精度高,沒有相應的技術設備。比如在制造蒸汽機的氣缸和活塞時,活塞制造過程中要求的外徑精度可以在測量尺寸的同時從外部切割,但用壹般的加工方法不容易滿足氣缸內徑的精度要求。

史密斯是18世紀最好的機械師。史密斯頓設計的水車和風車多達43個。制造蒸汽機時,史密斯頓最難的是加工氣缸。把壹個大圓筒內圓加工成壹個圓是相當困難的。為此,史密斯頓在卡倫鐵廠制作了壹臺切割圓筒內圓的專用機床。這種由水車驅動的鏜床,在其長軸前端裝有刀具,刀具可在缸體內旋轉,從而可加工其內圓。因為刀具安裝在長軸的前端,會出現軸偏等問題,所以加工真正的圓柱體是非常困難的。為此,史密斯頓不得不多次改變氣缸的位置進行加工。

對於這個問題,威爾金森在1774年發明的鏜床起到了很大的作用。這種鏜床是用壹個水輪使料缸旋轉,並使其對準固定中心的刀具前進。由於刀具和材料之間的相對運動,材料被高精度地鉆入圓柱形孔中。當時用鏜床做壹個直徑72英寸的圓柱體,誤差不超過壹枚六便士硬幣的厚度。用現代技術來衡量,這是壹個很大的誤差,但在當時的條件下,達到這種程度並不容易。

但是威爾金森的發明沒有申請專利保護,人們仿制安裝。在1802中,瓦特也在他的書中談到了威爾金森的發明,並在他的蘇荷鐵廠復制了它。後來瓦特制造蒸汽機的汽缸和活塞時,也應用了威爾金森這種神奇的機器。原來對於活塞來說,可以邊切外邊測尺寸,但是對於氣缸來說就沒那麽簡單了,需要壹臺鏜床。當時瓦特用水車使金屬圓筒旋轉,使中心固定的工具向前移動,切割圓筒內部。結果直徑75英寸的圓柱體的誤差小於壹枚硬幣的厚度,這在正確的地方是非常先進的。

臺式升降鏜床誕生(赫頓,1885)。在隨後的幾十年裏,人們對威爾金森的鏜床進行了多次改進。1885年,英國赫頓制造了壹臺臺式升降鏜床,成為現代鏜床的雛形。銑床是指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機床。通常,銑刀的旋轉運動是主要運動,工件(和)銑刀的運動是進給運動。可以加工平面和凹槽,也可以加工各種曲面和齒輪。銑床是用銑刀銑削工件的機床。銑床不僅能銑平面、槽、輪齒、螺紋和花鍵軸,還能加工更復雜的輪廓,效率比刨床高,廣泛應用於機械制造和修理部門。

19世紀,英國人為了蒸汽機等工業革命的需要,發明了鏜床和刨床,而美國人為了大量生產武器,致力於銑床的發明。銑床是壹種帶有不同形狀銑刀的機器,可以切削特殊形狀的工件,如螺旋槽、齒形等。

早在1664年,英國科學家胡克就制作了壹臺通過旋轉圓形刀具進行切削的機器,可以算是壹臺原始的銑床,但當時社會對此並沒有熱烈的反響。19世紀40年代,普拉特設計了所謂的林肯銑床。當然,真正確立銑床在機械制造中地位的是美國人惠特尼。

第壹臺普通銑床(惠特尼,1818)。1818年,惠特尼制造了世界上第壹臺普通銑床,但銑床的專利卻在1839年被英國人博德莫爾(帶刀具進給裝置的龍門刨床的發明者)“拿下”了。由於銑床成本高,當時買家不多。

第壹臺萬能銑床(布朗,1862)。沈寂了壹段時間後,銑床在美國又活躍起來了。相比之下,惠特尼和普拉特只能說他們為銑床的發明和應用做了壹個奠基性的工作。真正發明可應用於工廠各種作業的銑床這壹成就,應該屬於美國工程師約瑟夫·布朗。

1862年,美國布朗制造了世界上最早的萬能銑床,在提供萬能分度盤和綜合銑刀方面是劃時代的創舉。萬能銑床的工作臺可以在水平方向旋轉壹定的角度,並帶有立式銑頭等附件。他設計的“萬能銑床”在1867年巴黎博覽會展出時獲得了巨大成功。與此同時,布朗還設計了壹種打磨後不會變形的成型銑刀,然後制作了打磨銑刀的磨床,使銑床達到了現在的水平。在發明的過程中,很多事情往往是相輔相成、環環相扣的:為了制造蒸汽機,需要鏜床;蒸汽機發明後,從技術要求上又叫龍門刨床。可以說,正是蒸汽機的發明,導致了“工作機”從鏜床、車床到龍門刨床的設計發展。其實刨床就是刨金屬的壹種“刨子”。

加工大平面的龍門刨床(1839)。自19世紀初,許多技術人員開始研究蒸汽機氣門座的平面加工,包括理查德·羅伯特、理查德·普拉特、詹姆斯·福克斯和約瑟夫·克萊門特。從1814開始,他們用25年的時間獨立制造了刨床。這種刨床將被加工物體固定在往復平臺上,刨床對被加工物體的壹面進行切削。但這種刨床沒有進刀裝置,處於“工具”向“機器”轉化的過程中。1839年,壹位名叫博默的英國人終於設計出了壹臺帶有刀具進給裝置的龍門刨床。

加工小平面的成形機。另壹個英國人納斯邁思(nasmyth)從1831用40年的時間發明制造了加工小飛機的刨床。它可以將被加工物體固定在床身上,刀具來回移動。

此後,由於工具的改進和電機的出現,龍門刨床壹方面向高速切削和高精度方向發展,另壹方面也向大型化方向發展。研磨是人類自古就知道的古老技術。這種技術在舊石器時代用於研磨石器。後來隨著金屬器具的使用,促進了磨削技術的發展。但是,設計出名副其實的磨床,還是現代的事情。即使在19世紀早期,人們仍然通過旋轉天然磨石並使其與加工對象接觸來研磨天然磨石。

第壹臺研磨機(1864)。1864年,美國制造了世界上第壹臺磨床,這是壹種在車床的拖板上安裝砂輪,使其具有自動變速的裝置。12年後,美國的布朗發明了接近現代磨床的萬能磨床。

人造磨盤——砂輪的誕生(1892)。對人造磨石的需求也上升了。如何研制出比天然磨石更耐磨的磨石?1892年,美國人艾奇遜試制成功了用焦炭和沙子制成的碳化矽,這是壹種現在稱為C磨料的人造磨石。兩年後,以氧化鋁為主要成分的磨料A試制成功,使磨床得到更廣泛的應用。

後來由於軸承和導軌的進壹步改進,磨床的精度越來越高,向專業化方向發展,出現了內圓磨床、平面磨床、滾子磨床、齒輪磨床、萬能磨床等。古代鉆孔機——“弓滑輪”。鉆井技術歷史悠久。考古學家現在發現,在公元前4000年,人類發明了壹種打洞的裝置。古人在兩根柱子上搭壹根橫梁,然後從橫梁上垂下壹個可旋轉的錐子,再用弓弦纏繞錐子,帶動它旋轉,就可以在木頭和石頭上打孔了。不久,人們還設計了壹種叫做“滑輪”的打孔工具,也是利用彈性弓弦使錐子旋轉。

第壹臺鉆機(惠特沃思,1862)。大約在1850年,德國人馬蒂尼首先制造了壹種用於金屬打孔的麻花鉆。1862年在英國倫敦舉行的國際博覽會上,英國人惠特沃思展出了鑄鐵櫃架的電動鉆孔機,成為現代鉆孔機的雛形。

後來各種鉆床相繼出現,包括搖臂鉆床、帶自動進給機構的鉆床、可以同時鉆多個孔的多軸鉆床等。由於工具材料和鉆頭的改進,以及電動機的使用,終於制造出了大型高性能鉆機。是數控機床的簡稱,是壹種帶有程序控制系統的自動化機床。控制系統可以對帶有控制代碼或其他符號指令的程序進行邏輯處理和解碼,使機床動作和加工零件的控制單元,數控機床的操作和監控都在這個CNC單元中完成,CNC單元是數控機床的大腦。

加工精度高,加工質量穩定;

可進行多坐標聯動,加工形狀復雜的零件;

當加工零件發生變化時,壹般只需改變數控程序,這樣可以節省生產準備時間;

機床本身精度和剛性高,可以選擇有利的加工用量,生產率高(壹般是普通機床的3~5倍);

機床自動化程度高,可以降低勞動強度;

對操作人員的素質要求更高,對維修人員的技術要求更高。

數控機床壹般由以下幾部分組成:

主機是數控機床的主體,包括床身、立柱、主軸、進給機構等機械部分。它是用來完成各種切割過程的機械部件。

數控裝置是數控機床的核心,包括硬件(印刷電路板、CRT顯示器、鑰匙盒、紙帶閱讀機等。)和相應的軟件,用於輸入數字零件程序,並完成輸入信息的存儲、數據轉換、插補運算和實現各種控制功能。

驅動裝置是數控機床執行機構的驅動部分,包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機和進給電機。在數控裝置的控制下,通過電動或電液伺服系統實現主軸和進給驅動。當多個進給聯動時,可以加工定位、直線、平面曲線和空間曲線。

輔助設備是指數控機床為保證數控機床運行所必需的壹些配套部件,如冷卻、排屑、潤滑、照明、監控等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數控轉臺和數控分度頭,以及刀具和監控檢測裝置。

編程和其他輔助設備可用於編程和存儲機器外部的零件。

數控機床加工流程描述

CAD:計算機輔助設計,即計算機輔助設計。2D或3D工件或立體設計

CAM:計算機輔助制造,即計算機輔助制造。用CAM軟件生成g代碼

CNC:數控機床控制器,讀取g代碼開始加工。

數控機床加工程序的描述

數控程序可分為主程序和子程序(子程序)。任何重復加工的部分都可以用子程序來編寫,以簡化主程序的設計。

字符(數字數據)→文字→單節→加工程序。

只要在Windows操作系統中打開記事本,就可以編輯數控代碼,編寫的數控程序可以用仿真軟件模擬刀具軌跡的正確性。

數控機床基本功能說明

所謂功能指令是由地址碼(英文字母)和兩個數字組成,具有壹定的動作或功能,可分為七類,即G功能(準備功能)、M功能(輔助功能)、T功能(刀具功能)、S功能(主軸轉速功能)、F功能(進給速度功能)、N功能(單段編號功能)、H/D功能。

數控機床參考點的描述

通常數控機床編程時,至少要選擇壹個參考坐標點,才能計算出工作圖上各點的坐標值。這些參考點稱為零點或原點,常用的參考點有機械原點、回歸參考點、工作原點和程序原點。

機器參考點:機器參考點或機械原點,是壹個固定的機械參考點。

參考點:機床各軸上有壹個參考點,這些參考點的位置由行程監控裝置的限位開關預先精確設定,作為工作臺和主軸的返回點。

工作參考點:工作參考點或工作原點,是工作坐標系的原點,是浮動的,由程序員根據需要設置,壹般設置在工作臺上的任意位置(工作時)。

程序參考點:編寫程序時必須選擇程序參考點或程序原點,即工作中所有轉折點坐標值的參考點,所以程序員必須選擇壹個方便的點,以方便程序的編寫。

鋼制伸縮導衛采用優質2-3mm厚鋼板冷壓而成,也可根據需要采用不銹鋼制作。特殊的表面拋光會使它增值。我們可以為所有機床提供相應的導軌保護類型(水平、垂直、傾斜和水平)。高效曲軸專用機床也有其加工局限性。只有合理應用合適的加工機床,才能發揮曲軸加工機床的高效專用性,從而提高工序的加工效率。

1.曲軸軸頸有根切槽時,數控內銑床無法加工;如果曲軸軸頸在軸向有根切槽,無論是數控高速外銑床還是數控內銑床都無法加工,但數控車床-車床可以方便地加工。

2.需要加工平衡塊側面時,首選數控內銑機床,因為內銑盤外圓定位,剛性好,特別適合加工大型鍛鋼曲軸;此時不適合使用數控車-拉床機床,因為曲軸平衡塊側需要加工時,用數控車-拉床機床加工,平衡塊側斷續切削,曲軸轉速很高。在這種工況下,崩刀現象比較嚴重。

3.原則上,當曲軸軸頸沒有根切槽,平衡塊側面不需要加工時,可以用幾臺機床加工。加工轎車曲軸時,主軸頸應采用數控車拉床,連桿軸頸應選用數控高速外銑機床。加工大型鍛鋼曲軸時,主軸頸和連桿軸頸采用數控內銑機床較為合理。

曲軸可分為大型鍛鋼曲軸和輕型汽車曲軸。鍛鋼曲軸的軸頸壹般沒有根切槽,側面需要加工,余量較大。壹般汽車的曲軸軸頸都有根切槽,側面不需要加工。因此,可以得出結論,用數控內銑機床加工鍛鋼曲軸,用數控車-車機床加工轎車曲軸主軸頸,連桿軸頸用數控高速外銑機床是壹種合理高效的選擇。鍛壓機是用於金屬冷加工的設備和機械。它只是改變了金屬的外形。鍛壓機床包括卷板機、剪板機、沖床、壓力機、液壓機、折彎機等。

機床附件種類繁多,有柔性風琴護板(皮老虎)、刀片、鋼板不銹鋼導向護板、伸縮螺旋護板、卷簾護板、防護裙簾、防塵折疊布、鋼質拖鏈、工程塑料拖鏈、機床工作燈、機床墊、JR-2矩形金屬軟管、DGT導管保護套、可調塑料冷卻管、吸塵管、通風管、防爆管、旅行槽板。

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