工具機

工具機

工具機(英文名稱:machine tool)是指製造機器的機器,亦稱工作母機或工具機,習慣上簡稱工具機。一般分為金屬切削工具機、鍛壓工具機和木工工具機等。現代機械製造中加工機械零件的方法很多:除切削加工外,還有鑄造鍛造、焊接、衝壓擠壓等,但凡屬精度要求較高和表面粗糙度要求較細的零件,一般都需在工具機上用切削的方法進行最終加工。工具機在國民經濟現代化的建設中起著重大作用。

車床是主要用車刀對鏇轉的工件進行車削加工的工具機。在車床上還可用鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、絲錐板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用於加工軸、盤、套和其他具有迴轉表面的工件,是機械製造和修配工廠中使用最廣的一類工具機。

  • 中文名稱
    工具機
  • 外文名稱
    machine tool
  • 種類
    車床,銑床,磨床,刨床,鏜床,鑽床
  • 用途
    加工軸、盤、套和其他具有迴轉表面的工件

普通工具機

車床

車床是主要用車刀對鏇轉的工件進行車削加工的工具機。在車床上還可用鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。車床主要用於加工軸、盤、套和其他具有迴轉表面的工件,是機械製造和修配工廠中使用最廣的一類工具機。

工具機

1.1 古代滑輪、弓形桿的“弓車床”早在古埃及時代,人們已經發明了將木材繞著它的中心軸鏇轉時用刀具進行車削的技術。起初,人們是用兩根立木作為支架,架起要車削的木材,利用樹枝的彈力把繩索卷到木材上,靠手拉或腳踏拉動繩子轉動木材,並手持刀具而進行切削。

這種古老的方法逐漸演化,發展成了在滑輪上繞二三圈繩子,繩子架在彎成弓形的彈性桿上,來回推拉弓使加工物體鏇轉從而進行車削,這便是“弓車床”。

1.2 中世紀曲軸、飛輪傳動的“腳踏車床”到了中世紀,有人設計出了用腳踏板鏇轉曲軸並帶動飛輪,再傳動到主軸使其鏇轉的“腳踏車床”。16世紀中葉,法國有一個叫貝松的設計師設計了一種用螺絲槓使刀具滑動的車螺絲用的車床,可惜的是,這種車床並沒有推廣使用。

1.3 十八世紀誕生了床頭箱、卡盤時間到了18世紀,又有人設計了一種用腳踏板和連桿鏇轉曲軸,可以把轉動動能貯存在飛輪上的車床上,並從直接鏇轉工件發展到了鏇轉床頭箱,床頭箱是一個用於夾持工件的卡盤。

1.4 英國人莫茲利發明了刀架車床(1797年)在發明車床的故事中,最引人注目的是一個名叫莫茲利的英國人,因為他於1797年發明了劃時代的刀架車床,這種車床帶有精密的導螺桿和可互換的齒輪。

莫茲利生於1771年,18歲的時候,他是發明家布拉默的得力助手。據說,布拉默原先一直是乾農活的,16歲那年因一次事故致使右踝傷殘,才不得不改行從事機動性不強的木工活。他的第一項發明便是1778年的抽水馬桶,莫茲利開始一直幫助布拉默設計水壓機和其他機械,直到26歲才離開布拉默,因為布拉默粗暴地拒絕了莫利茲提出的把工資增加到每周30先令以上的請求。

就在莫茲利離開布拉默的那一年,他製成了第一台螺紋車床,這是一台全金屬的車床,能夠沿著兩根平行導軌移動的刀具座和尾座。導軌的導向面是三角形的,在主軸鏇轉時帶動絲槓使刀具架橫向移動。這是近代車床所具有的主要機構,用這種車床可以車制任意節距的精密金屬螺絲。

3年以後,莫茲利在他自己的車間裡製造了一台更加完善的車床,上面的齒輪可以互相更換,可改變進給速度和被加工螺紋的螺距。1817年,另一位英國人羅伯茨採用了四級帶輪和背輪機構來改變主軸轉速。不久,更大型的車床也問世了,為蒸汽機和其他機械的發明立下了汗馬功勞。

1.5 各種專用車床的誕生為了提高機械化自動化程度,1845年,美國的菲奇發明轉塔車床;1848年,美國又出現回輪車床;1873年,美國的斯潘塞製成一台單軸自動車床,不久他又製成三軸自動車床 ;20世紀初出現了由單獨電機驅動的帶有齒輪變速箱的車床。由於高速工具鋼的發明和電動機的套用,車床不斷完善,終於達到了高速度和高精度的現代水平。

第一次世界大戰後,由於軍火、汽車和其他機械工業的需要,各種高效自動車床和專門化車床迅速發展。為了提高小批量工件的生產率,40年代末,帶液壓仿形裝置的車床得到推廣,與此同時,多刀車床也得到發展。50年代中,發展了帶穿孔卡、插銷板和撥碼盤等的程式控制車床。數控技術於60年代開始用於車床,70年代後得到迅速發展。

1.6 車床的分類車床依用途和功能區分為多種類型。

普通車床的加工對象廣,主軸轉速和進給量的調整範圍大,能加工工件的內外表面、端面和內外螺紋。這種車床主要由工人手工操作,生產效率低,適用於單件、小批生產和修配車間。

轉塔車床和迴轉車床具有能裝多把刀具的轉塔刀架或回輪刀架,能在工件的一次裝夾中由工人依次使用不同刀具完成多種工序,適用於成批生產。

自動車床能按一定程式自動完成中小型工件的多工序加工,能自動上下料,重複加工一批同樣的工件,適用於大批、大量生產。

多刀半自動車床有單軸、多軸、臥式和立式之分。單軸臥式的布局形式與普通車床相似,但兩組刀架分別裝在主軸的前後或上下,用於加工盤、環和軸類工件,其生產率比普通車床提高3~5倍。

仿形車床能仿照樣板或樣件的形狀尺寸,自動完成工件的加工循環,適用於形狀較複雜的工件的小批和成批生產,生產率比普通車床高10~15倍。有多刀架、多軸、卡盤式、立式等類型。

立式車床的主軸垂直於水平面,工件裝夾在水平的迴轉工作檯上,刀架在橫樑或立柱上移動。適用於加工較大、較重、難於在普通車床上安裝的工件,一般分為單柱和雙柱兩大類。

鏟齒車床在車削的同時,刀架周期地作徑嚮往復運動,用於鏟車銑刀、滾刀等的成形齒面。通常帶有鏟磨附屬檔案,由單獨電動機驅動的小砂輪鏟磨齒面。

專門車床是用於加工某類工件的特定表面的車床,如曲軸車床、凸輪軸車床、車輪車床、車軸車床、軋輥車床和鋼錠車床等。

聯合車床主要用於車削加工,但附加一些特殊部件和附屬檔案後,還可進行鏜、銑、鑽、插、磨等加工,具有“一機多能”的特點,適用於工程車、船舶或移動修理站上的修配工作。

智研諮詢預計2014年上半年受今年經濟形勢平穩好轉及訂單略有增長影響,出口會保持相對高的增長。隨著世界經濟逐步緩慢復甦,美國作為世界經濟的引擎逐步縮減和退出量化寬鬆政策,使世界經濟還存在諸多不確定因素。綜合考慮,2014年我國工具機產品出口有望增長13%~15%.工具機貿易逆差縮減2013年中國工具機產品出口增幅高於國家總體出口的增長幅度;工具機進口負增長,而且降速明顯,貿易逆差有明顯縮減。

2013年在世界經濟普遍不景氣的背景之下,中國的工具機產品對外貿易保持了比較穩定的增長。海關總署統計資料顯示,2013年中國工具機產品出口金額43.79億美元,比上一年度增加12.56%,高於我國全部出口總額增長7.6%的同比增幅。2013年中國工具機產品進口總額110.02億美元,比上一年度增加-23.62%.

2013年中國工具機產品進出口貿易逆差66.23億美元,比2012年進出口貿易逆差108.09億美元下降41.86億美元,下降幅度為38.73%.工具機出口有所增加2013年,中國工具機出口金額43.78億美元,同比增長12.56%;出口數量1665.35萬台,同比增長5.05%;出口均價262.93美元/台,同比增長7.15%.除了2月份出口金額和數量增長較大之外,上半年其他月份出口增幅低於全年增長幅度。下半年出口增長幅度比較穩定,且有逐月上升趨勢,這在某種程度上似乎反映出世界經濟有一些復甦跡象。

金屬加工工具機出口增長較快金屬加工工具機是我國工具機出口的主要部分,出口增長也相對較快。2013年,金屬加工工具機出口金額28.61億美元,占全部工具機出口的65.34%,該比例略低於2012年的70%.金屬加工工具機出口金額同比增長5.4%,增速低於全部工具機出口增長12.56%的增幅。加工中心出口金額同比增長15.9%.

值得注意的是,我國工具機出口亞洲市場占比大有接近半壁江山之趨勢,比上一年度同期增長21.75%,增長幅度接近平均值的兩倍。尤其是亞洲的東協市場,同比增長51.86%,增長幅度為平均值的4倍多。其中,出口越南3.5億美元,占比8%,同比增長217.69%。美國、越南、德國、俄羅斯、印度是我國工具機出口的主要市場,其中美國依然是中國工具機出口最大的市場。從貿易方式來看,一般貿易出口仍然是工具機出口的主力,出口額35.41億美元,占全部出口金額的80.87%,同比增長8.79%;出口數量14194454台,占比85.23%,同比增長4.29%.工具機進口數量減少價格上升2013年我國進口工具機約110億美元,同比下降23.62%;進口數量102532台,同比下降33.34%;進口工具機均價107304.22美元,同比上升14.57%.總體是量減價升的態勢,與2012年量增價跌的態勢形成了鮮明對照。

市場需要中高端工具機產品我國進口工具機的絕大多數是金屬加工工具機,其進口額占全部進口工具機產品的91.82%.從2013年我國金屬加工工具機的進口結構構成可以看出,工具機進口數量和金額雙雙下降,分別下降30.54%和24.27%,但是單價卻上升了9.03%.其中,雖然加工中心的進口數量和金額分別下降了58.34%和40.14%,然而單價卻陡升43.69%.這反映出中國市場需求結構在不斷地最佳化、對中高端工具機產品的需求在不斷增加;從另一方面可以看出,我國生產的高端工具機產品在產品質量、技術指標、科技水平、用戶服務等方面還不能有效滿足客戶的需求。對此,我國工具機生產企業正在通過引進和借鑑國際先進與核心的工具機設計、製造理念和技術,增強自主研發能力,提高其自身產品的服務水平與競爭力,努力滿足國內和國際客戶日益增長的需求。我國的木工工具機(非金屬加工工具機)的製造水平比較高,所以進口數量比較小。從非洲和墨西哥進口工具機的金額與數量儘管基數比較小,但增幅卻比較大。從市場和國別來看,我國工具機進口市場的結構依然是以亞歐為主,這兩個洲的工具機進口額103.72億美元,占總額的94.28%.工具機進口額較大的國地區依然是掌握核心技術的德國、日本、中國台灣和韓國,這4個國家和地區的進口額為82.08億美元,占全部進口額的74.60%.進口貿易格局相對穩定從貿易方式上來看,進口仍以一般貿易方式為主,進口額占比70.97%進口金額和數量同比雙雙下降,但是進口單價卻上升16%.工具機進口的主要省市仍為江蘇、廣東和上海。其進口額43.84億美元,約占工具機進口總額的39,85%,略低於2012年的44%.

工具機產品技術創新不斷“十二五”期間我國對工具機行業投入力度加大,商務部制定了《機電和高新技術產品進出口“十二五”發展規劃》,明確了發展目標,促進機電產品的出口;同時完善了《出口機電產品國際認證指南》,有效降低國外技術性貿易措施對我國機電產品出口的影響;並且相繼出台了一系列促進外貿穩定增長、最佳化外貿結構的政策措施,包括加快出口退稅進度、改善貿易融資服務、擴大出口信用保險(放心保)覆蓋面、提高貿易便利化水平、減免進出口環節收費和進口貼息等措施,保證了工具機進出口的穩定增長。

2012年,高檔產品和專業工具機需求旺盛,普通工具機產品需求逐步下降。在國家政策和市場需求結構升級的雙重推動下,全行業技術創新力度加大,產品結構明顯最佳化,是2013年出口增速相對較快的原因之一。“行業整體仍然處於下行區間,沒有企穩回升。2013年前10個月,工具機工具行業產銷量、新增訂單等主要運行數據累計全部負增長,但下降幅度較上年同期有所減緩。”從中國工具機工具工業協會常務副理事長陳惠仁在談到行業現狀時如是說。需求結構繼續升級談到市場變化,陳惠仁列舉了多個進出口數據。今年前三季度,工具機產品進口數量下降了25%,而進口工具機平均單台價格卻增長了24%,反映出國內工具機市場需求升級。分析進口產品原產地同樣可以得出這一結論。歐洲、美國、日本、韓國以及中國台灣地區是我國工具機進口的主要來源,這些地區的產品占我國工具機總進口量的95%以上。而2013年以來,不同地區的產品在中國市場表現開始分化。其中,以德國、義大利為代表的歐美系業績最為光鮮,實現了逆勢增長,達到10%;日本下降最為劇烈,達到一半以上;而韓國及台灣地區則下降了20%.歐美出口我國的多數為高端產品,而中國台灣、韓國則在中低端市場頗具競爭力。這兩者一升一降,可以看出市場需求的變化。如果再進一步,從國內進口地區來分析,這一觀點將得到進一步佐證。國內工具機進口排在前三位的地區是江蘇、上海和廣東。今年前三季度,江蘇省工具機進口下降了20%,廣東省下降了30%,而上海卻增長了4%.這三個地區的製造業各具特色,其中上海高端製造業最為發達,對工具機的需求也相對旺盛,而高端製造需要的自然是高端工具機。這些數據表明,國內工具機市場需求發生了顯著變化,需求總量下降,同時需求結構升級。

市場規模整體萎縮,行業產業結構、產品結構與市場需求矛盾尚未有效緩解;前三季度企業利潤持續下降,市場競爭日益激烈;在世界經濟復甦動力不足的形勢下,出口增速下滑趨勢尚未明顯好轉;同時,長期保持增長的進口亦出現大幅下滑,進一步印證了市場規模整體萎縮的局面。

鏜床

工場手工業雖然是相對落後的,但是它卻訓練和造就了許許多多的技工,他們儘管不是專門製造機器的行家裡手,但他們卻能製造各種各樣的手工器具,例如刀、鋸、針、鑽、錐、磨以及軸類、套類、齒輪類、床架類等等,其實機器就是由這些零部件組裝而成的。

工具機

2.1 最早的鏜床設計者——達·文西鏜床被稱為“機械之母”。說起鏜床,還先得說說達·文西。這位傳奇式的人物,可能就是最早用於金屬加工的鏜床的設計者。他設計的鏜床是以水力或腳踏板作為動力,鏜削的工具緊貼著工件鏇轉,工件則固定在用起重機帶動的移動台上。1540年,另一位畫家畫了一幅《火工術》的畫,也有同樣的鏜床圖,那時的鏜床專門用來對中空鑄件進行精加工。

2.2 為大炮炮筒加工而誕生的第一台鏜床(威爾金森,1775年)到了17世紀,由於軍事上的需要,大炮製造業的發展十分迅速,如何製造出大炮的炮筒成了人們亟需解決的一大難題。

世界上第一台真正的鏜床是1775年由威爾金森發明的。其實,確切地說,威爾金森的鏜床是一種能夠精密地加工大炮的鑽孔機,它是一種空心圓筒形鏜桿,兩端都安裝在軸承上。

1728年,威爾金森出生在美國,在他20歲時,遷到斯塔福德郡,建造了比爾斯頓的第一座煉鐵爐。因此,人稱威爾金森為“斯塔福德郡的鐵匠大師”。1775年,47歲的威爾金森在他父親的工廠里經過不斷努力,終於製造出了這種能以罕見的精度鑽大炮炮筒的新機器。有意思的是,1808年威爾金森去世以後,他就葬在自己設計的鑄鐵棺內。

2.3 鏜床為瓦特的蒸汽機做出了重要貢獻如果說沒有蒸汽機的話,當時就不可能出現第一次工業革命的浪潮。而蒸汽機自身的發展和套用,除了必要的社會機遇之外,技術上的一些前提條件也是不可忽視的,因為製造蒸汽機的零部件,遠不像木匠削木頭那么容易,要把金屬製成一些特殊形狀,而且加工的精度要求又高,沒有相應的技術設備是做不到的。比如說,製造蒸汽機的汽缸和活塞,活塞製造過程中所要求的外徑的精度,可以從外面邊量尺寸邊進行切削,但要滿足汽缸內徑的精度要求,採用一般加工方法就不容易做到了。

斯密頓是十八世紀最優秀的機械技師。斯密頓設計的水車、風車設備達43件之多。在製作蒸汽機時,斯密頓最感棘手的是加工汽缸。要想將一個大型的汽缸內圓加工成圓形,是相當困難的。為此,斯密頓在卡倫鐵工廠製作了一台切削汽缸內圓用的特殊工具機。用水車作動力驅動的這種鏜床,在其長軸的前端安裝上刀具,這種刀具可以在汽缸內轉動,以此就可以加工其內圓。由於刀具安裝在長軸的前端,就會出現軸的撓度等問題,所以,要想加工出真正圓形的汽缸是十分困難的。為此,斯密頓不得不多次改變汽缸的位置進行加工。

對於這個難題,威爾金森於1774年發明的鏜床起了很大的作用。這種鏜床利用水輪使材料圓筒鏇轉,並使其對準中心固定的刀具推進,由於刀具與材料之間有相對運動,材料就被鏜出精確度很高的圓柱形孔洞。當時、用鏜床做出直徑為72英寸的汽缸,誤差不超過六便士硬幣的厚度。用現代技術衡量,這是個很大的誤差,但在當時的條件下,能達到這個水平,已經是很不簡單了。

但是,威爾金森的這項發明沒有申請專利保護,人們紛紛仿造它,安裝它。1802年,瓦特也在書中談到了威爾金森的這項發明,並在他的索霍鐵工廠里進行仿製。以後,瓦特在製造蒸汽機的汽缸和活塞時,也套用了威爾金森這架神奇的機器。原來,對活塞來說,可以在外面一邊量著尺寸,一邊進行切削,但對汽缸就不那么簡單了,非用鏜床不可。當時,瓦特就是利用水輪使金屬圓筒鏇轉,讓中心固定的刀具向前推進,用以切削圓筒內部,結果,直徑75英寸的汽缸,誤差還不到一個硬幣的厚度,這在當對是很先進的了。

2.4 工作檯升降式鏜床誕生(赫頓,1885年)在以後的幾十年間,人們對威爾金森的鏜床作了許多改進。1885年,英國的赫頓製造了工作檯升降式鏜床,這已成為了現代鏜床的雛型。

銑床

銑床系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的工具機。通常銑刀鏇轉運動為主運動,工件(和)銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽,也可以加工各種曲面、齒輪等。銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的工具機。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外,還能加工比較複雜的型面,效率較刨床高,在機械製造和修理部門得到廣泛套用。

19世紀,英國人為了蒸汽機等工業革命的需要發明了鏜床、刨床,而美國人為了生產大量的武器,則專心致志於銑床的發明。銑床是一種帶有形狀各異銑刀的機器,它可以切削出特殊形狀的工件,如螺鏇槽、齒輪形等。

工具機

早在1664年,英國科學家胡克就依靠鏇轉圓形刀具製造出了一種用於切削的機器,這可算是原始的銑床了,但那時社會對此沒有做出熱情的反響。在十九世紀四十年代,普拉特設計了所謂林肯銑床。當然,真正確立銑床在機器製造中地位的,要算美國人惠特尼了。

3.1 第一台普通銑床(惠特尼,1818年)1818年,惠特尼製造了世界上第一台普通銑床,但是,銑床的專利卻是英國的博德默(帶有送刀裝置的龍門刨床的發明者)於1839年捷足先“得”的。由於銑床造價太高,所以當時問津者不多。

3.2 第一台萬能銑床(布朗,1862年)銑床沉默一段時間後,又在美國活躍起來。相比之下,惠特尼和普拉特還只能說是為銑床的發明套用做了奠基性的工作,真正發明能適用於工廠各種操作的銑床的功績應該歸屬美國工程師約瑟夫·布朗。

1862年,美國的布朗製造出了世界上最早的萬能銑床,這種銑床在備有萬有分度盤和綜合銑刀方面是劃時代的創舉。萬能銑床的工作檯能在水平方向鏇轉一定的角度,並帶有立銑頭等附屬檔案。他設計的“萬能銑床”在1867年巴黎博覽會上展出時,獲得了極大的成功。同時,布朗還設計了一種經過研磨也不會變形的成形銑刀,接著還製造了磨銑刀的研磨機,使銑床達到了現在這樣的水平。

刨床

在發明過程中,許多事情往往是相輔相承、環環相扣的:為了製造蒸汽機,需要鏜床相助;蒸汽機發明發後,從工藝要求上又開始呼喚龍門刨床了。可以說,正是蒸汽機的發明,導致了“工作母機”從鏜床、車床向龍門刨床的設計發展。其實,刨床就是一種刨金屬的“刨子”。

4.1 加工大平面的龍門刨床(1839年)由於蒸汽機閥座的平面加工需要,從19世紀初開始,很多技術人員開始了這方面的研究,其中有理察·羅伯特、理察·普拉特、詹姆斯·福克斯以及約瑟夫·克萊門特等,他們從1814年開始,在25年的時間內各自獨立地製造出了龍門刨床。這種龍門刨床是把加工物件固定在往返平台上,刨刀切削加工物的一面。但是,這種刨床還沒有送刀裝置,正處在從“工具”向“機械”的轉化過程之中。到了1839年,英國一個名叫博默德的人終於設計出了具有送刀裝置的龍門刨床。

4.2 加工小平面的牛頭刨床另一位英國人內史密斯從1831年起的40年內發明製造了加工小平面的牛頭刨床,它可以把加工物體固定在床身上,而刀具作往返運動。

此後,由於工具的改進、電動機的出現,龍門刨床一方面朝高速切割、高精度方向發展,另一方面朝大型化方向發展。

磨床

磨削是人類自古以來就知道的一種古老技術,舊石器時代,磨製石器用的就是這種技術。以後,隨著金屬器具的使用,促進了研磨技術的發展。但是,設計出名副其實的磨削機械還是近代的事情,即使在19世紀初期,人們依然是通過鏇轉天然磨石,讓它接觸加工物體進行磨削加工的。

5.1 第一台磨床(1864年)1864年,美國製成了世界上第一台磨床,這是在車床的溜板刀架上裝上砂輪,並且使它具有自動傳送的一種裝置。過了12年以後,美國的布朗發明了接近現代磨床的萬能磨床。

5.2 人造磨石——砂輪的誕生(1892年)人造磨石的需求也隨之興起。如何研製出比天然磨石更耐磨的磨石呢?1892年,美國人艾奇遜試製成功了用焦炭和砂製成的碳化矽,這是一種現稱為C磨料的人造磨石;兩年以後,以氧化鋁為主要成份的A磨料又試製成功,這樣,磨床便得到了更廣泛的套用。

以後,由於軸承、導軌部分的進一步改進,磨床的精度越來越高,並且向專業化方向發展,出現了內圓磨床、平面磨床、滾磨床、齒輪磨床、萬能磨床等等。

鑽床

6.1 古代鑽床——“弓轆轤”鑽孔技術有著久遠的歷史。考古學家現已發現,公元前4000年,人類就發明了打孔用的裝置。古人在兩根立柱上架個橫樑,再從橫樑上向下懸掛一個能夠鏇轉的錐子,然後用弓弦纏繞帶動錐子鏇轉,這樣就能在木頭石塊上打孔了。不久,人們還設計出了稱為“轆轤”的打孔用具,它也是利用有彈性的弓弦,使得錐子鏇轉。

工具機

6.2 第一台鑽床(惠特沃斯,1862年)到了1850年前後,德國人馬蒂格諾尼最早製成了用於金屬打孔的麻花鑽;1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上,英國人惠特沃斯展出了由動力驅動的鑄鐵櫃架的鑽床,這便成了近代鑽床的雛形。

以後,各種鑽床接連出現,有搖臂鑽床、備有自動進刀機構的鑽床、能一次同時打多個孔的多軸鑽床等。由於工具材料和鑽頭的改進,加上採用了電動機,大型的高性能的鑽床終於製造出來了。

簡要歷史

1.1 古代樹木工具機公元前二千多年出現的樹木車床是工具機最早的雛形。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鏇轉,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。

工具機

1.2 十五世紀的工具機雛形十五世紀由於製造鐘錶和武器的需要,出現了鐘錶匠用的螺紋車床和齒輪加工工具機,以及水力驅動的炮筒鏜床。1501年左右,義大利人李奧納多·達文西曾繪製過車床、鏜床、螺紋加工工具機和內圓磨床的構想草圖,其中已有曲柄、飛輪、頂尖和軸承等新機構。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鏇轉,加上沙子和水來剖切玉石。

1.3 工業革命導致了各種工具機的產生和改進十八世紀的工業革命推動了工具機的發展。1774年,英國人威爾金森(全名約翰·威爾金森)發明了較精密的炮筒鏜床。次年,他用這台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,他又於1775年製造了一台水輪驅動的汽缸鏜床,促進了蒸汽機的發展。從此,工具機開始用蒸汽機通過曲軸驅動。

1797年,英國人莫茲利創製成的車床由絲槓傳動刀架,能實現機動進給和車削螺紋,這是工具機結構的一次重大變革。莫茲利也因此被稱為“英國工具機工業之父”。

19世紀,由於紡織、動力、交通運輸機械和軍火生產的推動,各種類型的工具機相繼出現。1817年,英國人羅伯茨創製龍門刨床;1818年美國人惠特尼(他的全名叫伊萊·惠特尼)製成臥式銑床;1876年,美國製成萬能外圓磨床;1835和1897年又先後發明滾齒機和插齒機。

十九世紀最優秀的機械技師應數惠特沃斯(全名約瑟夫·惠特沃斯),他於1834年製成了測長機,該測長機可以測量出長度誤差萬分之一英寸左右。這種測長機的原理和千分尺相同,通過轉動分度板可以進出的螺紋夾持住工件,使用滑尺讀出分度板上的分度。1835年,惠特沃斯在他32歲時發明滾齒機。除此以外,惠特沃斯還設計了測量圓筒的內圓和外圓的塞規和環規。建議全部的工具機生產業者都採用同一尺寸的標準螺紋。後來,英國的制定工業標準協會接受了這一建議,從那以後直到今日,這種螺紋作為標準螺紋被各國所使用。

工業技術發展的中心,從十九世紀起,就悄悄從英國移向美國。把英國的技術聲望奪過去的人中,惠特尼堪稱佼佼者。惠特尼聰穎過人,具有遠見卓識,他率先研究出了作為大規模生產的可更換部件的系統。至今還很活躍的惠特尼工程公司,早在19世紀四十年代就研製成功了一種轉塔式六角車床。這種車床是隨著工件製做的複雜化和精細化而問世的,在這種車床中,裝有一個絞盤,各種需要的刀具都安裝在絞盤上,這樣,通過鏇轉固定工具的轉塔,就可以把工具轉到所需的位置上。

隨著電動機的發明,工具機開始先採用電動機集中驅動,後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,相繼創製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,又研製出各種自動工具機、仿形工具機、組合工具機和自動生產線。

工具機

1.4 1900年進入精密化時期19世紀末到20世紀初,單一的車床已逐漸演化出了銑床刨床、磨床、鑽床等等,這些主要工具機已經基本定型,這樣就為20世紀前期的精密工具機和生產機械化和半自動化創造了條件。

在20世紀的前20年內,人們主要是圍繞銑床、磨床和流水裝配線展開的。由於汽車、飛機及其發動機生產的要求,在大批加工形狀複雜、高精度及高光潔度的零件時,迫切需要精密的、自動的銑床和磨床。由於多螺鏇線刀刃銑刀的問世,基本上解決了單刃銑刀所產生的振動和光潔度不高而使銑床得不到發展的困難,使銑床成為加工複雜零件的重要設備。

被世人譽為“汽車之父”的福特,提出:汽車應該是“輕巧的、結實的、可靠的和便宜的”。為了實現這一目標,必須研製高效率的磨床,為此,美國人諾頓於1900年用金剛砂和剛玉石製成直徑大而寬的砂輪,以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發展,使機械製造技術進入了精密化的新階段。

1.5 1920年進入半自動化時期在1920年以後的30年中,機械製造技術進入了半自動化時期,液壓和電氣元件在工具機和其他機械上逐漸得到了套用。1938年,液壓系統和電磁控制不但促進了新型銑床的發明,而且在龍門刨床等工具機上也推廣使用。30年代以後,行程開關——電磁閥系統幾乎用到各種工具機的自動控制上了。

1.6 1950年進入自動化時期第二次世界大戰以後,由於數控和群控工具機和自動線的出現,工具機的發展開始進入了自動化時期。數控工具機是在電子計算機發明之後,運用數字控制原理,將加工程式、要求和更換刀具的運算元碼和文字碼作為信息進行存貯,並按其發出的指令控制工具機,按既定的要求進行加工的新式工具機。

1.6.1 世界第一台數控工具機(銑床)誕生(1951年)數控工具機的方案,是美國的帕森斯(全名約翰·帕森斯)在研製檢查飛機螺鏇槳葉剖面輪廓的板葉加工機時向美國空軍提出的,在麻省理工學院的參加和協助下,終於在1949年取得了成功。1951年,他們正式製成了第一台電子管數控工具機樣機,成功地解決了多品種小批量的複雜零件加工的自動化問題。以後,一方面數控原理從銑床擴展到銑鏜床、鑽床和車床,另一方面,則從電子管向電晶體、積體電路方向過渡。1958年。美國研製成能自動更換刀具,以進行多工序加工的加工中心。

1.6.2 世界第一條數控生產線誕生(1968年)1968年,英國的毛林斯機械公司研製成了第一條數控工具機組成的自動線,不久,美國通用電氣公司提出了“工廠自動化的先決條件是零件加工過程的數控和生產過程的程控”,於是,到70年代中期,出現了自動化車間,自動化工廠也已開始建造。1970年至1974年,由於小型計算機廣泛套用於工具機控制,出現了三次技術突破。第一次是直接數字控制器,使一台小型電子計算機同時控制多台工具機,出現了“群控”;第二次是計算機輔助設計,用一支光筆進行設計和修改設計及計算程式;第三次是按加工的實際情況及意外變化反饋並自動改變加工用量和切削速度,出現了自適控制系統的工具機。

工具機

經過100多年的風風雨雨,工具機的家族已日漸成熟,真正成了機械領域的“工作母機”。

數控工具機

是數字控制工具機的簡稱,是一種裝有程式控制系統的自動化工具機。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程式,並將其解碼,從而使工具機動作並加工零件的控制單元,數控工具機的操作和監控全部在這個數控單元中完成,它是數控工具機的大腦。

工具機

●加工精度高,具有穩定的加工質量;

●可進行多坐標的聯動,能加工形狀複雜的零件;

●加工零件改變時,一般只需要更改數控程式,可節省生產準備時間;

●工具機本身的精度高、剛性大,可選擇有利的加工用量,生產率高(一般為普通工具機的3~5倍);

●工具機自動化程度高,可以減輕勞動強度;

●對操作人員的素質要求較高,對維修人員的技術要求更高。

數控工具機一般由下列幾個部分組成:

●主機,是數控工具機的主體,包括工具機身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。它是用於完成各種切削加工的機械部件。

●數控裝置,是數控工具機的核心,包括硬體(印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等)以及相應的軟體,用於輸入數位化的零件程式,並完成輸入信息的存儲、數據的變換、插補運算以及實現各種控制功能。

●驅動裝置,是數控工具機執行機構的驅動部件,包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。它在數控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統實現主軸和進給驅動。當幾個進給聯動時,可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。

●輔助裝置,指數控工具機的一些必要的配套部件,用以保證數控工具機的運行,如冷卻、排屑、潤滑、照明、監測等。它包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作檯、數控轉台和數控分度頭,還包括刀具及監控檢測裝置等。

●編程及其他附屬設備,可用來在機外進行零件的程式編制、存儲等。

數控工具機加工流程說明

CAD:Computer Aided Design,即計算機輔助設計。2D或3D的工件或立體圖設計

CAM:Computer Aided Making,即計算機輔助製造。使用CAM軟體生成G-Code

CNC:數控工具機控制器,讀入G-Code開始加工

數控工具機加工程式說明

CNC程式可分為主程式及副程式(子程式),凡是重覆加工的部份,可用副程式編寫,以簡化主程式的設計。

字元(數值資料)→字語→單節→加工程式。

只要打開Windows作業系統里的記事本就可編輯CNC碼,寫好的CNC程式則可用模擬軟體來模擬刀具路徑的正確性。

數控工具機基本機能指令說明

所謂機能指令是由位址碼(英文字母)及兩個數字所組成,具有某種意義的動作或功能,可分為七大類,即G機能(準備機能),M機能(輔助機能),T機能(刀具機能),S機能(主軸轉速機能),F機能(進給率機能),N機能(單節編號機能)和H/D機能(刀具補正機能)。

數控工具機參考點說明

通常在數控工具機程式編寫時,至少須選用一個參考坐標點來計算工作圖上各點之坐標值,這些參考點我們稱之為零點或原點,常用之參考點有機械原點、回歸參考點、工作原點、程式原點。

工具機

機械參考點(Machine reference point):機械參考點或稱為機械原點,它是機械上的一個固定的參考點。

回歸參考點 (Reference points):在機器的各軸上都有一回歸參考點,這些回歸參考點的位置,以行程監測裝置極限開關預先精確設定,作為工作檯及主軸的回歸點。

工作參考點 (Work reference points):工作參考點或稱工作原點,它是工作坐標系統之原點,該點是浮動的,由程式設計者依需要而設定,一般被設定於工作檯上(工作上)任一位置。

程式參考點 (Program reference points):程式參考點或稱程式原點,它是工作上所有轉折點坐標值之基準點,此點必須在編寫程式時加以選定,所以程式設計者選定時須選擇一個方便的點,以利程式之寫作。

鋼製伸縮式導軌防護罩為高品質的2-3mm厚鋼板冷壓成形而成,根據要求也可以為不鏽鋼的。特殊的表面磨光會使其另外升值。我們可以為所有的工具機種類提供相應的導軌防護類型(水平、垂直、傾斜、橫向)。

鋼板防護罩

根據運行速度及導軌的不同我們所研製的防護罩結構也不同。運行速度10m/min之下的我們裝有聚安脂或黃銅滑塊。中等速度30m/min之下的我們裝有滾軸。另外驅動板、刮屑板及吸屑板之間還需要用緩衝系統。滑塊緩衝系統的目的是減少碰撞、噪音及摩擦。

鋼製伸縮式導軌防護罩的節數對其比例、重量及運行特性都很重要。每個單節都應儘可能的長,這樣可以減少節數,降低成本。一般情況最大拉伸與最小壓縮比例應在3:1 和5:1之間。

衡量指標

工具機本身質量的優劣,直接影響所造機器的質量。衡量一台工具機的質量是多方面的,但主要是要求工藝性好,系列化、通用化、標準化程度高,結構簡單,重量輕,工作可靠,生產率高等。具體指標如下:

工藝的可能性

工藝的可能性是指工具機適應不同生產要求的能力。通用工具機可以完成一定尺寸範圍內各種零件多工序加工,工藝的可能性較寬,因而結構相對複雜,適應於單件小批生產。專用工具機只能完成一個或幾個零件的特定工序,其工藝的可能性較窄,適用於大批量生產,可以提高生產率,保證加工質量,簡化工具機結構,降低工具機成本。

精度和表面粗糙度

要保證被加工零件的精度和表面粗糙度,工具機本身必須具備一定的幾何精度、運動精度、傳動精度和動態精度。

(1)幾何精度、運動精度、傳動精度屬於靜態精度

幾何精度是指工具機在不運轉時部件間相互位置精度和主要零件的形狀精度、位置精度。工具機的幾何精度對加工精度有重要的影響,因此是評定工具機精度的主要指標。

運動精度是指工具機在以工作速度運轉時主要零部件的幾何位置精度,幾何位置的變化量越大,運動精度越低。

傳動精度是指工具機傳動鏈各末端執行件之間運動的協調性和均勻性。

以上三種精度指標都是在空載條件下檢測的,為全面反映工具機的性能,必須要求工具機有一定的動態精度和溫升作用下主要零部件的形狀、位置精度。影響動態精度的主要因素有工具機的剛度、抗振性和熱變形等。

工具機的剛度指工具機在外力作用下抵抗變形的能力,工具機的剛度越大,動態精度越高。工具機的剛度包括工具機構件本身的剛度和構件之間的接觸剛度。工具機構件本身的剛度主要取決於構件本身的材料性質、截面形狀、大小等。構件之間的接觸剛度不僅與接觸材料、接觸面的幾何尺寸和硬度有關,而且還與接觸面的表面粗糙度、幾何精度、加工方法、接觸面介質、預壓力等因素有關。

工具機上出現的振動,可分為受迫振動和自激振動。自激振動是在不受任何外力、激振力乾擾的情況下,由切削過程內部產生的持續振動。在激振力的持續作用下,系統被迫引起的振動為受迫振動。

工具機的抗震性和工具機的剛度、阻尼特性、質量有關。由於工具機的各個零部件熱膨脹係數不同,因而造成了工具機各部分不同的變形和相對位移,這種現象叫工具機的熱變形。由於熱變形而產生的誤差最大可占全部誤差的70%。

對於工具機的動態精度,目前尚無統一標準,主要通過切削加工典型零件所達到的精度間接的對工具機動態精度作出綜合的評價。

系列化等程度

工具機的系列化、通用化、標準化是密切聯繫的,品種系列化是部件通用化和零件標準化的基礎,而部件的通用化和零件的標準化又促進和推動品種系列化工作。

工具機的壽命

工具機結構的可靠性和耐磨性是衡量工具機壽命的主要指標。

運動傳動

工具機的運動

根據在切削過程中所起的作用來區分,切削運動分為主運動和進給運動。

主運動:是形成工具機切削速度或消耗主要動力的工作運動。

進給運動:是使工件的多餘材料不斷被去除的工作運動。

切削過程中主運動只有一個,進給運動可以多於一個。主運動和進給運動可由刀具或工件分別完成,也可由刀具單獨完成。工具機的運動除了切削運動外,還有一些實現工具機切削過程的輔助工作而必須進行的輔助運動。

工具機的傳動

工具機的傳動機構指的是傳遞運動和動力的機構,簡稱為工具機的傳動。

工具機的傳動方式按傳動機構的特點分為機械傳動、液壓傳動、電力傳動、氣壓傳動以及以上幾種傳動方式的聯合傳動等。按傳動速度調節變化特點將傳動分為有級傳動和無級傳動。

工具機的傳動系統

傳動系統也叫傳動鏈,他有首末兩個端件。首端件又叫主動件,末端件又叫從動件。每一條傳動系統從首端件到末端件都是按一定傳動規律組成,這就是傳動比,以此來保證工具機的性能。一般的工具機傳動系統按其所擔負運動的性質可分為主運動傳遞系統,進給運動傳遞系統和快速空行程傳動系統三種。對傳動系統圖一般了解即可。

工具機分類

1. 普通工具機:包括普通車床、鑽床、鏜床、銑床、刨插床等。

2. 精密工具機:包括磨床、齒輪加工工具機、螺紋加工工具機和其他各種精密工具機。

3. 高精度工具機:包括坐標鏜床、齒輪磨床、螺紋磨床、高精度滾齒機、高精度刻線機和其他高精度工具機等。

4.數控工具機:數控工具機是數字控制工具機的簡稱,是一種裝有程式控制系統的自動化工具機。該控制系統能夠邏輯地處理具有控制編碼或其他符號指令規定的程式,並將其解碼,從而使工具機動作並加工零件。

工具機

5.按工件大小和工具機重量可分為儀表工具機、中小型機床、大型工具機、重型工具機和超重型工具機。

6.按加工精度可分為普通精度工具機、精密工具機和高精度工具機。

7.按自動化程度可分為手動操作工具機、半自動工具機和自動工具機。

8.按工具機的控制方式,可分為仿形工具機、程式控制工具機、數控工具機、適應控制工具機、加工中心和柔性製造系統。

9.按工具機的適用範圍,又可分為通用、專用工具機。金屬切削工具機可按不同的分類方法劃分為多種類型。

按加工方式或加工對象可分為車床、鑽床、鏜床、磨床、齒輪加工工具機、螺紋加工工具機、花鍵加工工具機、銑床、刨床、插床、拉床、特種加工工具機、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。

按工件大小和工具機重量可分為儀表工具機、中小型工具機、大型工具機、重型工具機和超重型工具機。

按加工精度可分為普通精度工具機、精密工具機和高精度工具機。

按自動化程度可分為手動操作工具機、半自動工具機和自動工具機。

按工具機的自動控制方式,可分為仿形工具機、程式控制工具機、數字控制工具機、適應控制工具機、加工中心和柔性製造系統。

按工具機的適用範圍,又可分為通用、專門化和專用工具機。

專用工具機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工具機,稱為組合工具機。

對一種或幾種零件的加工,按工序先後安排一系列工具機,並配以自動上下料裝置和工具機與工具機間的工件自動傳遞裝置,這樣組成的一列工具機群稱為切削加工自動生產線。

柔性製造系統是由一組數字控制工具機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。

工具機組成

各類工具機通常由下列基本部分組成:支承部件,用於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,用於改變主運動的速度;進給機構,用於改變進給量;主軸箱用以安裝工具機主軸;刀架、刀庫;控制和操縱系統;潤滑系統;冷卻系統。

工具機附屬裝置包括工具機上下料裝置、機械手、工業機器人等工具機附加裝置,以及卡盤、吸盤彈簧夾頭、虎鉗、迴轉工作檯和分度頭等工具機附屬檔案。

切削加工

工具機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餘材料時起主要作用的運動,它可以是工件的鏇轉運動(如車削)、直線運動(如在龍門刨床上刨削),也可以是刀具的鏇轉運動(如銑削和鑽削)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工具機導軌的移動等;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、工具機部件位置的調整、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。

評價工具機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、表面質量和工具機的精度保持性。生產效率涉及切削加工時間和輔助時間,以及工具機的自動化程度和工作可靠性。這些指標一方面取決於工具機的靜態特性,如靜態幾何精度和剛度;而另一方面與工具機的動態特性,如運動精度、動剛度、熱變形和噪聲等關係更大。

型號編制

主要有GB/T15375-94和GB/T15375-2008兩種命名標準

1. GB/T15375-94《金屬切削工具機型號編制方法》

2. GB/T15375-2008《金屬切削工具機型號編制方法》

曲軸工具機

曲軸高效專用工具機也有它的加工局限性,只有合理套用合適的加工工具機,才能發揮出曲軸加工工具機的高效專用性,從而提高工序的加工效率。

1.當曲軸軸頸有沉割槽時,數控內銑工具機不能加工;如果曲軸軸頸軸向有沉割槽時,數控高速外銑工具機和數控內銑工具機均不能加工,但數控車-車拉工具機能很方便地加工。

2.當平衡塊側面需要加工時,數控內銑工具機應當為首選工具機,因為內銑刀盤外圓定位,剛性好,尤其適用於加工大型鍛鋼曲軸;此時不適合用數控車-車拉工具機,因為在曲軸的平衡塊側面需要加工的情況下,採用數控車-車拉工具機加工,平衡塊側面是斷續切削,且曲軸轉速又很高,在這種工況下,崩刀現象比較嚴重。

3.當曲軸的軸頸無沉割槽,且平衡塊側面不需加工時,原則上幾種工具機都能加工。當加工轎車曲軸時,主軸頸採用數控車-車拉工具機,連桿頸採用數控高速外銑工具機則應成為最佳高效加工選擇;當加工大型鍛鋼曲軸時,則主軸頸和連桿頸均採用數控內銑工具機比較合理。

曲軸可以分為體形較大的鍛鋼曲軸和輕量化的轎車曲軸,鍛鋼曲軸軸頸一般無沉割槽,且側面需要加工,餘量較大;轎車曲軸一般軸頸有沉割槽,且側面不需要加工。因此可以得出結論:加工鍛鋼曲軸採用數控內銑工具機,加工轎車曲軸主軸頸採用數控車-車拉工具機,連桿頸採用數控高速外銑工具機是比較合理的高效加工選擇。

鍛壓工具機

鍛壓工具機duan ya ji chuang

鍛壓工具機是金屬和機械冷加工用的設備,他只改變金屬的外形狀。鍛壓工具機包括卷板機,剪板機,沖床,壓力機,液壓機,油壓機,折彎機等。

工具機附屬檔案的種類有很多,包括柔性風琴式防護罩(皮老虎)、刀具刀片.鋼板不鏽鋼導軌護罩、伸縮式絲槓護罩、捲簾防護罩、防護裙簾、防塵折布、鋼製拖鏈、工程塑膠拖鏈、工具機工作燈、工具機墊鐵、JR—2型矩形金屬軟管、DGT導管防護套、可調塑膠冷卻管、吸塵管、通風管、防爆管、行程槽板、撞塊、排屑機、偏擺儀、平台\花崗石平板\鑄鐵平板及各種操作件等。

數控刀具

數控刀具是機械製造中用於切削加工的工具,又稱切削工具。廣義的切削工具既包括刀具,還包括磨具;同時“數控刀具”除切削用的刀片外,還包括刀桿和刀柄等附屬檔案!

根據刀具結構可分為:

整體式:刀具為一體,由一個坯料製造而成,不分體;

焊接式式:採用焊接方法連線,分刀頭和刀桿;

機夾式:機夾式又可分為不轉位和可轉位兩種;通常數控刀具採用機夾式!

特殊型式:如複合式刀具,減震式刀具等。

根據製造刀具所用的材料可分為:

高速鋼刀具;

硬質合金刀具;

金剛石刀具;

其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。

從切削工藝上可分為

車削刀具,分外圓、內孔、螺紋、切斷、切槽刀具等多種;

鑽削刀具,包括鑽頭、鉸刀、絲錐等;

鏜削刀具;

銑削刀具等。

刀具的發展在人類進步的歷史上占有重要的地位。中國早在公元前28~前20世紀,就已出現黃銅錐和紫銅的錐、鑽、刀等銅質刀具。戰國後期(公元前三世紀),由於掌握了滲碳技術,製成了銅質刀具。當時的鑽頭和鋸,與現代的扁鑽和鋸已有些相似之處。

然而,刀具的快速發展是在18世紀後期,伴隨蒸汽機等機器的發展而來的。1783年,法國的勒內首先制出銑刀。1792年,英國的莫茲利制出絲錐和板牙。有關麻花鑽的發明最早的文獻記載是在1822年,但直到1864年才作為商品生產。

那時的刀具是用整體高碳工具鋼製造的,許用的切削速度約為5米/分。1868年,英國的穆舍特製成含鎢的合金工具鋼。1898年,美國的泰勒和.懷特發明高速鋼。1923年,德國的施勒特爾發明硬質合金。

在採用合金工具鋼時,刀具的切削速度提高到約8米/分,採用高速鋼時,又提高兩倍以上,到採用硬質合金時,又比用高速鋼提高兩倍以上,切削加工出的工件表面質量和尺寸精度也大大提高。

由於高速鋼和硬質合金的價格比較昂貴,刀具出現焊接和機械夾固式結構。1949~1950年間,美國開始在車刀上採用可轉位刀片,不久即套用在銑刀和其他刀具上。1938年,德國德古薩公司取得關於陶瓷刀具的專利。1972年,美國通用電氣公司生產了聚晶人造金剛石和聚晶立方氮化硼刀片。這些非金屬刀具材料可使刀具以更高的速度切削。

1969年,瑞典山特維克鋼廠取得用化學氣相沉積法,生產碳化鈦塗層硬質合金刀片的專利。1972年,美國的邦沙和拉古蘭發展了物理氣相沉積法,在硬質合金或高速鋼刀具表面塗覆碳化鈦或氮化鈦硬質層。表面塗層方法把基體材料的高強度和韌性,與表層的高硬度和耐磨性結合起來,從而使這種複合材料具有更好的切削性能。

刀具按工件加工表面的形式可分為五類。加工各種外表面的刀具,包括車刀、刨刀、銑刀、外表面拉刀和銼刀等;孔加工刀具,包括鑽頭、擴孔鑽、鏜刀、鉸刀和內表面拉刀等;螺紋加工工具,包括絲錐、板牙、自動開合螺紋切頭、螺紋車刀和螺紋銑刀等;齒輪加工刀具,包括滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪加工刀具等;切斷刀具,包括鑲齒圓鋸片、帶鋸、弓鋸、切斷車刀和鋸片銑刀等等。此外,還有組合刀具。

按切削運動方式和相應的刀刃形狀,刀具又可分為三類。通用刀具,如車刀、刨刀、銑刀(不包括成形的車刀、成形刨刀和成形銑刀)、鏜刀、鑽頭、擴孔鑽、鉸刀和鋸等;成形刀具,這類刀具的刀刃具有與被加工工件斷面相同或接近相同的形狀,如成形車刀、成形刨刀、成形銑刀、拉刀、圓錐鉸刀和各種螺紋加工刀具等;展成刀具是用展成法加工齒輪的齒面或類似的工件,如滾刀、插齒刀、剃齒刀、錐齒輪刨刀和錐齒輪銑刀盤等。

各種刀具的結構都由裝夾部分和工作部分組成。整體結構刀具的裝夾部分和工作部分都做在刀體上;鑲齒結構刀具的工作部分(刀齒或刀片)則鑲裝在刀體上。

刀具的裝夾部分有帶孔和帶柄兩類。帶孔刀具依靠內孔套裝在工具機的主軸或心軸上,藉助軸向鍵或端面鍵傳遞扭轉力矩,如圓柱形銑刀、套式面銑刀等。

工具機附屬檔案

工具機配件,指除工具機主體外的所有可方便更換的元件。

工具機配件主要包括刀具夾具、操作件、分度頭、工作檯、卡盤、接頭、排屑裝置、軟管、拖鏈、防護罩等。其中刀具夾具又分切削刀具、工裝夾具、刨刀、數控刀具及配套系統、刀帶、拉刀、切刀、滾刀、齒輪刀具、機用鋸片、數控刀具、夾頭、沖頭、車刀、鉸刀、鏜刀、插齒刀、剃齒刀、機用刀片、刀柄、銑刀、螺紋刀具、鑽頭、刀桿、其他刀具、夾具、絲錐;操作件分手輪、拉手、手柄、把手、門鈕、其它操作件產品;

分度頭分為等分分度頭、半萬能分度頭、萬能分度頭、簡易分度頭、立臥分度頭、數控分度頭、懸臂分度頭;

工作檯手動迴轉工作檯、立臥迴轉工作檯、數控立臥迴轉工作檯、數控移動工作檯、角度工作檯、可調工作檯;

卡盤分二爪自定心卡盤、短圓柱型三爪自定心卡盤、短圓錐型三爪自定心卡盤、電動三爪自定心卡盤、電動三爪卡盤、可調三爪自定心卡盤、四爪管子複合卡盤、四爪單動卡盤、高速通孔動力卡盤、三爪楔式(動力)自定心卡盤、三爪手緊卡盤、錐柄卡盤、三爪自定心卡盤、四爪自定心卡盤、精密三爪自定心卡盤、四爪複合卡盤、六爪自定心卡盤;

接頭分金屬螺口軟管接頭、法蘭式接頭、圓定座、固定圈;

排屑裝置分鏈板式排屑裝置、永磁式排屑裝置、複合式排屑裝置、螺鏇式排屑裝置、磁刮板式排屑裝;

軟管分尼龍軟管、聚乙烯軟管、雙層開口管、橢圓軟管。

工具機配件的合理運用有助於提高工作效率和節約成本,在機加工中已經得到了廣泛的注意和運用。

發展方向

(1)虛擬機床:通過研發機電一體化的、硬體和軟體集成的仿真技術,來實現提高工具機的設計水平和使用績效。

(2)綠色工具機:強調節能減排,力求使生產系統的環境負荷達到最小化。

(3)智慧型工具機:提高生產系統的智慧型化、可靠性、加工精度和綜合性能。

(4)e-工具機:提高生產系統的獨立自主性以及與使用者和管理者的互動能力,使工具機不僅是一台加工設備,而是成為企業管理網路中的一個節點。

其中,綠色工具機將成為研究熱點。將毛坯轉化為零件的工作母機,在使用過程中不僅消耗能源,還會產生固體、液體和氣體廢棄物,對工作環境和自然環境造成直接或間接的污染。據此,綠色工具機應該具有以下特點:工具機主要零部件由再生材料製造;工具機的重量和體積減少50%以上;通過減輕移動質量、降低空運轉功率等措施使功率消耗減少30%~40%;使用過程中產生的各種廢棄物減少50%~60%,保證基本沒有污染的工作環境;報廢後工具機材料100%可回收。據統計,工具機使用過程中用於切除金屬的功率只占到25%左右,各種損耗和輔助功能占去大部分。工具機綠色化的第一個措施,是通過大幅度降低工具機重量和減少驅動功率來構建具有生態效益的工具機。綠色工具機提出一種全新的概念,大幅減少重量,力求節省材料,同時降低能耗。 

近年來中國的工具機防市場上出現了一種新的市場:網上市場。這個就是電子商務在傳統行業中起到重大作用的一種表現方式。

目前中國鍛壓機械行業廠家銷售收入在500萬元以上的企業約600家,其中絕大多數為中小型企業,大重型、數控精密機械加工核心設備和生產設施(廠房、起重、裝配條件)不足,生產能力受到很大限制。

中國是工具機消費的傳統大國,消費額已連續數年排名世界第一。中國作為工具機消費大國同時也是工具機生產大國,2009年,中國首次成為世界工具機第一生產大國。金屬成形工具機作為工具機行業的一個重要組成部分,也呈現出高速增長的態勢。據有關統計,2010年,中國生產金屬成形工具機的規模以上企業602家,完成工業總產值402億元,出口5.69億美元,進口19.06億美元。

為了滿足國民經濟發展的需要,以及企業的可持續發展要求,特別是為應對國際金融危機,近幾年金屬成形工具機行業加大了新產品開發力度,企業的科研、設計、製造能力不斷增強,行業整體技術水平進一步提高,開發出一大批具有較高技術水平的新產品,並且在生產實踐中得到了驗證,受到用戶的好評和認可。

目前中國金屬成形工具機主要產品與國外的技術差距明顯縮小,某些產品檔次接近國際水平,產品類型基本覆蓋了國際市場上的所有產品,產品質量特別是穩定性、可靠性顯著提高,基本滿足國民經濟發展的需要,也具備了衝擊世界中高檔金屬成形工具機市場的能力。

中國金屬成形工具機行業產品結構不斷最佳化並呈現以下特點:第一,隨著工業發展和技術進步,產品呈現向大(重)型、超重型方向發展的趨勢。第二,中高檔智慧型柔性成形工具機成為市場需求的主流和重點。各行業在技術升級改造過程中都要求高速、高精度、高剛度、複合、智慧型柔性的金屬成形工具機。第三,定製型產品所占比重逐步提升,以滿足不同用戶的個性化需求。

中國是金屬成形工具機生產大國還不是強國近年來,國內工具機行業發展勢頭良好,通過技術改造,研發水平、製造水平、產品質量和市場容量都明顯提升。2009年中國已躍居成為世界第一工具機生產大國,但與已開發國家的差距依然明顯。金屬成形工具機作為工具機工具的一個重要類別,也具有大而不強的特徵,主要表現在:第一、企業規模較小,目前中國鍛壓機械行業廠家銷售收入在500萬元以上的企業約600家,其中絕大多數為中小型企業,大重型、數控精密機械加工核心設備和生產設施(廠房、起重、裝配條件)不足,生產能力受到很大限制,無法滿足生產大構件、大噸位、大台面、高精度、整體加工成形產品的要求。第二、關鍵功能部件發展滯後,國產功能部件和數控系統發展滯後,功能部件配套能力既弱又散。不論是機械類功能部件,還是數控系統、電氣類功能部件,高檔功能部件幾近是空白,中檔功能部件行業產業化、規模化程度不高,難以滿足國產主機的配套要求,關鍵功能部件發展滯後已經成為金屬成形工具機產業發展的瓶頸。第三、產品結構有待進一步最佳化,智研數據研究中心調查員表示:中國金屬成形工具機行業產品結構在最近幾年不斷最佳化,但目前中國金屬成形工具機中小型、低附加值產品占比仍然較大。提高大重型金屬成形工具機的生產,進一步最佳化產品結構是金屬成形工具機行業發展的長期任務。

數控改造

一、工具機數控化改造的必要性。

數控技術是先進製造技術的核心技術,它的整體水平標誌著一個國家產業現代化的水平和綜合國力的強弱,具有超越其經濟價值的戰略物資地位。目前我國企業機械 製造整體水平與已開發國家相比還有很大的差距。由於我國企業大部分數控工具機和數控系統依靠進口,企業承受不了巨額購置費,且易受國外的控制,另外數控機械設 備維修氣力薄弱,進口的備件維修本錢高,設備完好率低,大部分進口工具機數控系統已經崩潰,有的甚至在進口後還沒使用就已由於各方面原因不能使用等等。因此 目前我國企業工具機數控化比例極低,不到5%,各企業使用的盡大部分為傳統老式工具機,很難滿足企業高技術產品的生產需求和生產效率。為節約本錢,進一步發揮 老式傳統工具機的功效和潛伏價值,將大批傳統老式工具機改造為數控工具機是一種必然性和趨勢。

二、工具機數控化改造的分類。

工具機的數控化改造可以分為以下幾種:

1、其一是恢復原功能,對工具機存在的故障部分進行診斷並恢復;

2、其二是NC化,在普通工具機上加數顯裝置,或加數控系統,改造成NC工具機、CNC工具機;

3、其三是翻新,為進步精度、效率和自動化程度,對機械、電氣部分進行翻新,對機械部分重新裝配加工,恢復原精度;對其不滿足生產要求的CNC系統以最新CNC進行更新;

4、其四是技術更新或技術創新,為進步性能或檔次,或為了使用新工藝、新技術,在原有基礎上進行較大規模的技術更新或技術創新,較大幅度地進步水平和檔次的更新改造。

三、工具機數控化改造的內容

下面按第三種改造方式以車床數控化改造為例,結合我公司在工具機改造中的實際操縱情況介紹一下其改造的主要內容和主要結構形式。

1、進給軸的改造

普通車床的X軸和Z軸均由同一電機驅動,走刀運動經走刀箱傳動絲槓及溜板箱,獲得不同的工件螺距即Z軸運動;走刀運動經走刀箱傳動光桿及溜板箱,獲得不同 的進刀量即X軸運動。普通車床數控化改造時一般都往掉走刀箱及溜板箱,改用進給伺服(或步進)傳動鏈分別代替,具體體現為:

Z軸:縱向電機→減速箱(或聯軸器)→縱向滾珠絲槓→大拖板,縱向按數控指令獲得不同的走刀量和螺距。

X軸:橫向電機→減速箱(或聯軸器)→橫向滾珠絲槓→橫滑板,橫向按數控指令獲得不同的走刀量。

改造後整個傳動鏈的傳動精度在保證工具機剛性的條件下,與滾珠絲槓副的選擇和布置結構形式、工具機導軌的精度情況等有很大的關係。

1)、滾珠絲槓副的選擇和布置結構形式

普通車床大多採用的是T型絲槓等滑動絲槓副,與滾珠絲槓副相比摩擦阻力大、傳動效率低,不能適應於高速運動。另外由於磨損快,造成其精度保持性和壽命低等 等,在進行普通工具機數控化改造時往往都將其更換為滾珠絲槓副。滾珠絲槓副有以下一些特點:摩擦損失小,傳動效率高,可達0.90~0.96;若使用的絲槓 螺母預緊後,可以完全消除間隙,進步傳動剛度;摩擦阻力小,幾乎與運動速度無關,訊息摩擦力之差極小,能保證運動平穩,不易產生低速爬行現象;磨損小、壽 命長、精度保持性好。但應留意,由於滾珠絲槓副不能自鎖,有可逆性,即能將鏇轉運動轉換為直線運動,或將直線運動轉換為鏇轉運動,因此絲槓立式和傾斜使用 時,應增加制動裝置或平衡裝置。

2)、工具機導軌

普通車床導軌大多採用的是滑動導軌,其動、靜摩擦係數大,在使用一段時間後都會有不同程度的磨損,對工具機傳動精度和其保持性帶來很大的影響。因此在對其進 行數控化改造的同時必須針對工具機導軌狀況進行必要的檢驗處理,對於磨損較嚴重的更要進行大修,即進行磨削、淬火、貼塑、配刮等處理,同時採用公道的潤滑, 充分保證其精度。

3)、電機與絲槓的聯接

在滿足工具機要求的條件下,為減少中間環節帶來的傳動誤差,我們多將電機與絲槓副通過聯軸器直接聯接,這要根據改造中實際情況來定。一般對於小型車床如 C6116型,由於空間尺寸有限,特別是X軸,電機與絲槓副不能直聯,多採用齒輪副或同步帶論來傳動;對於大型車床如C6150,床身長5米的車床,由於 絲槓較長,直徑較大,除了要考慮傳動力的題目,還要考慮其低速性能及加減速慣量匹配的題目,往往電機都要通過幾級減速來傳動。無論是採用齒輪還是同步帶論 來傳動,其傳動間隙的消除是比較關鍵的。齒輪傳動中常用的方法有錯齒消隙法、偏心軸調整法等等,同步帶論傳動中多採用調整中心距或張緊輪消隙法。

2、主軸部分的改造

車床主軸帶動工件以不同轉速鏇轉是車削加工中的主運動,消耗工具機大部分動力。普通車床由主電動機經皮帶傳動,經主軸變速箱帶動主軸鏇轉,主軸箱經手動或自 動變速獲得(9~24)級轉速,通過電磁或液壓離合器操縱主軸的變速和正反轉;而數控車床主軸箱由電主軸或傳統機械主軸單元加變頻電機和變頻器組成。普通 車床在數控化改造時大部分情況下保存原主軸箱,不做改動或少做改動。

3、刀架部分的改造

目前數控車床刀架基本為電動刀架,其特點是定位更正確、迅速。老式傳統車床刀架多為手動、液壓驅動或少部分的電動,改造時可以根據需要對其加以更換。

電動刀架可分為臥式轉塔刀架(一般安裝8~12把刀)和立式電動刀架,立式電動刀架有四工位(或六工位),其中每一種刀架又有抬刀刀架(兩端齒盤)和免抬刀刀架(三端齒盤)之分。臥式轉塔刀架價格相對較貴,改造中常用立式四工位電動刀架。

4、潤滑部分的改造

老式傳統車床除主軸箱外,導軌、絲槓副、光桿等多用油槍定期注油潤滑和油脂潤滑,這對工具機的導軌、絲槓副等的精度保持很不利,在同等驅動下工具機運動的穩定性、靈活性也差一些。

5、工具機防護

工具機改造後整個防護分局部防護、半防護和全防護三種。

四、工具機數控化改造的聯調

工具機安裝、系統各參數按要求設定完成之後,在機電聯調時還需完成各種動作試驗、功能試驗、空運轉、負荷試驗,檢驗工具機數控化改造後是否滿足要求。

1、空運轉前的檢查

通電前工具機外觀檢查(檢查工具機各部位的裝配質量,使他們能在通電後正常工作)。

(1)重要固定結合面應緊密貼合,用0.03塞尺檢查時應該插不進,滑動導軌面的端部用0.03塞尺檢查深度小於20mm。重要固定結合面為床頭箱與床身 的結合面,轉塔刀架底座與滑板的結合面,尾座體與尾座底板的結合面,床身與床身(拼結床身)的結合面,鑲鋼導軌與基礎件的結合面等。

(2)仔細檢查各個箱體及各個運動部件是否按要求加油,箱體中的油平面不得低於油標線以下。冷卻箱中是否有足夠的冷卻液,液壓站、自動間歇潤滑裝置的油是 否到油位指示器規定的油位,電器控制箱中的各開關及元器件是否正常,各插裝積體電路板是否到位,通電啟動集中潤滑裝置使各潤滑部位及潤滑油路布滿潤滑油。

4、空運轉試驗

(1)主運動機構運轉試驗

在不切削狀態下,試驗主軸運轉時間的溫度變化和空載功率。工具機主運動機械由低、中、高三檔轉速,有級變速為全部轉速運轉時間不少於2分鐘,在最高轉速段不得少於1小時,使主軸軸承達到穩定溫度。檢查主軸軸承的溫度不超過70℃。

(2)連續空運轉試驗

用數控程式指令全部功能做(不切削)連續運動和迴轉試驗。其運動時間不大於15分鐘。每個循環終了停車,並模擬松卡工作,停車不超過一分鐘,根據客戶不同的要求連續運轉48h~72h。

5、試切

在工具機各項幾何精度和運動精度滿足要求後,應按相應標準和自定標準加工工件,以檢測工具機數控化改造後的加工性能。有的除了要進行必要的精加工外,還要進行一定的負荷試驗,以檢查其精度的穩定性。

在上述各項試驗滿足要求後,工具機數控化改造後的聯調工作也就完成了。

故障診斷方法

數控工具機電氣故障診斷有故障檢測、故障判斷及隔離和故障定位三個階段。第一階段的故障檢測就是對數控工具機進行測試,判斷是否存在故障;第二階段是判定故障性質,並分離出故障的部件或模組;第三階段是將故障定位到可以更換的模組或印製線路板,以縮短修理時間。為了及時發現系統出現的故障,快速確定故障所在部位並能及時排除,要求故障診斷應儘可能少且簡便,故障診斷所需的時間應儘可能短。為此,可以採用以下的診斷方法:

直觀法

利用感覺器官,注意發生故障時的各種現象,如故障時有無火花、亮光產生,有無異常響聲、何處異常發熱及有無焦煳味等。仔細觀察可能發生故障的每塊印製線路板的表面狀況,有無燒毀和損傷痕跡,以進一步縮小檢查範圍,這是一種最基本、最常用的方法。

CNC系統的自診斷功能

依靠CNC 系統快速處理數據的能力,對出錯部位進行多路、快速的信號採集和處理,然後由診斷程式進行邏輯分析判斷,以確定系統是否存在故障,及時對故障進行定位。現代CNC系統自診斷功能可以分為以下兩類:

(1) 開機自診斷開機自診斷是指從每次通電開始至進入正常的運行準備狀態為止,系統內部的診斷程式自動執行對CPU、存儲器、匯流排、I/O 單元等模組、印製線路板、CRT 單元、光電閱讀機及軟碟驅動器等設備運行前的功能測試,確認系統的主要硬體是否可以正常工作。

(2) 故障信息提示當工具機運行中發生故障時,在CRT 顯示器上會顯示編號和內容。根據提示,查閱有關維修手冊,確認引起故障的原因及排除方法。一般來說,數控工具機診斷功能提示的故障信息越豐富,越能給故障診斷帶來方便。但要注意的是,有些故障根據故障內容提示和查閱手冊可直接確認故障原因;而有些故障的真正原因與故障內容提示不相符,或一個故障顯示有多個故障原因,這就要求維修人員必須找出它們之間的內在聯繫,間接地確認故障原因。

數據和狀態檢查

CNC系統的自診斷不但能在CRT 顯示器上顯示故障報警信息,而且能以多頁的“診斷地址”和“診斷數據”的形式提供工具機參數和狀態信息,常見的數據和狀態檢查有參數檢查和接口檢查兩種。

(1) 參數檢查數控工具機的工具機數據是經過一系列試驗和調整而獲得的重要參數,是工具機正常運行的保證。這些數據包括增益、加速度、輪廓監控允差、反向間隙補償值和絲槓螺距補償值等。當受到外部乾擾時,會使數據丟失或發生混亂,工具機不能正常工作。

(2) 接口檢查CNC系統與工具機之間的輸入/輸出接口信號包括CNC 系統與PLC、PLC 與工具機之間接口輸入/輸出信號。數控系統的輸入/輸出接口診斷能將所有開關量信號的狀態顯示在CRT 顯示器上,用“1”或“0”表示信號的有無,利用狀態顯示可以檢查CNC系統是否已將信號輸出到工具機側,工具機側的開關量等信號是否已輸入到CNC 系統,從而可將故障定位在工具機側或是在CNC 系統。

報警指示燈顯示故障

現代數控工具機的CNC 系統內部,除了上述的自診斷功能和狀態顯示等“軟體”報警外,還有許多“硬體”報警指示燈,它們分布在電源、伺服驅動和輸入/輸出等裝置上,根據這些報警燈的指示可判斷故障的原因。

備板置換法

利用備用的電路板來替換有故障疑點的模板,是一種快速而簡便的判斷故障原因的方法,常用於CNC 系統的功能模組,如CRT 模組、存儲器模組等。需要注意的是,備板置換前,應檢查有關電路,以免由於短路而造成好板損壞,同時,還應檢查試驗板上的選擇開關和跨接線是否與原模板一致,有些模板還要注意模板上電位器的調整。置換存儲器板後,應根據系統的要求,對存儲器進行初始化操作,否則系統仍不能正常工作。

交換法

在數控工具機中,常有功能相同的模組或單元,將相同模組或單元互相交換,觀察故障轉移的情況,就能快速確定故障的部位。這種方法常用於伺服進給驅動裝置的故障檢查,也可用於CNC 系統內相同模組的互換。

敲擊法

CNC 系統由各種電路板組成,每塊電路板上會有很多焊點,任何虛焊或接觸不良都可能出現故障。用絕緣物輕輕敲打有故障疑點的電路板、接外掛程式或電器元件時,若故障出現,則故障很可能就在敲擊的部位。

測量比較法

為檢測方便,模組或單元上設有檢測端子,利用萬用表、示波器等儀器儀表,通過這些端子檢測到的電平或波形,將正常值與故障時的值相比較,可以分析出故障的原因及故障的所在位置。由於數控工具機具有綜合性和複雜性的特點,引起故障的因素是多方面的。上述故障診斷方法有時要幾種同時套用,對故障進行綜合分析,快速診斷出故障的部位,從而排除故障。同時,有些故障現象是電氣方面的,但引起的原因是機械方面的;反之,也可能故障現象是機械方面的,但引起的原因是電氣方面的;或者二者兼而有之。因此,對它的故障診斷往往不能單純地歸因於電氣方面或機械方面,而必須加以綜合,全方位地進行考慮。

名辭彙總

點位控制數控工具機:這類數控工具機僅能控制在加工平面內的兩個坐標軸帶動刀具與工件相對運動,從一個坐標位置快速移動到下一個坐標位置,然後控制第三個坐標軸進行鑽鏜切削加工。

輪廓控制數控工具機:這類數控工具機具有控制幾個坐標軸同時協調運動,即多坐標軸聯動的能力,使刀具相對於工件按程式規定的軌跡和速度運動,在運動過程中進行連續切削加工的功能。

CNC控制功能:CNC能控制和能聯動控制的進給軸數。CNC的控制進給軸有:移動軸和迴轉軸;基本軸和附加軸。如NC車床:只要兩軸聯動,在具有多刀架的車床上則需要兩軸以上的控制軸。

NC鏜銑床:加工中心等需要有3根或3根以上的控制制軸。聯動控制軸數越多,CNC系統就越複雜,編程也越困難。    

鑄件的特點

(1)耐磨性與消震性好。由於鑄鐵中石墨有利於潤滑及貯油,所以耐磨性好。同樣,由於石墨的存在的消震性優於鋼。   

(2)工具機鑄件工藝性能好。由於灰口鑄鐵含碳量高,接近於共晶成分,故熔點比較低,流動性良好,收縮率小,因此適宜於鑄造結構複雜或薄壁鑄件。另外,由於石墨使切削加工時易於形成斷屑,所以灰口鑄鐵的可切削加工性優於鋼。   

硬度和抗拉強度之間的關係:灰鑄鐵的硬度和抗拉強度之間,存在一定的對應關係,其經驗關係式為:   

1、當O≥196N/mm㎡時   HB=RH(飛00+0 4380b) (B1)   

2、當0≥796N/mm㎡時   HB=RH (44+O 7240b) (B2)   式中相對硬度(RH)值主要由原材料、熔化工藝、處理工藝及鑄件的冷卻速度所確定。   

樹脂砂型

樹脂砂型剛度好,澆注初期砂型強度高這就有條件利用鑄鐵凝固過程的石墨化膨脹,有效地消除縮孔、縮松缺陷,實現灰鑄鐵、球墨鑄鐵件的少冒口、無冒口鑄造。   

實型鑄造生產中採用聚苯乙烯泡塑模樣套用呋哺樹脂自硬砂造型。當金屬液澆入鑄型時,泡沫塑膠模樣在高溫金屬液作用下迅速氣化,燃燒而消失,金屬液取代了原來泡沫塑膠所占據的位置,冷卻凝固成與模樣形狀相同的實型鑄件。   

相對來說,消失模鑄造對於生產單件或小批量的汽車覆蓋件,工具機床身等大型模具較之傳統砂型有很大優勢,它不但省去了昂貴的木型費用,而且便於操作,縮短了生產周期,提高了生產效率,具有尺寸精度高,加工餘量小,表面質量好等優勢。

鑄件的熱處理

​熱處理過程

床身鑄件的熱處理床身類鑄件產品作為一種大型鑄件必須要經過熱處理才能提高本身的使用性能,改善鑄鐵鑄件的內在質量。金屬熱處理是機械製造中的重要工藝之一,與其它加工工藝相比,熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分,而是通過改變工件內部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。其特點是改善工件的內在質量。 床身鑄鑫為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能,除合理選用材料和各種成形工藝外,熱處理工藝往往是必不可少的。鋼鐵是機械工業中套用最廣的材料,鋼鐵顯微組織複雜,可以通過熱處理予以控制,所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內容。另外,鋁、銅、鎂、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學、物理和化學性能,以獲得不同的使用性能。

整體熱處理是對工件整體加熱,然後以適當的速度冷卻,以改變其整體力學性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。

操作規程

操作者必須經過考試合格,持有本工具機的《設備操作證》方可操作本工具機。

工作前

1、仔細閱讀交接班記錄,了解上一班工具機的運轉情況和存在問題;

2、檢查工具機、工作檯、導軌以及各主要滑動面,如有障礙物、工具、鐵屑、雜質等,必須清理、擦拭乾淨、上油;

3、檢查工作檯,導軌及主要滑動面有無新的拉、研、碰傷,如有應通知班組長或設備員一起查看,並作好記錄;

4、檢查安全防護、制動(止動)、限位和換向等裝置應齊全完好;

5、檢查機械、液壓、氣動等操作手柄、伐門、開關等應處於非工作的位置上;

6、檢查各刀架應處於非工作位置;

7、檢查電器配電箱應關閉牢靠,電氣接地良好;

8、檢查潤滑系統儲油部位的油量應符合規定,封閉良好。油標、油窗、油杯、油嘴、油線、油氈、油管和分油器等應齊全完好,安裝正確。按潤滑指示圖表規定作人工加油或機動(手位)泵打油,查看油窗是否來油;

9、停車一個班以上的工具機,應按說明書規定及液體靜壓裝置使用規定(詳見附錄Ⅰ)的開車程式和要求作空動轉試車3~5分鐘。

檢查:

1)操縱手柄、伐門、開關等是否靈活、準確、可靠。

2)安全防護、制動(止動)、聯鎖、夾緊機構等裝置是否起作用。

3)校對機構運動是否有足夠行程,調正並固定限位、定程擋鐵和換向碰塊等。

4)由機動泵或手拉泵潤滑部位是否有油,潤滑是否良好。

5)機械、液壓、靜壓、氣動、靠模、仿形等裝置的動作、工作循環、溫升、聲音等是否正常。壓力(液壓、氣壓)是否符合規定。確認一切正常後,方可開始工作。

凡連班交接班的設備,交接班人應一起按上述(9條)規定進行檢查,待交接班清楚後,交班人方可離去。凡隔班接班的設備,如發現上一班有嚴重違犯操作規程現象,必須通知班組長或設備員一起查看,並作好記錄,否則按本班違犯操作規程處理。

在設備檢修或調整之後,也必須按上述(9條)規定詳細檢查設備,認為一切無誤後方可開始工作。

工作中

1、堅守崗位,精心操作,不做與工作無關的事。因事離開工具機時要停車,關閉電源、氣源;

2、按工藝規定進行加工。不準任意加大進刀量、磨削量和切(磨)削速度。不準超規範、超負荷、超重量使用工具機。不準精機粗用和大機小用;

3、刀具、工件應裝夾正確、緊固牢靠。裝卸時不得碰傷工具機。找正刀具、工件不準重錘敲打。不準用加長搬手柄增加力矩的方法緊固刀具、 工件;

4、不準在工具機主軸錐孔、尾座套筒錐孔及其他工具安裝孔內,安裝與其錐度或孔徑不符、表面有刻痕和不清潔的頂針、刀具、刀套等;

5、傳動及進給機構的機械變速、刀具與工件的裝夾、調正以及工件的工序間的人工測量等均應在切削、磨削終止,刀具、磨具退離工件後停車進行;

6、應保持刀具、磨具的鋒利,如變鈍或崩裂應及時磨鋒或更換;

7、切削、磨削中,刀具、磨具未離開工件,不準停車;

8、不準擅自拆卸工具機上的安全防護裝置,缺少安全防護裝置的工具機不準工作;

9、液壓系統除節流伐外其他液壓伐不準私自調整;

10、工具機上特別是導軌面和工作檯面,不準直接放置工具,工件及其他雜物;

11、經常清除工具機上的鐵屑、油污,保持導軌面、滑動面、轉動面、定位基準面和工作檯面清潔;

12、密切注意工具機運轉情況,潤滑情況,如發現動作失靈、震動、發熱、爬行、噪音、異味、碰傷等異常現象,應立即停車檢查,排除故障後,方可繼續工作;

13、工具機發生事故時應立即按總停按鈕,保持事故現場,報告有關部門分析處理;

14、不準在工具機上焊接和補焊工件。

工作後

1、將機械、液壓、氣動等操作手柄、伐門、開關等板到非工作位置上;

2、停止工具機運轉,切斷電源、氣源;

3、清除鐵屑,清掃工作現場,認真擦淨工具機。導軌面、轉動及滑動面、定位基準面、工作檯面等處加油保養;

4、認真將班中發現的工具機問題,填到交接班記錄本上,做好交班工作。

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