機床

 
     一、機床的定義
機床是對金屬或其他材料的坯料或工件進行加工，使之獲得所要求的幾何形狀、尺寸精度和表面質量的機器。
    機械產品的零件通常都是用機床加工出來的。機床是制造機器的機器，也是能制造機床本身的機器，這是機床區別于其他機器的主要特點，故機床又稱為工作母機或工具機。
 
    二、機床的分類

      機床主要包括
金屬切削機床，主要用于對金屬進行切削加工；
木工機床，用于對木材進行切削加工；
特種加工機床，用物理、化學等方法對工件進行特種加工；
鍛壓機械。狹義的機床僅指使用的最廣泛、數量最多的金屬切削機床。

   1、金屬切削機床可按不同的分類方法劃分為多種類型。

     1.1按加工方式或加工對象可分為車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、花鍵加工機床、銑床、刨床、插床、拉床、特種加工機床、鋸床和刻線機等。每類中又按其結構或加工對象分為若干組，每組中又分為若干型。

    1.2按工件大小和機床重量可分為儀表機床、中小型機床、大型機床、重型機床和超重型機床；
    1.3按加工精度可分為普通精度機床、精密機床和高精度機床；
    1.4按自動化程度可分為手動操作機床、半自動機床和自動機床；
    1.5按機床的自動控制方式，可分為仿形機床、程序控制機床、數字控制機床、適應控制機床、加工中心和柔性制造系統；
    1.6按機床的適用范圍，又可分為通用、專門化和專用機床。
    1.7 專用機床中有一種以標準的通用部件為基礎，配以少量按工件特定形狀或加工工藝設計的專用部件組成的自動或半自動機床，稱為組合機床。
    1.8  對一種或幾種零件的加工，按工序先后安排一系列機床，并配以自動上下料裝置和機床與機床間的工件自動傳遞裝置，這樣組成的一列機床群稱為切削加工自動生產線。
1.9柔性制造系統是由一組數字控制機床和其他自動化工藝裝備組成的，用電子計算機控制，可自動地加工有不同工序的工件，能適應多品種生產。

      機床是機械工業的基本生產設備，它的品種、質量和加工效率直接影響著其他機械產品的生產技術水平和經濟效益。因此，機床工業的現代化水平和規模，以及所擁有機床的數量和質量是一個國家工業發達程度的重要標志之一。

    三、機床的發展簡史

    公元前二千多年出現的樹木車床是機床最早的雛形。工作時，腳踏繩索下端的套圈，利用樹枝的彈性使工件由繩索帶動旋轉，手拿貝殼或石片等作為刀具，沿板條移動工具切削工件。中世紀的彈性桿棒車床運用的仍是這一原理。
    十五世紀由于制造鐘表和武器的需要，出現了鐘表匠用的螺紋車床和齒輪加工機床，以及水力驅動的炮筒鏜床。1500年左右，意大利人列奧納多·達芬奇曾繪制過車床、鏜床、螺紋加工機床和內圓磨床的構想草圖，其中已有曲柄、飛輪、項尖和軸承等新機構。中國明朝出版的《天工開物》中也載有磨床的結構，用腳踏的方法使鐵盤旋轉，加上沙子和水剖切玉石。
    十八世紀的工業革命推動了機床的發展。1774年，英國人威爾金森發明了較精密的炮筒鏜床。次年，他用這臺炮筒鏜床鏜出的汽缸，滿足了瓦特蒸汽機的要求。為了鏜制更大的汽缸，他又于1776年制造了一臺水輪驅動的汽缸鏜床，促進了蒸汽機的發展。從此，機床開始用蒸汽機通過天軸驅動。
    1797年，英國人莫茲利創制成的車床由絲杠傳動刀架，能實現機動進給和車削螺紋，這是機床結構的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國機床工業之父”。
    19世紀，由于紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產的推動，各種類型的機床相繼出現。1817年，英國人羅伯茨創制龍門刨床；1818年美國人惠特尼制成臥式銑床；1876年，美國制成萬能外圓磨床；1835和1897年又先后發明滾齒機和插齒機。
    隨著電動機的發明，機床開始先采用電動機集中驅動，后又廣泛使用單獨電動機驅動。二十世紀初，為了加工精度更高的工件、夾具和螺紋加工工具，相繼創制出坐標鏜床和螺紋磨床。同時為了適應汽車和軸承等工業大量生產的需要，又研制出各種自動機床、仿形機床、組合機床和自動生產線。
    隨著電子技術的發展，美國于1952年研制成第一臺數字控制機床；1958年研制成能自動更換刀具，以進行多工序加工的加工中心。從此，隨著電子技術和計算機技術的發展和應用，使機床在驅動方式、控制系統和結構功能等方面都發生顯著的變革。

 
四、機床的工作

    機床的切削加工是由刀具與工件之間的相對運動來實現的，其運動可分為表面形成運動和輔助運動兩類。
    表面形成運動是使工件獲得所要求的表面形狀和尺寸的運動，它包括主運動、進給運動和切入運動。主運動是從工件毛坯上剝離多余材料時起主要作用的運動，它可以是工件的旋轉運動(如車削)、直線運動(如在龍門刨床上刨削)，也可以是刀具的旋轉運動(如銑削和鉆削)或直線運動(如插削和拉削)；進給運動是刀具和工件待加工部分相向移動，使切削得以繼續進行的運動，如車削外圓時刀架溜板沿機床導軌的移動等；切入運動是使刀具切入工件表面一定深度的運動，其作用是在每一切削行程中從工件表面切去一定厚度的材料，如車削外圓時小刀架的橫向切入運動。
    輔助運動主要包括刀具或工件的快速趨近和退出、機床部件位置的調整、工件分度、刀架轉位、送夾料，啟動、變速、換向、停止和自動換刀等運動。
    各類機床通常由下列基本部分組成：支承部件，用于安裝和支承其他部件和工件，承受其重量和切削力，如床身和立柱等；變速機構，用于改變主運動的速度；進給機構，用于改變進給量；主軸箱用以安裝機床主軸；刀架、刀庫；控制和操縱系統；潤滑系統；冷卻系統。
    機床附屬裝置包括機床上下料裝置、機械手、工業機器人等機床附加裝置，以及卡盤、吸盤彈簧夾頭、虎鉗、回轉工作臺和分度頭等機床附件。
    評價機床技術性能的指標最終可歸結為加工精度和生產效率。加工精度包括被加工工件的尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質量和機床的精度保持性。生產效率涉及切削加工時間和輔助時間，以及機床的自動化程度和工作可靠性。這些指標一方面取決于機床的靜態特性，如靜態幾何精度和剛度；而另一方面與機床的動態特性，如運動精度、動剛度、熱變形和噪聲等關系更大。
 
     五、機床未來的發展趨勢

    機床未來的發展趨勢是：
進一步應用電子計算機技術、新型伺服驅動元件、光柵和光導纖維等新技術，簡化機械結構，提高和擴大自動化工作的功能，使機床適應于納入柔性制造系統工作；
      提高功率主運動和進給運動的速度，相應提高結構的動、靜剛度以適應采用新型刀具的需要，提高切削效率；
提高加工精度并發展超精密加工機床，以適應電子機械、航天等新興工業的需要；發展特種加工機床，以適應難加工金屬材料和其他新型工業材料的加工。