机床
定义
在机械工程学之特别部门,有别于其他机械可说是制造机械的机械。
机床的基本组件
图中显示车床的头座。
机床的基本组件包括以下组件:支承机构、驱动装置、进给机构、导向机构、控制和操纵系统、润滑系统、冷却系统、安全装置等。
头座:可提供驱动与进给刀具或是旋转工件的动力。内含主轴、变速齿轮系统等。
机柱:提供垂直的支撑。某些机器的机柱也提供头座上下移动的能力。
工作台:支持固定加工中的工件。某些机器如锯床,其工作台也提供进给工件的能力。
鞍座、床台(基座)、滑道等:支撑其他组件,有时提供进给自由度。
驱动装置
机床的动力可由电动机提供。电动机可分为直流马达与交流马达。传统上直流马达有功率输出大,加减速反应灵敏顺畅、温度低等优点。但直流马达具有电刷等易损坏零件。整流时产生之火花可能导致火灾,最高速率因此受限。易损坏零件也提高故障率。
交流马达不需电刷。加上近年来功率、加减速反应与温度等问题改进,已取代直流马达成为主流。
目前最先进的技术是直线电机直接驱动机床的直线轴运动,不需要旋转电机经丝杠或者齿轮齿条等传动机构间接驱动。
分类
根据用途分类
随着用途的不同,机床又分为车床、铣床、磨床、钻床等等。
根据组成单元的构造分类
因机床组成单元的构造不同可分为台式、落地式、龙门式、多机头式等四种。
根据自动化程度分类
机床根据电脑化程度可分为传统金属切削机(完全手工控制),数值控制NC(未加数控器,但有自动化控制)与电脑数值控制CNC(完全电脑控制)机床。
传统金属切削机
机床用于精密切削金属以生产其他机器的金属零件。其架构必需有足够的刚性,适当的形状,易于操作,易于除去金属碎屑,够安全,够稳定,够准确与够精确。
图中显示一个金属加工普通车床。
在机床上待加工的金属称为“工件”,用来切削工件的工具称为刀具。机床提供动力造成工件与刀具的相对运动,并且精确控制此相对运动,去除工件上不要的部分。某些机器如车床是转动工件,进给刀具。也有机器如镗床,转动刀具,进给工作台以移动工件。
电脑数值控制(CNC)工作母机
一台有铣床功能的日本自制CNC车床。
工作母机不但可由人工直接操作,也可加入自动控制。
数值控制(Numerical control,NC)机床以及更先进的电脑数值控制(computer numerical control,CNC)机床已成为工业中及重要的部分。
CNC之优缺点
与传统机床、大量生产专用机相比,CNC机床较适合少量或中量高品质精密零件生产,也较能适应多样不同产品的生产。
功能的优点:
高精确度。高品质。
资料易储存修改。如果程式设计良好,可以通用于不同时间地点的机床,生产相同的产品。不需重新设计。
可自动换刀、送料等,自动程度更高。
“适应控制”维持机床于最佳生产条件。
较长的刀具寿命。
生产制造之优点:
增加工作时间提高机器使用率(下班无人看管仍可工作)
高效率、高品质、高良率。在成品外形复杂精细时尤其明显。
减少夹具、治具。因此减少前置成本与准备时间。
加工多样化。在少量多样的生产模式下可减少单位成本。
人事管理上的优点:
减少劳力人事成本。一操作员可同时操作数台机器。
加工时间、单位成本易控制掌握,因此可有效掌握生产计划,并且能减少呆料。
操作简便。一旦程式设计完成,操作就减少对高技术操作人员依赖。
免除操作者误差,提高良率。
缺点:
CNC机床初期购置成本高。
程式人员须有加工、操作等知识。
设备精密复杂,维护与保养成本高。
依赖程序员、机械维修专业人员。此类人员训练较一般技术员困难。
操作
工件夹持法
待加工的工件可用许多方法夹持。
以两领针支持工件:以机器头座与尾座各一顶针夹住工件。适合用于夹持长形工件进行旋转,能承受较大的切削力量。
心轴:以头座伸出的心轴,穿过圆柱形工件轴心已有的洞。
面板:以夹具将工件固定在机床的一面板上。适用于平板、不规则形的工件。
夹头:以类似爪子的组件抓住工件。
机床安全
除了操作员安全训练之外,机床上也有数种设计维护安全,例如在机床外装置防护闸门防止异物伸入;装置光电侦测器以在异物伸入时发动紧急停止;将控制装置设定为双手按钮等等。
应用技术
请参考光机电一体化技术与自动控制
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