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機床

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工具機英语Machine tool)是指動力機械製造裝置,通常用於精密切削金屬以生產其他機器或加工的金屬零件。

为了加工工件,机床在工件和刀具之间制造出一个相对运动。这个运动又可分为主运动和进给运动。这两个运动重叠在一起,才使得加工成为可能。

机床一般可用作成型,切削和连接。

定義[编辑]

在機械工程學之特別部門,有別於其他機械可說是製造機械的機械。

廣義-工具機為將固體材料,經由一動力源推動,以物理的、化學的或其他方法作成形加工的機械。
狹義-是指加工材料以金屬工件為主的工具機。加工方式則以切削或輪磨等機型方式將工件製成所需的形狀、尺寸及表面精度,按造其功用可分為切削型、成形型、及使用高級技術三類。

工具機的基本組件[编辑]

圖中顯示車床的頭座。

工具機的基本組件包括以下組件: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。

  • 頭座:可提供驅動與進給刀具或是旋轉工件的動力。內含主軸、變速齒輪系統等。
  • 機柱:提供垂直的支撐。某些機器的機柱也提供頭座上下移動的能力。
  • 工作檯:支持固定加工中的工件。某些機器如鋸床,其工作檯也提供進給工件的能力。
  • 鞍座、床檯(基座)、滑道等:支撐其他組件,有時提供進給自由度。

驅動裝置[编辑]

工具機的動力可由電動機提供。電動機可分為直流馬達與交流馬達。傳統上直流馬達有功率輸出大,加減速反應靈敏順暢、溫度低等優點。但直流馬達具有電刷等易損壞零件。整流時產生之火花可能導致火災,最高速率因此受限。易損壞零件也提高故障率。

交流馬達不需電刷。加上近年來功率、加減速反應與溫度等問題改進,已取代直流馬達成為主流。 [1]

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[编辑]

根据用途分类[编辑]

隨著用途的不同,工具機又分為車床銑床磨床鑽床等等。

根据组成单元的构造分类[编辑]

因机床組成單元的構造不同可分為檯式、落地式、龍門式、多機頭式等四种。[2]

根据自动化程度分类[编辑]

机床根据電腦化程度可分為傳統金屬切削機(完全手工控制),數值控制NC(未加數控器,但有自動化控制)與電腦數值控制CNC(完全電腦控制)工具機。

傳統金屬切削機[编辑]

工具機用於精密切削金屬以生產其他機器的金屬零件。其架構必需有足夠的剛性,適當的形狀,易於操作,易於除去金屬碎屑,夠安全,夠穩定,夠準確與夠精確。[2]

圖中顯示一個金屬加工普通車床。

在工具機上待加工的金屬稱為「工件」,用來切削工件的工具稱為刀具。工具機提供動力造成工件與刀具的相對運動,並且精確控制此相對運動,去除工件上不要的部分。某些機器如車床是轉動工件,進給刀具。也有機器如鏜床,轉動刀具,進給工作檯以移動工件。

傳統式機器的切削和進給運動
機器 切削運動 進給運動 操作種類
車床 工件旋轉 刀具及滑軌 圓筒表面、鑽孔、搪孔、鉸孔以及面切削
搪床 刀具旋轉 工作檯 鑽孔、搪孔、鉸孔以及面切削
龍門鉋床 工作檯往復運動 刀具 鉋平面
牛頭鉋床 刀具往復運動 工作檯 鉋平面
水平銑床(臥式銑床) 刀具旋轉 工作檯 平面、齒輪、突輪、鑽孔、搪孔、鉸孔以及面切削
水平搪床 刀具旋轉 刀具 平面
圓筒磨床 刀具(磨輪)旋轉 工作檯、工具 圓筒表面研磨
鑽床 刀具旋轉 刀具 鑽孔、搪孔、鉸孔、面切削以及切螺紋
鋸床 刀具 刀具、工件 鋸斷
拉床 刀具 刀具 內表面與外表面

[2]

電腦數值控制(CNC)工作母機[编辑]

一台有銑床功能的日本自製CNC車床。

工作母機不但可由人工直接操作,也可加入自動控制。

數值控制(Numerical control,NC)工具機以及更先進的電腦數值控制(computer numerical control,CNC)工具機已成為工業中及重要的部分。

CNC之優缺點[编辑]

與傳統工具機、大量生產專用機相比,CNC工具機較適合少量或中量高品質精密零件生產,也較能適應多樣不同產品的生產。

功能的優點:

  • 高精確度。高品質。
  • 資料易儲存修改。如果程式設計良好,可以通用於不同時間地點的工具機,生產相同的產品。不需重新設計。
  • 可自動換刀、送料等,自動程度更高。
  • 「適應控制」維持工具機於最佳生產條件。
  • 較長的刀具壽命。

生產製造之優點:

  • 增加工作時間提高機器使用率(下班無人看管仍可工作)
  • 高效率、高品質、高良率。在成品外形複雜精細時尤其明顯。
  • 減少夾具、治具。因此減少前置成本與準備時間。
  • 加工多樣化。在少量多樣的生產模式下可減少單位成本。

人事管理上的優點:

  • 減少勞力人事成本。一操作員可同時操作數台機器。
  • 加工時間、單位成本易控制掌握,因此可有效掌握生產計劃,並且能減少呆料。
  • 操作簡便。一旦程式設計完成,操作就減少對高技術操作人員依賴。
  • 免除操作者誤差,提高良率。

缺點:

  • CNC工具機初期購置成本高。
  • 程式人員須有加工、操作等知識。
  • 設備精密複雜,維護與保養成本高。
  • 依賴程式設計師、機械維修專業人員。此類人員訓練較一般技術員困難。

[1][3]

操作[编辑]

工件夾持法[编辑]

待加工的工件可用許多方法夾持。

  • 以兩領針支持工件:以機器頭座與尾座各一頂針夾住工件。適合用於夾持長形工件進行旋轉,能承受較大的切削力量。
  • 心軸:以頭座伸出的心軸,穿過圓柱形工件軸心已有的洞。
  • 面板:以夾具將工件固定在工具機的一面板上。適用於平板、不規則形的工件。
  • 夾頭:以類似爪子的組件抓住工件。

[2]

工具機安全[编辑]

除了操作員安全訓練之外,工具機上也有數種設計維護安全,例如在工具機外裝置防護閘門防止異物伸入;裝置光電偵測器以在異物伸入時發動緊急停止;將控制裝置設定為雙手按鈕等等。 [2]

應用技術[编辑]

請參考 光機電一體化技術自動控制

相關條目[编辑]

參考資料[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 陳進郎。《數控工具機》。台北市:全華。四版一刷。2004年11月。
  2. ^ 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 Amstead, Ostwald, Begeman著,羅仕鵬,黃純權,陳再萬編譯,《機械加工法》(Manufacturing Processes)(八版四刷)。台北:高立圖書。1995年4月。ISBN 957584159X。第十五章 工具機的基本元件
  3. ^ 引用错误:无效<ref>标签;未为name属性为CNC01的引用提供文字