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车床发展史

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    2018-2-1 15:16
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    [LV.2]偶尔看看I

    发表于 2019-3-28 07:37:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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    什么是车床
    车床是人类发明的专门用于加工圆形工件与产品的机械,是一类主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可以用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床有很多种类,如卧式车床及落地车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动和半自动车床、仿形车床及多刀车床、专门化车床等。在所有种类的机床中以卧式车床应用最为广泛。
    卧式车体床的基本结构
    普通卧式车床(图1)在机械制造类工厂中使用极为广泛。普通卧式车床主要由床身、主轴箱、进给箱溜板箱、刀架、光杠,丝杠和尾座等组成,如图2所示式车环的工作原理,普通车床的电动机将动力传给主轴箱,经主轴箱中的齿轮变速,主轴前端装有卡盘,用以夹持工件,由电动机经变速机构把动力传给主轴,使主轴带动工件按规定的转速做旋转运动,为切削提供主运动。溜板箱把进给箱传来的运动传递给刀架,使刀架实现纵向进给、横向进给、快速移动进给,为切削提供进给运动。进给箱内装有进给运动的变换机构,用于改变运动的进给量或改变被加工螺纹的导程。
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    图1 普通卧式车床
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    图2 卧式车床的基本结构

    卧式车床主要加工的零件
    图3中,车床主要用于加工轴、盘、套等具有回转表面的工件。
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    图3 卧式车床主要加工的零件  最早的车床
    早在古埃及时代,就已出现简单的车削技术。起初,人们是用两根立木作为支架,架起要车削的木材,利用树枝的弹力把绳索卷到木材上,拉动绳子转动木材,用刀具车削。后来又发展出弓车床,也就是用绳弓牵引工件旋转进行切削的车床。图4中为树木车床。
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      图4 树木车床
    中世纪欧洲用脚踏板驱动的加工木棒的车床
    到了中世纪,有人设计出了用脚踏板旋转曲轴并带动飞轮,动力再传动到主轴的“脚踏车床”,图5为脚踏车床。

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    图5 脚踏车床
    到了18世纪,又有人设计了一种用脚踏板和连杆旋转曲轴,可以把转动动能储存在飞轮上的车床,并从直接旋转工件发展到了旋转床头箱,床头箱是一个用于夹持工件的卡盘。
    到19世纪,车床结构更加完善,现代意义上的车床开始出现。车床机械的发明,使人类加工生产某些产品的能力极大地提高,促进了社会经济与社会文明的发展。
    在发明车床的故事中,最引人注目的是一个名叫亨利·莫兹利的英国人。
    现代车床的发明人—亨利·莫兹利
    从18世纪中叶到19世纪中叶,英国机械工业得到了突飞猛进的发展。怀特·鲍尔发明的滚筒使纺织实现了从手动向机械运动的转变,以此为开端,在机械加工中取代了手工而使用了各种机床。工业、农业等行业的发展离不开机器。要制造机器,车床发挥着中流砥柱的作用,也可以说车床是“机器之母”。由此可见,就对整个工业的发展所起的作用和产生的影响来说,车床的发明几乎可以和蒸汽机的发明相提并论。
    一提到蒸汽机,人们马上想到了瓦特。其实最先发明蒸汽机的并不是瓦特,但由于瓦特对蒸汽机进行了根本性的改进,蒸汽机才真正发挥了其应有的作用。
    同样,一说到车床,人们也马上想到了亨利·莫兹利(见图6)。其实最先发明车床的人也不是莫兹利,但在他对车床进行了创造性的改进之后,真正意义上的车床才算诞生。因此,人们称莫兹利为“车床之父”是完全正确的。  
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     图6 亨利·莫兹利
    18世纪的英国机械工业的改进和发明接连不断,日新月异。机械工业的发展给社会结构也带来了很大的影响,这就是历史上众所周知的英国工业革命。
      1771年8月22日,亨利·莫兹利生于英国沃尔里奇的一个军人家庭。莫兹利小时候没有受过正规教育,12岁时,他在制造兵器的工厂劳动,劳动了两年左右;14岁时,又到一个细工木匠那里去当学徒工;15岁时,他在家附近的一个铁匠铺当了一名学徒工,加工铁制品。由于他勤奋好学,在较短的时间里他不仅学到了一手加工金属的好手艺,而且还掌握了作为机械工人的基本技术。

    18世纪后期,由于人们的生活不断地改善,很多人都有了过去只有上层社会人物持有的钟表等物品。所以当时在欧洲各地出现了很多锁匠、钟表匠,而且,这些人都是优秀的机械工人,对推动机械技术的发展起了极其重要的作用。当时英国有一名安全锁制造者约瑟夫·布拉马,他就是机械制造技术的权威人士,他的工厂是每个想成为优秀机械工人的人向往的地方。
      当时在英国有一种习惯,当学徒必须连续工作7年方能满徒。莫兹利18岁的时候,他的7年学徒期还没有满期,那时正逢布拉马想雇一名帮手,莫兹利很想进入布拉马的工厂学习,提高自己的技术。布拉马的要求很高,经人引荐,布拉马对莫兹利进行了严格考试。莫兹利对自己的技术很有把握,布拉马看到莫兹利出色地完成了自己提出的各种技术考核项目,决定录用他。莫兹利作为技术高超的机械工被录取了,他如愿以偿地成为布拉马的弟子。由于布拉马技术超群、要求严格并言传身教,莫兹利很快就成为一名优秀的技师。
    莫兹利的第一项发明—进给箱
    加工金属需要车床。在莫兹利出生之前就已有了车床,只是还不够完善。莫兹利是依据这个原理发明进给箱的——当人们吃苹果、梨等水果的时候,首先要削皮,一只手转动苹果,另一只手将水果刀插进果皮里面,一圈一圈慢慢转,皮就均匀地削下来了,一个苹果可以削出一整条长皮。  在今天,车床带有进给箱是理所当然的事情,然而,在很早以前车床上是没有这种进给箱的。锁匠和钟表匠为制作小型机械零件,就需要自己组装小型车床进行加工。那时的车床只能用于加工木料,木匠用双脚踩动踏板,使车床转动,手执削刀接触木棒,木屑便被削掉,这样车出的木棒比较光滑。后来,有人对车床进行过某些改进,但改进后的车床仍然是靠木工手执刀具凭直觉和经验切削木棒的。但是,这样削出来的零件很不精密。莫兹利在布拉马那里工作了8年,因为他喜欢机械,工作中又勤奋好学,很快各种技术都达到了较高的水平,他被誉为布拉马工厂里最有才能的机械工,不久就当了总工长。莫兹利的技术在那里迅速地得到了提高,不仅如此,他还对机械技术的新事物具有十分准确、敏锐的眼光。另外,就机械技术的发展动向而言,他也具有准确的判断力。  在制锁时,莫兹利就注意到这样的问题,即为了满足需要量,如果再采用手工制锁方式的话,其产量就满足不了需要。同时,他也考虑到只有借助机械,才能进行大批量生产。因此,他认为需要改进过去已有的机床。  按照这一设想,莫兹利开始了对车床的研制。首先,他碰到的第一个问题是机器启动后,由于转速高、力量大、床身易动。于是他就用铸铁制造床身,床身易动的问题便解决了;接着,他在床身上装上滑动刀架,使它与一根粗大的丝杠啮合,这样,滑座便可以左右移动,滑动刀架上便可固定切削刀具。刀架还安了个手柄,摇动它可使刀具前后移动,这样,加工时可控制切削深度。  于是,这个刀架便能解决前后左右的矛盾,没有死角,达到了灵活自如的程度。在这台改进后的车床上,可以加工出按规定要求的任何尺寸的部件。1794年,他成功制作了刀具的自动进给装置—进给箱。
    莫兹利对车床做了进一步改进
    莫兹利于1797年制成第一台螺纹切削车床,它带有丝杠和光杠,采用滑动刀架—莫氏刀架和导轨,可车削不同螺距的螺纹。  由于莫兹利对车床做了进一步改进,这种机床通过上述发明的进给箱和安装在车床上的丝杠相啮合而自动进给,与过去的螺纹加工机床相比,可以加工出十分精确的螺纹。用几个齿轮把主轴与丝杠连接起来,机器启动后,齿轮的转动带动了丝杠转动,只要更换大小不同的齿轮,便可改变丝杠的转速,这样就能自动加工出不同螺距的螺纹,如图7所示。
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    图7 车床丝杠螺旋传动
    莫兹利完善车床
    莫兹利不断地对车床加以改进。他在1800年制造的车床,用坚实的铸铁床身代替了三角铁棒机架,用惰轮配合交换齿轮对代替了更换不同螺距的丝杠来车削不同螺距的螺纹。这是现代车床的原型(图8),对英国工业革命具有重要意义。他采用手工铲点子的刮削法制成标准平板,用来检验平面的精度,曾制成精度达0.0001英寸(1英寸=2.54厘米)的千分尺。他还研究了白布印花法、制币法、炮身镗削、青铜铸造设备和水压机等,改进了瓦特蒸汽机,  采用十字头直接驱动曲柄。莫兹利于1815年制成了第一台紧凑的台式发动机,这是船用发动机制造业的始端。

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    图8 更加完善的车床  1794年,莫兹利发明了刀架,刀架是机床的核心,后来相继出现的刨床、钻床、镗床等各种机床,都离不开刀架。所以,人们称莫兹利为“车床之父”。  1797年,他制成了第一台螺纹车床,这是一台全金属的车床,有能够沿着2根平行导轨移动的刀具座和尾座。导轨的导向面是三角形的,在主轴旋转时带动丝杠使刀具架横向移动。这是近代车床的主要机构,用这种车床可以车制任意节距的精密金属螺钉。  我们不应该忘记,莫兹利在提高机床精度方面所作出的巨大贡献,正是他制造出了机械化加工工件的真正的机床。  车床的发展
    自从车床诞生以来,车床的发展历程经过了普通车床、数控车床等发展阶段,在这个过程中,车床为机械生产发挥了极大的作用,同时,车床技术依旧在不断发展中。在未来的发展道路上,采用适当的发展手段,把握发展机遇,就能够实现车床技术的不断进步。
    18世纪末,现代车床的雏形在英国问世(见图9)。19世纪中叶,通用机床类型已大体齐备(见图10)。19世纪末,自动化机床、大型机床出现。  近代,生产模式的变化,社会需求日益增长。20世纪初叶,机械制造进入了大批量生产模式的时代(见图11)。
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      图9 车床的雏形
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    图10 19世纪初的车床
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    图11 20世纪初叶的车床
    随着数字技术的发展和应用,数控车床随之诞生,这是机械加工业的又一次飞跃式的发展。数控车床可以简单地理解为运用数字技术控制车床的工作流程,从而生产出人们所需要的零件。数控车床的特点是较高的精确度、较高的生产效率以及自动化。相对于普通车床来说,数控车床在外观和内部结构以及操作方式、工作原理等方面都发生了很大的变化。
    计算机的发明—科学技术发展史上划时代的大事。计算机控制系统和伺服电机被引入到传统加工机器中来,使其组成、面貌和功能发生了革命性的变化(见图12、图13)。
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      图12 数控车床
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    图13 数控加工中心
    经过200多年的风风雨雨,机床的家族已日渐成熟,真正成了机械领域的“工作母机”。
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