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機(jī)床是將金屬毛坯加工成機(jī)器零件的機(jī)器,它是制造機(jī)器的機(jī)器,所以又稱為”工作母機(jī)”或”工具機(jī)”,習(xí)慣上簡(jiǎn)稱機(jī)床。現(xiàn)代機(jī)械制造中加工機(jī)械零件的方法很多:除切削加工外,還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓等,但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細(xì)的零件,一般都需在機(jī)床上用切削的方法進(jìn)行最終加工。在一般的機(jī)器制造中,機(jī)床所擔(dān)負(fù)的加工工作量占機(jī)器總制造工作量的40%-60%,機(jī)床在國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代化的建設(shè)中起著重大作用。
1.1 古代樹木機(jī)床公元前二千多年出現(xiàn)的樹木車床是機(jī)床最早的雛形。工作時(shí),腳踏繩索下端的套圈,利用樹枝的彈性使工件由繩索帶動(dòng)旋轉(zhuǎn),手拿貝殼或石片等作為刀具,沿板條移動(dòng)工具切削工件。中世紀(jì)的彈性桿棒車床運(yùn)用的仍是這一原理。
1.2 十五世紀(jì)的機(jī)床雛形十五世紀(jì)由于制造鐘表和武器的需要,出現(xiàn)了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工機(jī)床,以及水力驅(qū)動(dòng)的炮筒鏜床。1501年左右,意大利人列奧納多·達(dá)芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機(jī)床和內(nèi)圓磨床的構(gòu)想草圖,其中已有曲柄、飛輪、頂尖和軸承等新機(jī)構(gòu)。中國(guó)明朝出版的《天工開物》中也載有磨床的結(jié)構(gòu),用腳踏的方法使鐵盤旋轉(zhuǎn),加上沙子和水來剖切玉石。
1.3 工業(yè)革命導(dǎo)致了各種機(jī)床的產(chǎn)生和改進(jìn)十八世紀(jì)的工業(yè)革命推動(dòng)了機(jī)床的發(fā)展。1774年,英國(guó)人威爾金森(全名約翰·威爾金森)發(fā)明了較精密的炮筒鏜床。次年,他用這臺(tái)炮筒鏜床鏜出的汽缸,滿足了瓦特蒸汽機(jī)的要求。為了鏜制更大的汽缸,他又于1775年制造了一臺(tái)水輪驅(qū)動(dòng)的汽缸鏜床,促進(jìn)了蒸汽機(jī)的發(fā)展。從此,機(jī)床開始用蒸汽機(jī)通過曲軸驅(qū)動(dòng)。
1797年,英國(guó)人莫茲利創(chuàng)制成的車床由絲杠傳動(dòng)刀架,能實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)進(jìn)給和車削螺紋,這是機(jī)床結(jié)構(gòu)的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國(guó)機(jī)床工業(yè)之父”。
19世紀(jì),由于紡織、動(dòng)力、交通運(yùn)輸機(jī)械和軍火生產(chǎn)的推動(dòng),各種類型的機(jī)床相繼出現(xiàn)。1817年,英國(guó)人羅伯茨創(chuàng)制龍門刨床;1818年美國(guó)人惠特尼(他的全名叫伊萊·惠特尼)制成臥式銑床;1876年,美國(guó)制成萬能外圓磨床;1835和1897年又先后發(fā)明滾齒機(jī)和插齒機(jī)。
十九世紀(jì)最優(yōu)秀的機(jī)械技師應(yīng)數(shù)惠特沃斯(全名約瑟夫·惠特沃斯),他于1834年制成了測(cè)長(zhǎng)機(jī),該測(cè)長(zhǎng)機(jī)可以測(cè)量出長(zhǎng)度誤差萬分之一英寸左右。這種測(cè)長(zhǎng)機(jī)的原理和千分尺相同,通過轉(zhuǎn)動(dòng)分度板可以進(jìn)出的螺紋夾持住工件,使用滑尺讀出分度板上的分度。1835年,惠特沃斯在他32歲時(shí)發(fā)明滾齒機(jī)。除此以外,惠特沃斯還設(shè)計(jì)了測(cè)量圓筒的內(nèi)圓和外圓的塞規(guī)和環(huán)規(guī)。建議全部的機(jī)床生產(chǎn)業(yè)者都采用同一尺寸的標(biāo)準(zhǔn)螺紋。后來,英國(guó)的制定工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)接受了這一建議,從那以后直到今日,這種螺紋作為標(biāo)準(zhǔn)螺紋被各國(guó)所使用。
工業(yè)技術(shù)發(fā)展的中心,從十九世紀(jì)起,就悄悄從英國(guó)移向美國(guó)。把英國(guó)的技術(shù)聲望奪過去的人中,惠特尼堪稱佼佼者;萏啬崧敺f過人,具有遠(yuǎn)見卓識(shí),他率先研究出了作為大規(guī)模生產(chǎn)的可更換部件的系統(tǒng)。至今還很活躍的惠特尼工程公司,早在19世紀(jì)四十年代就研制成功了一種轉(zhuǎn)塔式六角車床。這種車床是隨著工件制做的復(fù)雜化和精細(xì)化而問世的,在這種車床中,裝有一個(gè)絞盤,各種需要的刀具都安裝在絞盤上,這樣,通過旋轉(zhuǎn)固定工具的轉(zhuǎn)塔,就可以把工具轉(zhuǎn)到所需的位置上。
隨著電動(dòng)機(jī)的發(fā)明,機(jī)床開始先采用電動(dòng)機(jī)集中驅(qū)動(dòng),后又廣泛使用單獨(dú)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
二十世紀(jì)初,為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具,相繼創(chuàng)制出坐標(biāo)鏜床和螺紋磨床。同時(shí)為了適應(yīng)汽車和軸承等工業(yè)大量生產(chǎn)的需要,又研制出各種自動(dòng)機(jī)床、仿形機(jī)床、組合機(jī)床和自動(dòng)生產(chǎn)線。
1.4 1900年進(jìn)入精密化時(shí)期19世紀(jì)末到20世紀(jì)初,單一的車床已逐漸演化出了銑床、刨床、磨床、鉆床等等,這些主要機(jī)床已經(jīng)基本定型,這樣就為20世紀(jì)前期的精密機(jī)床和生產(chǎn)機(jī)械化和半自動(dòng)化創(chuàng)造了條件。
在20世紀(jì)的前20年內(nèi),人們主要是圍繞銑床、磨床和流水裝配線展開的。由于汽車、飛機(jī)及其發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)的要求,在大批加工形狀復(fù)雜、高精度及高光潔度的零件時(shí),迫切需要精密的、自動(dòng)的銑床和磨床。由于多螺旋線刀刃銑刀的問世,基本上解決了單刃銑刀所產(chǎn)生的振動(dòng)和光潔度不高而使銑床得不到發(fā)展的困難,使銑床成為加工復(fù)雜零件的重要設(shè)備。
被世人譽(yù)為“汽車之父”的福特,提出:汽車應(yīng)該是“輕巧的、結(jié)實(shí)的、可靠的和便宜的”。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),必須研制高效率的磨床,為此,美國(guó)人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪,以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發(fā)展,使機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了精密化的新階段。
1.5 1920年進(jìn)入半自動(dòng)化時(shí)期在1920年以后的30年中,機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)入了半自動(dòng)化時(shí)期,液壓和電氣元件在機(jī)床和其他機(jī)械上逐漸得到了應(yīng)用。1938年,液壓系統(tǒng)和電磁控制不但促進(jìn)了新型銑床的發(fā)明,而且在龍門刨床等機(jī)床上也推廣使用。30年代以后,行程開關(guān)——電磁閥系統(tǒng)幾乎用到各種機(jī)床的自動(dòng)控制上了。
1.6 1950年進(jìn)入自動(dòng)化時(shí)期第二次世界大戰(zhàn)以后,由于數(shù)控和群控機(jī)床和自動(dòng)線的出現(xiàn),機(jī)床的發(fā)展開始進(jìn)入了自動(dòng)化時(shí)期。數(shù)控機(jī)床是在電子計(jì)算機(jī)發(fā)明之后,運(yùn)用數(shù)字控制原理,將加工程序、要求和更換刀具的操作數(shù)碼和文字碼作為信息進(jìn)行存貯,并按其發(fā)出的指令控制機(jī)床,按既定的要求進(jìn)行加工的新式機(jī)床。
1.6.1 世界第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床(銑床)誕生(1951年)數(shù)控機(jī)床的方案,是美國(guó)的帕森斯(全名約翰·帕森斯)在研制檢查飛機(jī)螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機(jī)時(shí)向美國(guó)空軍提出的,在麻省理工學(xué)院的參加和協(xié)助下,終于在1949年取得了成功。1951年,他們正式制成了第一臺(tái)電子管數(shù)控機(jī)床樣機(jī),成功地解決了多品種小批量的復(fù)雜零件加工的自動(dòng)化問題。以后,一方面數(shù)控原理從銑床擴(kuò)展到銑鏜床、鉆床和車床,另一方面,則從電子管向晶體管、集成電路方向過渡。1958年,美國(guó)研制成能自動(dòng)更換刀具,以進(jìn)行多工序加工的加工中心。
1.6.2 世界第一條數(shù)控生產(chǎn)線誕生(1968年)1968年,英國(guó)的毛林斯機(jī)械公司研制成了第一條數(shù)控機(jī)床組成的自動(dòng)線,不久,美國(guó)通用電氣公司提出了“工廠自動(dòng)化的先決條件是零件加工過程的數(shù)控和生產(chǎn)過程的程控”,于是,到70年代中期,出現(xiàn)了自動(dòng)化車間,自動(dòng)化工廠也已開始建造。
1970年至1974年,由于小型計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于機(jī)床控制,出現(xiàn)了三次技術(shù)突破。第一次是直接數(shù)字控制器,使一臺(tái)小型電子計(jì)算機(jī)同時(shí)控制多臺(tái)機(jī)床,出現(xiàn)了“群控”;第二次是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),用一支光筆進(jìn)行設(shè)計(jì)和修改設(shè)計(jì)及計(jì)算程序;第三次是按加工的實(shí)際情況及意外變化反饋并自動(dòng)改變加工用量和切削速度,出現(xiàn)了自適控制系統(tǒng)的機(jī)床。
經(jīng)過100多年的風(fēng)風(fēng)雨雨,機(jī)床的家族已日漸成熟,真正成了機(jī)械領(lǐng)域的“工作母機(jī)”。
車床是主要用車刀對(duì)旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行車削加工的機(jī)床。在車床上還可用鉆頭、擴(kuò)孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進(jìn)行相應(yīng)的加工。車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉(zhuǎn)表面的工件,是機(jī)械制造和修配工廠中使用最廣的一類機(jī)床。
1.1 古代滑輪、弓形桿的“弓車床”早在古埃及時(shí)代,人們已經(jīng)發(fā)明了將木材繞著它的中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)用刀具進(jìn)行車削的技術(shù)。起初,人們是用兩根立木作為支架,架起要車削的木材,利用樹枝的彈力把繩索卷到木材上,靠手拉或腳踏拉動(dòng)繩子轉(zhuǎn)動(dòng)木材,并手持刀具而進(jìn)行切削。
這種古老的方法逐漸演化,發(fā)展成了在滑輪上繞二三圈繩子,繩子架在彎成弓形的彈性桿上,來回推拉弓使加工物體旋轉(zhuǎn)從而進(jìn)行車削,這便是“弓車床”。
1.2 中世紀(jì)曲軸、飛輪傳動(dòng)的“腳踏車床”到了中世紀(jì),有人設(shè)計(jì)出了用腳踏板旋轉(zhuǎn)曲軸并帶動(dòng)飛輪,再傳動(dòng)到主軸使其旋轉(zhuǎn)的“腳踏車床”。16世紀(jì)中葉,法國(guó)有一個(gè)叫貝松的設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)了一種用螺絲杠使刀具滑動(dòng)的車螺絲用的車床,可惜的是,這種車床并沒有推廣使用。
1.3 十八世紀(jì)誕生了床頭箱、卡盤時(shí)間到了18世紀(jì),又有人設(shè)計(jì)了一種用腳踏板和連桿旋轉(zhuǎn)曲軸,可以把轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能貯存在飛輪上的車床上,并從直接旋轉(zhuǎn)工件發(fā)展到了旋轉(zhuǎn)床頭箱,床頭箱是一個(gè)用于夾持工件的卡盤。
1.4 英國(guó)人莫茲利發(fā)明了刀架車床(1797年)在發(fā)明車床的故事中,最引人注目的是一個(gè)名叫莫茲利的英國(guó)人,因?yàn)樗?797年發(fā)明了劃時(shí)代的刀架車床,這種車床帶有精密的導(dǎo)螺桿和可互換的齒輪。
莫茲利生于1771年,18歲的時(shí)候,他是發(fā)明家布拉默的得力助手。據(jù)說,布拉默原先一直是干農(nóng)活的,16歲那年因一次事故致使右踝傷殘,才不得不改行從事機(jī)動(dòng)性不強(qiáng)的木工活。他的第一項(xiàng)發(fā)明便是1778年的抽水馬桶,莫茲利開始一直幫助布拉默設(shè)計(jì)水壓機(jī)和其他機(jī)械,直到26歲才離開布拉默,因?yàn)椴祭直┑鼐芙^了莫利茲提出的把工資增加到每周30先令以上的請(qǐng)求。
就在莫茲利離開布拉默的那一年,他制成了第一臺(tái)螺紋車床,這是一臺(tái)全金屬的車床,能夠沿著兩根平行導(dǎo)軌移動(dòng)的刀具座和尾座。導(dǎo)軌的導(dǎo)向面是三角形的,在主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)帶動(dòng)絲杠使刀具架橫向移動(dòng)。這是近代車床所具有的主要機(jī)構(gòu),用這種車床可以車制任意節(jié)距的精密金屬螺絲。
3年以后,莫茲利在他自己的車間里制造了一臺(tái)更加完善的車床,上面的齒輪可以互相更換,可改變進(jìn)給速度和被加工螺紋的螺距。1817年,另一位英國(guó)人羅伯茨采用了四級(jí)帶輪和背輪機(jī)構(gòu)來改變主軸轉(zhuǎn)速。不久,更大型的車床也問世了,為蒸汽機(jī)和其他機(jī)械的發(fā)明立下了汗馬功勞。
1.5 各種專用車床的誕生為了提高機(jī)械化自動(dòng)化程度,1845年,美國(guó)的菲奇發(fā)明轉(zhuǎn)塔車床;1848年,美國(guó)又出現(xiàn)回輪車床;1873年,美國(guó)的斯潘塞制成一臺(tái)單軸自動(dòng)車床,不久他又制成三軸自動(dòng)車床 ;20世紀(jì)初出現(xiàn)了由單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的帶有齒輪變速箱的車床。由于高速工具鋼的發(fā)明和電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用,車床不斷完善,終于達(dá)到了高速度和高精度的現(xiàn)代水平。
第一次世界大戰(zhàn)后,由于軍火、汽車和其他機(jī)械工業(yè)的需要,各種高效自動(dòng)車床和專門化車床迅速發(fā)展。為了提高小批量工件的生產(chǎn)率,40年代末,帶液壓仿形裝置的車床得到推廣,與此同時(shí),多刀車床也得到發(fā)展。50年代中,發(fā)展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程序控制車床。數(shù)控技術(shù)于60年代開始用于車床,70年代后得到迅速發(fā)展。
1.6 車床的分類車床依用途和功能區(qū)分為多種類型。
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。
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。
2.1 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。
2.2 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(guó),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)。
2.3 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。
2.4 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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)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(guó)人惠特尼了。
3.1 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(guó)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。
3.2 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(guó)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(guó)工程師約瑟夫·布朗。
1862年,美國(guó)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。
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?梢哉f,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”。
4.1 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(guó)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。
4.2 加工小平面的牛頭刨床另一位英國(guó)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。
5.1 第一臺(tái)磨床(1864年)1864年,美國(guó)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(guó)的布朗發(fā)明了接近現(xiàn)代磨床的萬能磨床。
5.2 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(guó)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。
6.1 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?gòu)臋M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)。
6.2 第一臺(tái)鉆床(惠特沃斯,1862年)到了1850年前后,德國(guó)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(guó)倫敦召開的國(guó)際博覽會(huì)上,英國(guó)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。
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。
數(shù)控機(jī)床加工流程說明
CAD:Computer Aided Design,即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。2D或3D的工件或立體圖設(shè)計(jì)
CAM:Computer Aided Making,即計(jì)算機(jī)輔助制造。使用CAM軟體生成G-Code
CNC:數(shù)控機(jī)床控制器,讀入G-Code開始加工
數(shù)控機(jī)床加工程式說明
CNC程式可分為主程序及副程序(子程序),凡是重覆加工的部份,可用副程序編寫,以簡(jiǎn)化主程序的設(shè)計(jì)。
字元(數(shù)值資料)→字語(yǔ)→單節(jié)→加工程序。
只要打開Windows操作系統(tǒng)里的記事本就可編輯CNC碼,寫好的CNC程式則可用模擬軟體來模擬刀具路徑的正確性。
數(shù)控機(jī)床基本機(jī)能指令說明
所謂機(jī)能指令是由位址碼(英文字母)及兩個(gè)數(shù)字所組成,具有某種意義的動(dòng)作或功能,可分為七大類,即G機(jī)能(準(zhǔn)備機(jī)能),M機(jī)能(輔助機(jī)能),T機(jī)能(刀具機(jī)能),S機(jī)能(主軸轉(zhuǎn)速機(jī)能),F(xiàn)機(jī)能(進(jìn)給率機(jī)能),N機(jī)能(單節(jié)編號(hào)機(jī)能)和H/D機(jī)能(刀具補(bǔ)正機(jī)能)。
數(shù)控機(jī)床參考點(diǎn)說明
通常在數(shù)控工具機(jī)程式編寫時(shí),至少須選用一個(gè)參考坐標(biāo)點(diǎn)來計(jì)算工作圖上各點(diǎn)之坐標(biāo)值,這些參考點(diǎn)我們稱之為零點(diǎn)或原點(diǎn),常用之參考點(diǎn)有機(jī)械原點(diǎn)、回歸參考點(diǎn)、工作原點(diǎn)、程式原點(diǎn)。
機(jī)械參考點(diǎn)(Machine reference point):機(jī)械參考點(diǎn)或稱為機(jī)械原點(diǎn),它是機(jī)械上的一個(gè)固定的參考點(diǎn)。
回歸參考點(diǎn) (Reference points):在機(jī)器的各軸上都有一回歸參考點(diǎn),這些回歸參考點(diǎn)的位置,以行程監(jiān)測(cè)裝置極限開關(guān)預(yù)先精確設(shè)定,作為工作臺(tái)及主軸的回歸點(diǎn)。
工作參考點(diǎn) (Work reference points):工作參考點(diǎn)或稱工作原點(diǎn),它是工作坐標(biāo)系統(tǒng)之原點(diǎn),該點(diǎn)是浮動(dòng)的,由程式設(shè)計(jì)者依需要而設(shè)定,一般被設(shè)定于工作臺(tái)上(工作上)任一位置。
程式參考點(diǎn) (Program reference points):程式參考點(diǎn)或稱程式原點(diǎn),它是工作上所有轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)值之基準(zhǔn)點(diǎn),此點(diǎn)必須在編寫程式時(shí)加以選定,所以程式設(shè)計(jì)者選定時(shí)須選擇一個(gè)方便的點(diǎn),以利程式之寫作。
鋼制伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩為高品質(zhì)的2-3mm厚鋼板冷壓成形而成,根據(jù)要求也可以為不銹鋼的。特殊的表面磨光會(huì)使其另外升值。我們可以為所有的機(jī)床種類提供相應(yīng)的導(dǎo)軌防護(hù)類型(水平、垂直、傾斜、橫向)。
鋼板防護(hù)罩
根據(jù)運(yùn)行速度及導(dǎo)軌的不同我們所研制的防護(hù)罩結(jié)構(gòu)也不同。運(yùn)行速度10m/min之下的我們裝有聚安脂或黃銅滑塊。中等速度30m/min之下的我們裝有滾軸。另外驅(qū)動(dòng)板、刮屑板及吸屑板之間還需要用緩沖系統(tǒng);瑝K緩沖系統(tǒng)的目的是減少碰撞、噪音及摩擦。
鋼制伸縮式導(dǎo)軌防護(hù)罩的節(jié)數(shù)對(duì)其比例、重量及運(yùn)行特性都很重要。每個(gè)單節(jié)都應(yīng)盡可能的長(zhǎng),這樣可以減少節(jié)數(shù),降低成本。一般情況最大拉伸與最小壓縮比例應(yīng)在3:1 和5:1之間。
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