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機(jī)床基礎(chǔ)
許多情況下，初步進(jìn)行成型加工出來的工件必須在尺寸和表面光潔度方面進(jìn)一步精整，以滿足它們的設(shè)計(jì)技術(shù)要求。為了滿足精密的公差，需要從工件上去掉小量材料。通常機(jī)床就是用于這種加工的設(shè)備。
在美國，材料切削業(yè)是一個(gè)很大的企業(yè)——費(fèi)用每年超過36×109 美元，包括材料，勞動(dòng)力，管理費(fèi)，機(jī)床裝運(yùn)費(fèi)等所花的費(fèi)用。由于60%機(jī)械和工業(yè)工程以及技術(shù)等級(jí)評(píng)定工作都跟機(jī)械加工工業(yè)有某些關(guān)系，或者通過買賣、設(shè)計(jì)或者機(jī)器車間中操作或在有關(guān)工業(yè)企業(yè)中加工，因此，對(duì)于工程專業(yè)學(xué)生來說，在他的學(xué)習(xí)計(jì)劃中集中一段時(shí)間去學(xué)習(xí)研究材料切削和機(jī)床，那是個(gè)好方法。
機(jī)床通過切削工具去使工作成型以達(dá)到所需的尺寸提供了手段。機(jī)床通過其基礎(chǔ)構(gòu)件的功能作用，以控制相互關(guān)系方式支持、夾緊工具和工件，現(xiàn)將基本部件列舉如下：
(a)床身，構(gòu)架即機(jī)架。這是一個(gè)主要部件，該部件為主軸、拖板箱等提供一個(gè)基礎(chǔ)和連接中介，在負(fù)載作用下，它必須使變形和振動(dòng)保持最小。
(b)拖板箱和導(dǎo)軌。機(jī)床部件（如拖板箱）的移動(dòng)，通常是在精確的導(dǎo)軌面約束下靠直線運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。
(c)主軸和軸承。角位移是圍繞一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸線發(fā)生的，該軸線的位置必須在機(jī)床中極端精確的限度內(nèi)保持恒定，而且是靠精密的主軸和軸承來提供保證。
(d)動(dòng)力裝置。電動(dòng)機(jī)是為機(jī)床所普遍采用的動(dòng)力裝置。通過對(duì)各個(gè)電機(jī)的合適定位，使皮帶和齒輪傳動(dòng)裝置減少到最少。
(e)傳動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)。連桿機(jī)構(gòu)是個(gè)通用術(shù)語，用來代表機(jī)械、液壓、氣動(dòng)或電動(dòng)機(jī)構(gòu)的，這些機(jī)構(gòu)與確定的角位移和線性位移相關(guān)聯(lián)。
加工工藝有兩個(gè)主要組成部分：
(a)粗加工工藝。粗加工，金屬切除率高，因而往往切削力也大，但所要求的尺寸精度低。
(b)精加工工藝。精加工，金屬切除率低，因而往往切削力也小，但所要求的尺寸精度和表面光潔度高。
由此可見，靜載荷和動(dòng)載荷，例如由不平衡的砂輪引起的動(dòng)載荷，在精加工中比粗加工中有著更為重要的意義。任何加工過程所獲得的精度通常將受到由于力的作用引起發(fā)生的變形量的影響。
機(jī)床座架一般是用鑄鐵制造的，然而有些也可能用鑄鋼或中碳鋼來制造。選用鑄鐵是因?yàn)樗阋耍瑒傂院?，受壓?qiáng)度高，并且有減弱機(jī)床操作中產(chǎn)生的振動(dòng)的能力。為了避免床身鑄件碩大斷面，精心地設(shè)計(jì)筋條構(gòu)架以便提供最大的抗彎曲和抗扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的能力。筋條的兩種基本類型是：箱型結(jié)構(gòu)和片狀斜支撐式。箱型結(jié)構(gòu)便于生產(chǎn)，箱壁上有孔口便于使型芯定位和取出。片狀斜支撐筋條有較大的抗扭剛度亦能使截面上的碎屑掉落。它常常用于車床床身。機(jī)床的拖板箱和導(dǎo)軌是支撐和引導(dǎo)彼此相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件，通常是改變刀具相對(duì)于工件的位置。運(yùn)動(dòng)一般以直線運(yùn)動(dòng)的方式，但也有時(shí)是轉(zhuǎn)動(dòng)，例如對(duì)應(yīng)于工件的螺紋上的螺旋角方向而使萬能螺紋磨床上的砂輪頭轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度。拖板箱構(gòu)件的基本的幾何結(jié)構(gòu)形狀是平的、V型槽形、燕尾槽形和圓柱形的。這些構(gòu)件可根據(jù)用途，以各種方法分別使用或結(jié)合使用。導(dǎo)軌的特性如下：
(a)運(yùn)動(dòng)精確。于此拖板是要按直線移動(dòng)的，這直線必定是由兩個(gè)相互垂直的平面形成而且拖板必定不存在轉(zhuǎn)動(dòng)。機(jī)床導(dǎo)軌的直線度公差是每米0—0.02毫米，在水平面上這個(gè)公差可以進(jìn)行處理，以使得凸形表面，這樣就抵消導(dǎo)軌下凹的作用。
(b)調(diào)整手段。為了便于裝配、維護(hù)精度和在發(fā)生磨損后便于限制移動(dòng)構(gòu)件之間的“竄動(dòng)”，有時(shí)在拖板內(nèi)裝入扁條，這扁條被叫做“鋃條”。通常該鋃條用穿過長(zhǎng)孔的沉頭螺釘支住，而用平頭螺釘調(diào)整好后用鎖緊螺母上緊。
(c)潤(rùn)滑。導(dǎo)軌可用以下兩種裝置進(jìn)行潤(rùn)滑：1) 間歇潤(rùn)滑，通過潤(rùn)滑脂嘴或油嘴進(jìn)行。這是一種適于運(yùn)動(dòng)速度低而不頻繁場(chǎng)合的方法。2) 連續(xù)潤(rùn)滑，例如通過計(jì)量閥和管道將潤(rùn)滑油泵送到潤(rùn)滑點(diǎn)。用這種方法引入兩表面間的油膜必定是很薄的，目的是避免使拖板“浮起”。如果滑移表面似鏡面平滑，油就會(huì)被擠出而導(dǎo)致表面粘貼。因而在實(shí)踐上，拖板滑移表面是用凹面砂輪的刃進(jìn)行磨削或進(jìn)行刮研。兩種工藝都可產(chǎn)生微小的表面凹痕，它就成為存油凹陷，相配合的零件就不會(huì)處處因“浮起”而發(fā)生分離，這樣使拖板確定保持接觸導(dǎo)軌。
(d) 防護(hù)。為了維護(hù)導(dǎo)軌處于良好狀態(tài)，以下條件必須滿足：1) 必須防止外面物質(zhì)，如碎屑進(jìn)入。具有某一形狀的導(dǎo)軌那是所期望的。在這種場(chǎng)合，是不可能進(jìn)入雜物的，例如是倒V形的導(dǎo)軌時(shí)，那就不可能保存碎屑雜物在導(dǎo)軌上。2) 必須保存潤(rùn)滑油。在垂直或傾斜的導(dǎo)軌面上使用的油要有粘性，那很重要。為了這種使用目的已經(jīng)專門研制出多種有用的潤(rùn)滑油。油的粘性也要保護(hù)，以免被切削液沖毀。3) 必須用防護(hù)罩來防止意外的損壞。
一臺(tái)機(jī)床實(shí)現(xiàn)三個(gè)主要功能：1) 牢固的支持工件或者刀架和刀具；2) 在工件和刀具之間提供相對(duì)運(yùn)動(dòng)；3) 提供一定的走刀和切削速度范圍。
以去除切屑形式來加工金屬的機(jī)床一般分為四大類：使用單點(diǎn)刀具切削的機(jī)床；使用多點(diǎn)刀具切削的機(jī)床；使用隨機(jī)點(diǎn)刀具切削的機(jī)床（磨削）和考慮用于特殊場(chǎng)合的機(jī)床。
本質(zhì)上，使用單點(diǎn)刀具切削的機(jī)床包括：1) 普通車床；2) 塔式車床；3) 仿形車床；4)單軸自動(dòng)車床；5) 多軸自動(dòng)車床；6) 牛頭刨和龍門刨床；7)鏜床。
使用多點(diǎn)刀具切削的機(jī)床包括：1) 鉆床；2) 銑床；3) 拉床；4) 鋸床；5)齒輪切割機(jī)床。
使用隨機(jī)點(diǎn)刀具切削的機(jī)床包括：1) 外圓磨床；2)無心磨床；3)平面磨床。
用特殊的方法進(jìn)行金屬切削的機(jī)床包括：1) 化學(xué)蝕刻銑削機(jī)床；2) 電火花加工機(jī)床；3) 超聲波加工機(jī)床。車床是借助于轉(zhuǎn)動(dòng)的工件對(duì)著刀具來切去金屬材料，以產(chǎn)生外圓柱面或內(nèi)圓柱面或錐形表面的。它借助端面切削也普遍用于加工平面。在端面切削加工中，工件旋轉(zhuǎn)，而刀具作垂直于回轉(zhuǎn)軸線方向移動(dòng)。
普通車床是基本的旋削機(jī)床，從這點(diǎn)出發(fā)，已經(jīng)研制出其他旋削機(jī)床。驅(qū)動(dòng)電機(jī)裝在床身基礎(chǔ)上并通過齒輪、皮帶相結(jié)合來驅(qū)動(dòng)主軸，以提供每分鐘25到1500轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速。主軸是一根堅(jiān)固的空心軸，裝在重型軸承之間，其前端用來安裝驅(qū)動(dòng)盤（花盤），以便把確定的運(yùn)動(dòng)傳到工作。
該驅(qū)動(dòng)盤可借助螺紋、凸輪鎖緊機(jī)構(gòu)或借助一個(gè)螺紋墊圈和鍵固定在主軸上。
車床的床身是鑄鐵件。它提供精確的磨削的滑動(dòng)表面（導(dǎo)軌），其上放有拖板。該車床拖板是H型的鑄件，而刀具就安裝在拖板上的刀架上。溜板箱裝在拖板前面，并裝有移動(dòng)刀具的齒輪機(jī)構(gòu)，而拖板順著導(dǎo)軌或橫過導(dǎo)軌以提供所希望的刀具的運(yùn)動(dòng)。拖板上面的小刀架能使刀夾回轉(zhuǎn)所要求的任意角度。為使刀具作線性運(yùn)動(dòng)，在小刀架上裝有手輪和絲桿。以手輪和使小刀架垂直于車床導(dǎo)軌移動(dòng)的絲桿來提供橫向進(jìn)給。溜板箱中的齒輪系可為拖板沿著導(dǎo)軌和橫跨導(dǎo)軌提供動(dòng)力進(jìn)給。進(jìn)給箱齒輪將運(yùn)動(dòng)傳給拖板并控制刀具相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)速度。典型的車床進(jìn)給范圍是主軸每轉(zhuǎn)從0.002到0.160英寸，大約有50級(jí)轉(zhuǎn)速。由于進(jìn)給箱的移動(dòng)運(yùn)動(dòng)是由主軸齒輪驅(qū)動(dòng)的，因此進(jìn)給量直接與主軸速度有關(guān)。進(jìn)給箱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也用于加工螺紋并能加工每英寸4到224扣螺紋。
進(jìn)給箱和車床溜板箱之間的連結(jié)軸是光桿和絲桿。許多車床制造商把這兩桿結(jié)合為一桿，實(shí)際上那就以精確的開支減少機(jī)器的費(fèi)用。進(jìn)給桿（光桿）用于提供刀具的運(yùn)動(dòng)，它對(duì)于精確的工件和好的表面光潔度是很重要的。螺紋導(dǎo)桿（絲桿）用于提供精確的（螺紋）導(dǎo)程，這對(duì)于螺紋切削是必需的。光桿是通過摩擦離合器來驅(qū)動(dòng)的，那樣在刀具切削超載情況下能夠打滑保護(hù)。這一安全裝置不能裝在絲桿上，因?yàn)槁菁y加工是不允許打滑的。由于螺紋全深很難一次走刀加工完成，因此裝設(shè)一螺紋指示盤作為下幾次走刀加工時(shí)重新對(duì)刀用。
車床裝有尾座，它具有一精確的軸，該軸有一錐孔，以便安裝鉆頭、鉆夾、鉸刀和車床頂針。尾座可以沿著車床導(dǎo)軌移動(dòng)以適應(yīng)工件的不同長(zhǎng)度以及加工錐體或錐形表面。
轉(zhuǎn)塔車床基本上是具有某種附加特性的普通車床，提供作為半自動(dòng)加工和減少人工操作誤差的機(jī)會(huì)。轉(zhuǎn)塔車床的拖板設(shè)有T形槽以便在車床導(dǎo)軌兩端安裝夾刀裝置，當(dāng)轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)入到合適位置時(shí)，要正確地裝設(shè)刀具以便進(jìn)行切削。拖板也裝設(shè)有自動(dòng)停機(jī)裝置以便控制刀具行程和提供良好的切削的再生產(chǎn)。轉(zhuǎn)塔車床的尾座是六角形結(jié)構(gòu)，在六角頭中可以裝六把刀具。雖然裝刀和加工準(zhǔn)備要花大量時(shí)間，但轉(zhuǎn)塔車床一次裝刀以后無需熟練工人就可以連續(xù)地重復(fù)地操作加工，直到刀具變鈍并需更換為止。這樣轉(zhuǎn)塔車床僅就生產(chǎn)工作在經(jīng)濟(jì)上是可行的、合理的，于此，根據(jù)所制造零件的數(shù)量，為加工準(zhǔn)備需要花一定數(shù)量的時(shí)間是合理的，無可非議的。
跟蹤、重復(fù)加工車床裝有一個(gè)重復(fù)裝置以自動(dòng)控制單點(diǎn)刀具縱向和橫向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并可以一次或兩次走刀就生產(chǎn)出所需形狀和尺寸的光潔零件。
單軸自動(dòng)車床使用一個(gè)立式轉(zhuǎn)塔和兩個(gè)橫向溜板。工件通過機(jī)床主軸孔被送入卡盤，而刀具是靠凸輪來自動(dòng)操作控制。
多軸自動(dòng)車床裝有四、五、六或八根主軸，在每根主軸中裝一個(gè)工件。各主軸圍繞著一根中心軸來轉(zhuǎn)換位置。以主刀具溜板去接近各主軸。每根主軸位上都裝有一側(cè)向可以獨(dú)立操作的刀具滑板。由于各刀具滑板都是靠凸輪操作的，因此加工準(zhǔn)備可能花幾天時(shí)間，因而至少需要5000件的批量生產(chǎn) ，它的使用才是合理的。這種機(jī)床的主要優(yōu)點(diǎn)就是所有的刀具同時(shí)工作，因而一個(gè)工人可以看管幾部機(jī)床。對(duì)于相對(duì)簡(jiǎn)單的零件而言，多軸自動(dòng)車床可以以每五秒一件的速度生產(chǎn)加工出成品來。
牛頭刨床使用裝在滑枕一端的刀夾上的單點(diǎn)刀具。切削加工通常是以向前的行程來進(jìn)行。刀具被抬刀架稍稍抬舉，以避免（刀具）劃過工件表面的嚴(yán)重拖刮。在返回行程中，刀具下面進(jìn)給機(jī)構(gòu)使工件進(jìn)給為下一次切削作準(zhǔn)備。立式箱形床身裝有牛頭刨的操作機(jī)構(gòu)，亦用作安裝支持工件的工作臺(tái)。工作臺(tái)可在與滑枕互相垂直的兩個(gè)方向上移動(dòng)。利用刀具滑塊來控制切割深度并進(jìn)行手動(dòng)進(jìn)給。它也可以在其法向垂直位置的各側(cè)回轉(zhuǎn)90度角，那樣就允許相對(duì)于工作臺(tái)表面成一個(gè)角度，再使刀具進(jìn)給。
牛頭刨床有兩種類型的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)：修正過的惠式快回機(jī)構(gòu)和液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。對(duì)于惠式機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)大齒輪，大齒輪驅(qū)動(dòng)曲臂，通過可調(diào)節(jié)的曲柄銷來控制行程長(zhǎng)度。當(dāng)大齒輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，搖桿臂受力而往復(fù)運(yùn)動(dòng)并把運(yùn)動(dòng)傳遞給牛頭刨滑枕。
在液壓牛頭刨中的電動(dòng)機(jī)，僅僅是用來驅(qū)動(dòng)液壓泵。牛頭刨的殘余運(yùn)動(dòng)是靠液壓油的流向來控制。為機(jī)械所驅(qū)動(dòng)的牛頭刨的切削行程只利用了大齒輪旋轉(zhuǎn)的220度。而返回行程利用了140度。這就構(gòu)成切削行程與返回行程之速比為1.6比1。速度圖表明：切削行程中刀具的速度決不是恒定的，而液壓牛頭刨的速度圖表明：對(duì)于大多數(shù)切削行程，切削速度是恒定的。液壓牛頭刨增加了一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即切削速度可無級(jí)變速。這類機(jī)床的主要缺點(diǎn)是在滑枕沖程的終端缺乏確定的限制。那就可能允許有千分之幾英寸的行程長(zhǎng)度誤差。
使得由薄板型模板來再制輪廓成為可能的雙套裝置是有效的。薄板模用來跟液壓控制相配合。
各種規(guī)格和類型的立式鉆床或手搖鉆床是很有用的，并配以有足夠?qū)挿秶闹鬏S速級(jí)，且能自動(dòng)進(jìn)給以滿足大多數(shù)工業(yè)的需要。典型鉆床的速級(jí)范圍是從每分鐘76轉(zhuǎn)到每分鐘2025轉(zhuǎn)。鉆頭進(jìn)給速度為：主軸每轉(zhuǎn)從0.002英寸到每轉(zhuǎn)0.020英寸。
搖臂鉆床是用來鉆削那種很笨重以至于不便搬動(dòng)的工件。
具有速度調(diào)節(jié)和進(jìn)給調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的主軸被裝在搖臂上。通過將轉(zhuǎn)臂繞立柱的轉(zhuǎn)動(dòng)同主軸組件沿?fù)u臂的移動(dòng)相結(jié)合，可使主軸和鉆頭對(duì)準(zhǔn)機(jī)床可達(dá)范圍內(nèi)的任何位置上。
對(duì)于太大而不便于放在鉆床工作臺(tái)上的工件，可把主軸組件擺到地面上方并擺到放在機(jī)床旁邊地上的工件上方。
普通搖臂鉆床只能使主軸垂直運(yùn)動(dòng)，而萬能搖臂鉆床允許主軸圍繞垂直于搖臂的軸線旋轉(zhuǎn)，而搖臂可繞著水平軸線旋轉(zhuǎn)，這樣就可以在任何角度方位下鉆削。
多軸鉆床具有一個(gè)或多個(gè)通過萬向接頭和可伸縮的花鍵軸來驅(qū)動(dòng)主軸的裝置。所有的主軸通常都由同一部電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)并同時(shí)進(jìn)給以便鉆削出所要求的孔數(shù)。在大多數(shù)鉆床中，每根主軸都被裝夾在一可調(diào)節(jié)盤中，以便它能相對(duì)于其他主軸而移動(dòng)。相鄰主軸所對(duì)準(zhǔn)的區(qū)域部分交疊以便使鉆床可在其范圍內(nèi)任何位置鉆孔。
銑削工藝是以旋轉(zhuǎn)的刀具來切去金屬。它包括從工件表面上切去金屬，擴(kuò)大孔眼和成形切削，例如螺紋加工和輪齒加工。
升降臺(tái)式的銑床內(nèi)，立柱是為其他零件的主要支乘構(gòu)件，并包括裝有驅(qū)動(dòng)電機(jī)、主軸和刀具的基礎(chǔ)件。刀具裝于主軸的刀桿上，并且通過懸臂內(nèi)的軸承而被支承在其外端。升降臺(tái)用燕尾槽裝在立柱上，鞍座用燕尾槽固緊到升降臺(tái)上，而工作臺(tái)則被連接座架上。這樣，該升降臺(tái)的建立使立柱式鉆床能提供相對(duì)于刀具的三個(gè)運(yùn)動(dòng)。借助使工作臺(tái)繞著鞍座上的垂直軸線旋轉(zhuǎn)，就可以提供四個(gè)運(yùn)動(dòng)。
床身固定的銑床設(shè)計(jì)的具有比升降臺(tái)和立柱式的更好的剛性。這工作臺(tái)被直接安裝在機(jī)床基礎(chǔ)板上，為了吸收重大切削力，工作臺(tái)具有良好的剛性，那是必要的，而且僅允許相對(duì)工作臺(tái)作縱向運(yùn)動(dòng)。垂直運(yùn)動(dòng)靠移動(dòng)整個(gè)刀頭獲得。
仿型銑床的特點(diǎn)是刀具和跟蹤元件的軌跡運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)或同步。在典型仿型銑床中，跟蹤指針跟隨模型的形狀輪廓，而刀頭重復(fù)著仿型運(yùn)動(dòng)。
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