自动车床原理

自动车床是一种通过凸轮作传动力的车床，车床共有五把刀，根据产品设计凸轮，靠凸轮传动给各个刀架进行车削进行批量加工，自动车床一般加工20毫米以下的零件。

车床简介
车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。
[编辑本段]车床发展
古代的车床是靠手拉或脚踏，通过绳索使工件旋转，并手持刀具而进行切削的。脚踏车床 1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国 人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。 为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床。 1848年，美国又出现回轮车床 1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床 20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。 第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。 普通车床 主要组成部件有：主轴箱、交换齿轮箱、进给箱、溜板箱、刀架、尾架、光杠、丝杠、床身、床脚和冷却装置。 主轴箱：又称床头箱，它的主要任务是将主电机传来的旋转运动经过一系列的变速机构使主轴得到所需的正反两种转向的不同转速，同时主轴箱分出部分动力将运动传给进给箱。主轴箱中等主轴是车床的关键零件。主轴在轴承上运转的平稳性直接影响工件的加工质量，一旦主轴的旋转精度降低，则机床的使用价值就会降低。 进给箱：又称走刀箱，进给箱中装有进给运动的变速机构，调整其变速机构，可得到所需的进给量或螺距，通过光杠或丝杠将运动传至刀架以进行切削。 丝杠与光杠：用以联接进给箱与溜板箱，并把进给箱的运动和动力传给溜板箱，使溜板箱获得纵向直线运动。丝杠是专门用来车削各种螺纹而设置的，在进行工件的其他表面车削时，只用光杠，不用丝杠。同学们要结合溜板箱的内容区分光杠与丝杠的区别。 溜板箱：是车床进给运动的操纵箱，内装有将光杠和丝杠的旋转运动变成刀架直线运动的机构，通过光杠传动实现刀架的纵向进给运动、横向进给运动和快速移动，通过丝杠带动刀架作纵向直线运动，以便车削螺纹。刀架：有两层滑板(中、小滑板)、床鞍与刀架体共同组成。用于安装车刀并带动车刀作纵向、横向或斜向运动。尾架：安装在床身导轨上，并沿此导轨纵向移动，以调整其工作位置。尾架主要用来安装后顶尖，以支撑较长工件，也可安装钻头、铰刀等进行孔加工。床身：是车床京都要求很高的带有导轨(山形导轨和平导轨)的一个大型基础部件。用于支撑和连接车床的各个部件，并保证各部件在工作时有准确的相对位置。冷却装置：冷却装置主要通过冷却水泵将水箱中的切削液加压后喷射到切削区域，降低切削温度，冲走切屑，润滑加工表面，以提高刀具使用寿命和工件的表面加工质量。
[编辑本段]数控车床的概念
机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。 普通机床经历了近两百年的历史。随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。 数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。 数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。 因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控制方面来，另一方面，若没有学好有关数学、电工学、公差与化合及机械制造等深内容，要学好数控原理和程序编制等，也会感到十分困难。熟悉零件工艺要求，正确处理工艺问题。由于数控机床加工的特殊性，要求数控机床加工工人既是操作者，又是程序员，同时具备初级技术人员的某些素质，因此，操作者必须熟悉被加工零件的各项工艺（技术）要求，如加工路线，刀具及其几何参数，切削用量，尺寸及形状位置公差。只有熟悉了各项工艺要求，并对出现的问题正确进行处理后，才能减少工作盲目性，保证整个加工工作圆满完成。
[编辑本段]数控车床的分类
数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。 数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一些复杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。 数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。 数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。
按车床主轴位置分类
(1)立式数控车床 立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。 (2)卧式数控车床 卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。
按加工零件的基本类型分类
(1)卡盘式数控车床 这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。 (2)顶尖式数控车床 这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。
按刀架数量分类
(1)单刀架数控车床 数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。 (2)双刀架数控车床 这类车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。
按功能分类
（1）经济型数控车床 采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。 （2）普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。 （3）车削加工中心 在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工，
其它分类方法
按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可以分很多种类，如直线控制数控车床，两主轴控制数控车床等;按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等多种。
[编辑本段]车床类型
按用途和结构的不同，车床主要分为卧式车床和落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床和各种专门化车床，如凸轮轴车床、曲轴车床、车轮车床、铲齿车床。在所有车床中，以卧式车床应用最为广泛。卧式车床加工尺寸公差等级可达IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6μm。近年来，计算机技术被广泛运用到机床制造业，随之出现了数控车床、车削加工中心等机电一体化的产品。
1.普通车床
加工对象广，主轴转速和进给量的调整范围大，能加工工件的内外表面、端面和内外螺纹。这种车床主要由工人手工操作，生产效率低，适用于单件、小批生产和修配车间。
2.转塔车床和回转车床
具有能装多把刀具的转塔刀架或回轮刀架，能在工件的一次装夹中由工人依次使用不同刀具完成多种工序，适用于成批生产。
3.自动车床
按一定程序自动完成中小型工件的多工序加工，能自动上下料，重复加工一批同样的工件，适用于大批、大量生产。
4.多刀半自动车床
有单轴、多轴、卧式和立式之分。单轴卧式的布局形式与普通车床相似，但两组刀架分别装在主轴的前后或上下，用于加工盘、环和轴类工件，其生产率比普通车床提高3～5倍。
5.仿形车床
能仿照样板或样件的形状尺寸，自动完成工件的加工循环(见仿形机床)，适用于形状较复杂的工件的小批和成批生产，生产率比普通车床高10～15倍。有多刀架、多轴、卡盘式、立式等类型。
6.立式车床
主轴垂直于水平面，工件装夹在水平的回转工作台上，刀架在横梁或立柱上移动。适用于加工较大、较重、难于在普通车床上安装的工件，分单柱和双柱两大类。
7.铲齿车床
在车削的同时，刀架周期地作径向往复运动，用于铲车铣刀、滚刀等的成形齿面。通常带有铲磨附件，由单独电动机驱动的小砂轮铲磨齿面。
8.专门化车床
加工某类工件的特定表面的车床，如曲轴车床、凸轮轴车床、车轮车床、车轴车床、轧辊车床和钢锭车床等。
9.联合车床
主要用于车削加工,但附加一些特殊部件和附件后还可进行镗、铣、钻、插、磨等加工，具有"一机多能"的特点，适用于工程车、船舶或移动修理站上的修配工作。
10.数控车床
数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在中国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。
11.马鞍车床
马鞍车床在车头箱处的左端床身为下沉状，能够容纳直径大的零件。车床的外形为两头高，中间低，形似马鞍，所以称为马鞍车床。马鞍车床适合加工径向尺寸大，轴向尺寸小的零件，适于车削工件外圆、内孔、端面、切槽和公制、英制、模数、经节螺纹，还可进行钻孔、镗孔、铰孔等工艺，特别适于单件、成批生产企业使用。马鞍车床在马鞍槽内可加工较大直径工件。机床导轨经淬硬并精磨，操作方便可靠。车床具有功率大、转速高，刚性强、精度高、噪音低等特点。
[编辑本段]车床保养
装夹校正工件时的注意事项
在装夹工件前，必须先把碳在工件中的砂泥等杂质清除掉免杂质嵌进拖板滑动面，加剧导软磨损或“咬坏”导轨。 在装夹及校正一些尺寸校大、形状复杂而装夹而积又较小的工件时，应预先在工件下面的车床床面上安放一块木制的床盖板，同时用压板或活络顶针顶住工件，防止它掉下来砸坏车床，如发现工件的位置不正确或歪斜，切忌用力敲击，以免影响车床主轴的精度，必须先将夹爪、压板或顶针略微松开，再进行有步骤的校正。
工具和车刀的安放
工具和车刀不要放在床面上，以免敲坏导轨。如需要放的话般先在床面上盖上床盖板，把工具和车刀放在床盖板上。 1．在砂光工件时，要在工件下面的床面上用床盖板或纸盖住；砂光后，仔细擦净床面。 2．在车铸铁工件时，在扼板上装护轨罩盖，同时要擦去切屑能够飞溅到的一段床面上的润滑油。 3. 不使用时，必须做好车床的清洁保养工作，防止切屑、砂粒或杂质进入车床导轨滑动面，把导轨“咬坏”或加剧它的磨损。 4．在使用冷却润滑液前，必须清除车床导轨及冷却润滑液盛盘里的垃圾；使用后，要把导轨上的冷却润滑液擦干，并加机械润滑保养。
[编辑本段]车床润滑
机床的润滑方式及润滑油脂的选择是根据机床的结构、自动化程度、机床使用的工况及对精密度的要求进行综合衡量而作出决定的，机床润滑在满足减磨降耗的同时要力求避免温升和振动。机床作为复杂而精密的机器，会采用多种多样的传动装置，根据设备的种类、工作环境及所要求的精密度要求对润滑油品的粘度、油性抗氧化性、抗极压性能等相关性能都有不同的要求。
机床润滑的要求：
1、机床的润滑点多而复杂，而且有许多机床同时润滑，因而多采用自动润滑，也称强制循环润滑，以节省人力，并保证可靠的润滑。 2、机床多靠液压传动，为简化润滑系统，因而许多机床是液压与润滑系统共用的，因而要考虑在保证液压系统工作正常的同时要满足各个润滑点对润滑的要求。在考虑运行成本的前提下尽可能选用粘度指数高，抗磨性能和抗氧化性能好的润滑油（脂）。 3、单机大型机床的导轨和主轴承的润滑，通常采用重力加油（滴油、油芯）润滑方式。用这种润滑方式要考虑润滑油的流动性，以保证润滑油可以自动流进摩擦副。 4、大型机床有很多齿轮传动装置、滑动和滚动轴承。特别是万能磨床都有很复杂的传动装置，因摩擦损失的功率达到30-40%，因此在选用润滑油时必须考虑到适当的粘度及良好的抗磨润滑性，力求最大限度的降低摩擦损失以节省动力消耗。 车床 5、粗加工机床大多是间歇式工作，因此会产生冲击负荷并伴有边界润滑，所以要考虑适当的年度、良好的润滑性能和抗极压性能。 6、精密机床的对润滑油的温升有很严格的要求，一般不能超过室温2-5℃，因此对油品的粘度及润滑方式及油箱的容量要做周密的计算和设计。 7、机床润滑系统、液压系统及各个摩擦副密封不良，会使加工过程中的金属磨屑、研磨粉粒进如到润滑系统中，不但可能堵塞油路造成磨损还会加速油品的变质。因此对系统密封的关注是必要的！ 8、在金属切削、研磨机床上为冷却、润滑刀具和加工工件，大多使用乳化液以及在磨床上用的三磷酸钠水溶液都有可能进入到润滑油，促进油的贬变质和乳化。因此在选择润滑油时必须考虑到油品的抗乳化性、耐水、防锈及防腐蚀性。 9、机床导轨是机床润滑的重点和难点，导轨的运动是反复式的，而且速度及载荷变化很大，容易出现爬行现象，造成加工精度降低甚至导致机床报废。所以早选择润滑油时要考虑适当的粘度和抗爬性好的润滑油。
机床润滑和机床润滑油（脂）的性能要求：
车床 机床的润滑包括轴承、齿轮、导轨和顶尖的润滑；机床润滑油脂包括：液压油、液压导轨油和润滑油（脂），不同的机床种类及工况的不同对润滑油品的性能有不同的要求： 1、轴承的润滑： 1）、滑动轴承的润滑：滑动轴承是常用的传动方式，润滑油不仅要起到润滑的作用还要起到冷却的作用，因此需要用润滑性能良好的低粘度的润滑油，同时需要具备良好的抗氧化、抗磨性、防锈性及抗泡沫性。对于精密磨床的磨石主轴所用的精密滑动轴承，因轴承间隙特小（1微米），转速特别高（30000r/min以上）应使用粘度很小，抗磨油性极好的粘度为2.0mm2(40℃)的润滑油. 2)、滚动轴承的润滑：滚动轴承在机床上，由于具有摩擦系数小，并运转安静等优点，因而机床上已大量采用滚动轴承，内径25mm，转速30000r/min以下时，可用封入高速脂。超过30000r/min时，则应用强制润滑或喷雾润滑。需要注意的是滚动轴承除大型、粗糙的特殊情况，一般不能使用含固体润滑剂的脂。 2、齿轮的润滑： 机床的齿轮的冲击和振动不大，负荷较小，应而一般不需要使用含极压添加剂的润滑油。需要注意的是如何防止主轴箱的热变形，冲击负荷较大的冲压或剪切机床的齿轮，应使用含抗磨剂的齿轮油，用于循环润滑或油浴润滑的齿轮油，除了要考虑抗氧化性，还要顾及抗腐蚀、抗磨、防锈蚀及抗泡性。根据齿轮的种类选择合适的齿轮油和合适的粘度。 3、导轨的润滑： 导轨的负荷及速度变化很大，一般导轨面的负荷为3-8N/cm2,但由于导轨频繁的进行反复运动，因此容易产生边界润滑，甚至半干润滑而导致爬行现象，除了机床设计和材料润滑不良是导致爬行的主要原因。为克服爬行现象，除用氟系树脂导轨贴面等，在改善润滑方面，主要用含防爬剂的润滑油，导轨润滑一般选用粘度32、68、100、150的导轨油，西班牙老鹰导轨油BESLUXLUDER系列（32，46、68，100、150、220）符合ISO6743/4标准，L-HG级别。 4、机床顶尖是一种特殊的轴承。固定顶尖负荷不大，现在高速机床多采用回转顶尖，复负荷较大，因此都采用封入润滑脂来润滑。
[编辑本段]安全问题
1、车床技术安全操作规程 （1） 工作前按规定润滑机床，检查各手柄是否到位，并开慢车试运转五分钟，确认一切正常方能操作。 （2）卡盘夹头要上牢，开机时扳手不能留在卡盘或夹头上。 （3）工件和刀具装夹要牢固，刀杆不应伸出过长（镗孔除外）；转动小刀架要停车，防止刀具碰撞卡盘、工件或划破手。 （4）工件运转时，操作者不能正对工件站立，身不靠车床，脚不踏油盘。 （5）高速切削时，应使用断屑器和挡护屏。 （6）禁止高速反刹车，退车和停车要平稳。 （7）清除铁屑，应用刷子或专用钩。 （8）用锉刀打光工件，必须右手在前，左手在后；用砂布打光工件，要用“手夹”等工具，以防绞伤。 （9）一切在用工、量、刃具应放于附近的安全位置，做到整齐有序。 （10）车床未停稳，禁止在车头上取工件或测量工件。 （11） 车床工作时，禁止打开或卸下防护装置。 （12） 临近下班，应清扫和擦试车床，并将尾座和溜板箱退到床身最右端。 2、铣床技术安全操作规程 （1）操作前检查铣床各部位手柄是否正常，按规定加注润滑油，并低速试运转1~2分钟，方能操作。 （2）工作前应穿好工作服，女工要戴工作帽，操作时严禁戴手套。 （3）装夹工件要稳固。装卸、对刀、测量、变速、紧固心轴及清洁机床，都必须在机床停稳后进行。 （4）工作台上禁止放置工量具、工件及其它杂物。 （5）开车时，应检查工件和铣刀相互位置是否恰当。 （6）铣床自动走刀时，手把与丝扣要脱开；工作台不能走到两个极限位置，限位块应安置牢固。 （7）铣床运转时，禁止徒手或用棉纱清扫机床，人不能站在铣刀的切线方向，更不得用嘴吹切屑。 （8）工作台与升降台移动前，必须将固定螺丝松开；不移动时，将螺母拧紧。 （9）刀杆、拉杆、夹头和刀具要在开机前装好并拧紧，不得利用主轴动转来帮助装卸。 （10）实训完毕应关闭电源，清扫机床，并将手柄置于空位，工作台移至正中。 2、 钳工技术安全操作规程 3、在虎钳上装夹工件时，要用力夹牢，手柄要靠拢端头。 4、手锤必须装配牢固，并在使用中经常检查是否有松动现象。 5、使用手锤，周围有人时，要随时避开，避免伤人。 6、进行錾削时，要控制切屑飞出方向，以免伤人。 （5）严禁使用无柄锉刀、铲刀、刮刀等，以免伤手。 （6）钳台上应设置防护网，工作中应用刷子扫除切屑，不得徒手揩摸或用嘴吹切屑。 （7）钻孔时，手不得接触钻床主轴和钻头，严禁戴手套操作，并防止衣袖、头发被卷住。 （8）钳工工具、量具，应放在工作台的适当位置，以免滑落掉地而损坏。 7、工作场地应保持整洁，过道通畅，毛坯和零件堆放整齐。