車床
 |
車床，是機床的一種，將工件固定在主軸上高速旋轉，以進給運動中的刀具加工[1]。
車床是由電力驅動馬達，經皮帶及齒輪等傳動系統使主軸轉動，帶動主軸卡盤上之工件旋轉，再利用固定於刀架上之車刀進行車削之機床，主要加工工件為圓型桿件，切削工作有車端面、內外直徑、圓弧、錐度、鑽孔、搪孔、偏心、壓花、切斷、切槽、車螺牙。一般車床配備各種專用刀具，可完成內外圓加工、鑽孔、車螺紋、切斷車槽、端面加工、車外圓、鑽中心孔、車孔，鉸孔、車圓錐、車成形面、滾花、盤繞彈簧等加工程序。
歷史
車床是一種古老的工具，其雛型可追溯至古埃及。1797年，英國人亨利·莫茲利發明了近代所認知的車床[2]。
構造
以下以臥式普通車床為例介紹。
頭座
頭座（英語：Head stock）：包含有傳導機構與莫氏錐度之中空主軸組成。主軸後段裝置齒輪，與傳導機構之塔輪或齒輪連接，帶動主軸運轉。主軸前段可裝置卡盤、面盤等夾具夾持工件。[3]
主軸變速箱
- H1：機油量觀察窗
- H2：中級齒輪桿
- H3：主軸高低速變換桿
- H4：主軸（Main Spindle）
- H5：不倒翁齒輪-前進/後退，嚙合/脫開
- H6：變速箱，圖中為八段變速
- H7：導螺桿（或稱絲槓）（Ball Screw）
- H8：進給桿（或稱光槓）（Feed Rod）
- H9：刀架移動開關
- H10：掛輪護蓋
主電動機經過包含 H2、H3 在內的傳動鏈帶動主軸 H4 旋轉，主軸再經由 H5、H6 控制下帶動 H7 或 H8，實現主軸旋轉與刀架進給的聯動。
H7 稱為絲槓、H8 稱為光槓，皆因其螺紋（螺絲）與光滑表面而得名。
H9 是一個四向五位（即可在十字形的軌跡上扳動）的手柄，上下扳動可以更改光槓旋轉方向，中間位置切斷來自主軸的傳動鏈、停止光槓轉動並防止運動干涉，再左右扳動則接通快速進給電動機實施快速走刀。也有車床的該手柄只能上下扳動（兩向三位）、快速走刀是裝在溜板箱上的單獨手柄。
如果變速箱內置的檔位無法滿足加工要求，可打開 H10 蓋子、將特定齒數的齒輪掛裝在軸上，扳動手柄選擇掛輪即可按照掛輪所設定的傳動比走刀。
床台
床台（英語：Lathes bed）：有兩條精度很高的V形導軌和矩形導軌，其導軌一般都經過高頻硬化處理製成。導軌分兩部份，以引導刀座（Carriage）與尾座（Tail stock）移動。床台下方裝置一導螺桿，其螺桿會配合主軸之轉速，可配合刀座部份的自動進刀機構進行車螺紋、工件滾紋（或稱壓花）之工作。
床台的斷面形狀，依製造工廠有不同設計樣式，大致分為英式和美式兩種。[4]
英式床台和美式床台比較
| 英式床台 | 美式床台 |
|---|---|
| 1. 因為床身的面寬，磨耗比較少。 | 1. 走刀架是用寬的滑動面支持能比較做的薄。 |
| 2. 因為接觸面少，移動刀架不費力。 | 2. 有凸起的軌道能正確引導走刀架。 |
| 3. 走刀架薄，走刀架上的滑動力變大。 | 3. 切屑能少掉到床面上。 |
| 4. 因為床身面寬，加在單位面積的壓力小，壓出的油也少。 | 4. 能少在床面上放置工具及車刀。 |
| 5. 由於面平注油不易流掉。 | 5. 尾軸架能正確地向主軸線引導。 |
溜板箱與刀座
溜板箱架在床身上，側面垂下部分裝有傳動機構以從絲槓與光槓接受運動，帶動上方承裝的刀架進刀切削。
刀座（或稱刀架，英語：Carriage）：包含複式刀座與自動進刀機構等。複式刀座可操作橫向進刀與縱向進刀。一般而言，車床縱向進刀由溜板箱上的大手輪（進刀手輪）操作、橫向進刀由刀座上的手輪操作。自動進刀機構進行車螺紋、工件滾紋的原理係利用車床上工件作一等速運轉，配合刀座之刀具以等速直線移動的方式進行車削。[5]
- 1: 方形刀架
- 2: 複式刀架上座
- 2a: 複式刀架進刀手輪
- 2b: 分度盤
- 3: 橫向滑板
- 3a: 對側支架
- 3b: 橫向進刀手輪
- 4: 床鞍（Saddle）
- 5: 裙床（或稱溜板箱）（Apron）
- 5a: 縱向進刀手輪（Handwheel）
- 5b: 螺紋 / 光滑面切削控制桿
- 5c: 縱橫進刀控制桿
1 上夾持有車刀。有些車床的該部件可同時夾持四把車刀，用每次旋轉90°的手柄選擇一把車刀進行加工，省去頻繁換刀的麻煩。
2 可以在2b上旋轉，使橫向進刀變為斜向進刀，用於加工斜面。
當5b扳到螺紋檔位時，溜板箱內兩個半螺母扣在絲槓上，同時光槓上滑移齒輪到床身齒條的傳動鏈斷開，刀架由絲槓帶動進行螺紋的車削；反之由光槓配合床身齒條帶動進行外圓切削。
5c控制2或3是否與光槓聯動，即是否自動進刀。
尾座
尾座（英語：Tail stock）：位於床台的右側位置。尾座的軸孔為莫氏錐度，可裝置鑽頭、絞孔刀與螺絲攻進行內孔加工之工作。亦可配合工件長度的需要，在導軌（Ways）上移動尾座；此時尾座可裝置頂心頂住卡盤所夾持之工件，避免卡盤所夾持之工件過長而不易夾持。[5]
- T1：尾座手輪（Handwheel）
- T2：減速齒輪箱（可選）
- T3：身體
- T4：可調底座
- T5：頂心（Taper）
- T6：鎖定桿
床座
床座包含床台（床軌）及基座（床架），下部為基座；上部為床台。
附件
由於工作上的需要，設有許多的附件。[6] [7] [8][9]
卡盤（Lathe chuck）
卡盤是機床上用來夾持工件的機械裝置。
花盤（Face plate）
花盤又稱面盤，是一台車床的基本夾具附件，用於木材或金屬車削車床。它是一個圓形金屬（通常是鑄鐵）板。面盤上有很多放射狀或不規則平行的細長溝，用於裝置較大或不規則形狀工作物之搪孔工作、鑽孔工作、用其他方法無法夾持加工之工作物。
心軸（Finger）
它是套用經過加工後之工作物之孔內，心軸兩端開有頂心孔，以便一端由頂心支持，另一端崁入主軸端。
- 實體心軸：
- 膨脹心軸：
- 排心軸：
- 螺絲心軸：
- 圓錐體心軸：
頂心（頂尖、頂針）、牽轉具（卡盤、卡箍）
（英語：Lathe Center）頂心用來支撐工作物的，裝在主軸端稱活頂心又稱前頂尖，裝在尾座稱為死頂心又稱後頂尖。
牽轉具，中空部位可用以夾持工作物。
- 心形牽轉具又稱為雞心卡盤，通常用來夾持圓形的工作物。
- 夾子形牽轉具：夾子形牽轉具通常用來夾持方形之工作物。
驅動盤（Driven Disc）
驅動盤，安裝於車床主軸上，當其迴轉時，使夾持於兩頂心間之工作物旋轉，以便進行車削加工。
筒夾（Collet chuck）
筒夾是一種零件，它主要負責把小直徑的工作物夾緊於主軸端。主要用於六角車床及自動車床。
中心架（Steady Rest）
避免工作物產生撓曲現象，用來支撐細長工作物，裝設在刀具座上並隨之移動的穩定扶架。
角板（Angle plate）
使用於工作物不能直接安裝於面盤上的一種輔助工具。
V槽塊（V夾塊）
用來訂定工作物中心位置。
車刀（Turnig Tool）
用於加工，工作物外表。
車削加工
車削是一種加工工藝，主要通過刀具的直線或曲線運動，將裝夾在車床主軸端面上旋轉的工件切削加工成合格的零件。[10]
車削圓錐時，如採用轉動小拖板法，不受錐度大小的限制，但不能加工較長的圓錐。
車削的特點有：加工平穩，易於保證工件表面位置精度；生產率高；生產成本低；所用刀具簡單；應用範圍廣。
硬車技術（Hard turning）
切削液
切削液是金屬切削加工效率及車刀壽命的重要配套材料。[11]
輥紋
輥紋，（又稱滾花、滾紋、壓花），為機件表面增加摩擦力或便於持握而特別製成凹凸紋路，這些花紋一般是在車床上用滾花刀滾壓擠件使其表面產生花紋。
輥紋對車床來說是損耗極大的工作，應以低轉速來操作。輥紋部位離卡盤 50 釐米以上時，應以尾座台頂工作物中心，將工作物支撐牢固。[12]
中心鑽頭
絲攻和絲板
轉動切削參數
切削參數要考慮基本的轉折過程是：
- 選擇最合適的類型的工具
- 夾緊系統
- 切削速度（V c）在米/分鐘
- 外徑車削
- 每分鐘轉數（RPM）車床主軸
- 切削深度
- 剪切
- 類型的車床及配件適合
切削速度
切削速度快慢，取決於很多因素，特別是質量和類型的工具使用，切削深度，硬度和可加工的材料有被加工進給速度和使用。主要限制了機器的速度原因是它的範圍、主軸馬達功率和剛性固定的工件和刀具。
公式：
其中 Vc 是切削速度，n 是機床的每分鐘轉數，Dc 是工件的直徑。
過度的切削速度可導致：
- 工具快速磨損。
- 工作物的品質降低。
切削速度過低會導致：
- 影響排屑，刃尖容易產生積屑。
- 低效率。
- 加工成本變高。
旋轉速度的工件
在傳統的車床有一個有限的範圍內的速度，取決於速度的主要引擎和變速齒輪箱。在數位車床，這個速度與控制系統的反饋，通常採用可變頻率和速度，可以選擇任何一個範圍內的速度高達全速。
刀具的旋轉速度與切削速度成正比，與刀具的直徑成反比。
種類
由於工業的發達使得實際工作需求日益增進下，為適應各種加工產品及近代自動化加工潮流勢，以符合生產需要，發展多種不同功能與特性：[13][14]
普通車床（Centre lathe）
普通車床，為目前使用最廣泛的車床種類。早期的普通車床傳動是藉由皮帶傳導的塔輪變速，現今已改用齒輪變速箱傳動。齒輪變速箱的優點為可精確掌握主軸之轉速，且無主軸轉速過高，皮帶摩擦消耗、滑動之情形，因為其主軸是水平放置，所以又名臥式車床。若床面為凹口者，則為凹口車床（Gap lathe）。
桌上車床（Bench lathe）
桌上型車床又稱台式車床，其型式及構造類似普通車床，通常安裝於工作桌上使用而得名，適用於生產精密量具、儀器及小零件之生產。
立式車床（Vertical Lathe）
立式車床的主軸為垂直安裝，床台則成水平方向，工件置於可旋轉的床台上。特別適於加工直徑大，但長度短之工件。
六角車床（Turret lathe）
六角車床又稱轉塔車床，以六角形旋轉刀塔取代普通車床之尾座而設計。特別適於加工需多種加工程序(如鑚孔、鉸孔、搪孔)中大量之工件，適合大量生產。
自動車床（Automatic Lathe）
自動車床，能夠自動照工作物加工次序車削，車製完成後會自動退刀、進料，並進行下一個成品的車削，適合較小直徑工件之大量生產。
靠模車床（Copying Lathe）
靠模車床又稱仿削車床，利用觸針依照模型或樣板的形狀移動，車刀也隨之移動車削工作物，因此可以正確地車削出與模型一樣的工件。
數控機床（Computerized Numerical Control Lathe）
全名為「電腦數值控制車床」，簡稱「數控機床」。優點為適於加工生產中大數量、設計複雜、要求精密度高的工件。
安全標準
當在車床工作時，必須遵守某些規定，以確保不會發生任何事故造成可能的傷害。
| 1 | 使用安全設備： 護目鏡、安全面罩等。 |
| 2 | 不要穿着寬鬆的衣服，長髮需要戴好工作帽，頭髮塞入帽中。 |
| 3 | 不可佩帶麻布手套工作，因不慎被旋轉中的機械鈎到時可能不會立即破裂，易有連帶將手掌捲入的風險。 |
| 4 | 所穿工作服必須是全棉的，不能是化學纖維，如果發生工作意外，化纖服裝不會像棉製品一樣易於撲救，而會化為液滴粘在身上。增加醫療難度。 |
| 5 | 建議使用安全鞋。 |
| 6 | 始終保持工作場所清潔。 |
| 7 | 不要佩戴首飾，如：項鍊、手鐲、戒指。 |
| 8 | 要知道如何控制和操作的車床並必須知道如何停止運作。 |
| 9 | 必需在光線充足的地方，但燈光不宜過多，以免造成太大的眩光。 |
| 10 | 加工過程中不能用手或棉紗擦拭零件；不能用手拉切屑，要用專用的鈎子刷子清除切屑；不能用手去剎住轉動的卡盤，行走時注意不要被長切屑絆腳。 |
相關條目
參考來源
引用
- ^ 《車工操作法》，鄭鐵 著，正言出版社，1967年，1頁
- ^ 《車工操作法》，鄭鐵 著，正言出版社，1967年，3頁
- ^ 《車床切削技術》，黃春忠 繆昌瑜 合譯，徐氏基金會，18頁
- ^ 《車工操作法》，鄭鐵 著，正言出版社，1967年，18頁
- ^ 5.0 5.1 《車床工丙級鑑定》，陳其湟 著，全華圖書，6頁
- ^ 《車床工丙級鑑定》，陳其湟 著，全華圖書，20 ~ 26頁
- ^ 《機工學》，張甘棠著，三文出版社，P.151 〜 P.152
- ^ 《機工實習》，黃世峰著，全華出版社，P.9 〜 P.13
- ^ 《車工操作法》，鄭鐵 著，正言出版社，1967年，26頁～53頁
- ^ 寇, 元哲; 程, 鴻; 滕, 凱. 机械制造工程训练基础教程. ISBN 9787564764760.
- ^ 《工廠實習-車工》，陳天生 著，全威圖書，131 ~ 132頁，2001年7月20日，ISBN 957-8955-45-6
- ^ 《車床工丙級鑑定》，陳其湟 著，全華圖書，97頁
- ^ 《工廠實習-車工》，陳天生 著，全威圖書，2 ~ 8頁，2001年7月20日，ISBN 957-8955-45-6
- ^ 《車床切削技術》，黃春忠 繆昌瑜 合譯，徐氏基金會，12頁～17頁
書目
- 《機械加工法》，Amstead, Ostwald, Begeman著，羅仕鵬，黃純權，陳再萬編譯，高立圖書，1995年4月，ISBN 957-584-159-X，第十五章 機床的基本元件
