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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]。
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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。
以下以卧式普通车床为例介绍。
头座(英语:Head stock):包含有传导机构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。[3]
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(英语:Lathes bed):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,大致分为英式和美式两种。[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。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 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(英语:Tail stock):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。[5]
床座包含床台(床轨)及基座(床架),下部为基座;上部为床台。
卡盤是机床上用来夹持工件的机械装置。
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。
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。
(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。
牵转具,中空部位可用以夹持工作物。
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。
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。
使用于工作物不能直接安装于面盘上的一种辅助工具。
用来订定工作物中心位置。
用于加工,工作物外表。
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。
切削液是金属切削加工效率及车刀寿命的重要配套材料。[11]
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。[12]
切削参数要考虑基本的转折过程是:
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:
切削速度过低会导致:
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。
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:[13][14]
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,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。
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。
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。
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,长发需要戴好工作帽,头发塞入帽中。 |
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。 |
10 | 加工过程中不能用手或棉纱擦拭零件;不能用手拉切屑,要用专用的钩子刷子清除切屑;不能用手去刹住转动的卡盘,行走时注意不要被长切屑绊脚。 |
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