【悉恩悉机床网】车床是地球上最古老的制造技术之一。最早的版本可以一直追溯到古埃及人，他们在公元前1300年左右发明了一种双人弓形驱动车床。然而，尽管历史悠久，车削技术却从未停滞，就如今天精密的CNC车削中心所证明的那样。下面就为您介绍车床和车削中心的基本内容，以及CNC车削中心的部件、类型、操作及应用。

　　车床VS车削中心：有什么区别？

　　您可能曾看到过“数控车床”和“数控车削中心”这两个术语互换使用。然而，虽然车床和车削中心没有正式的区别，但前一个术语通常专指较简单的机器——那些仅设计用于车削操作的机床。相反，术语“车削中心”常常表示集成了铣削或钻削功能的车床，或是有第二轴可以执行二次加工的车床。

　　“在我看来，数控车床只是严格地执行车削操作；它是一个含有X轴和Z轴的二轴车床，通常只有一个卡盘。”马扎克机床产品经理Rick Bramstedt这样说，“CNC车削中心具有铣削能力，或通过第二轴增加铣削功能，因此它有Y轴。我们也称之为多任务机床。我对车削中心的看法就是：它们不只是车削。”

　　德玛吉森精机技术专家Marlow Knabach同意：“我把它看作是车床的进化。”他说，“在过去，大多数人都称它为车床，但随着CNC变得越来越精良，再加上铣削功能和附加轴，它演变成了数控车削中心。”

　　基础和部件

　　床头箱（头座）

　　床头箱主要由主轴以及变速和换档机构组成。主轴端部通常被做成莫氏锥度。在工业车床的早期，主轴是通过平皮带轮驱动的。如今，它都是由电动机驱动的。

　　床身

　　车床床身是与床头箱连接的基座，使拖板和尾座与主轴可以平行移动。该运动由床身导轨驱使，它将拖板和尾座限制在固定的轨道上。

　　进给螺杆和导螺杆

　　进给螺杆是和拖板内的一系列齿轮相连的驱动轴，用于驱动溜板箱沿着Z轴移动。导螺杆具有相同的功能，但与进给螺杆正相交，沿X轴驱动拖板。进给螺杆和导螺杆的制造均符合英制或公制标准，这使不同车床制造的工件能相互兼容。

　　拖板（滑台）

　　拖板上带着切削刀具并使其纵向移动至工件进行车削操作或垂直于工件进行端面车削。拖板是由两个铸件组成的：顶部或叫马鞍，侧部或叫拖板箱。

　　尾座

　　尾座是指与床头箱相对的中心座。与床头箱相反，尾座中的主轴不旋转，它有一个锥孔用于安装钻头、中心钻或其他工具。它在导螺杆的作用下可纵向移动。

　　车削中心的操作

　　您可以在车床上执行许多操作，在车削中心上可执行的操作更多。 以下是一些最常见的：

　　端面车削：端面车削操用于加工末端是平面的零件的端面。

　　螺纹车削：螺纹车削操作是在零件上加工内外螺纹。

　　滚花：滚花操作用于在圆柱形表面上产生规则形状的粗糙纹。

　　钻削：钻削用于在工件上加工孔，是最基本的操作之一。

　　镗削：镗孔涉及到扩大孔或腔以产生圆形孔腔或内部凹槽。

　　铰孔：铰孔操作包括对现有孔进行修整和精加工。

　　锥度车削：在锥度车削中，工件的直径随着零件的长度逐渐减小。

　　车削中心的布局

　　“主要有两种不同类型的CNC车削中心：传统的卧式已经存在了很长一段时间，然后有了立式的，零件的旋转就像汽车轮胎朝上旋转那样，” EMAG机床的大客户经理James Petiprin说，“卧式的可能占市场的60％或70％，因为它存在的时间更长，几乎每个机械师都是先在卧式车床上学习的。”

　　卧式车削VS立式车削

　　数控车削中心可以采用卧式或立式布局。还有倒立式车削中心，它是将主轴和卡盘的位置反转。所有这三种机器类型都是由相同的基本部件（即床头箱、拖板等）组成的，但其方向不同。决定是否选择卧式、立式或倒立式的车床取决于许多因素，但有一些经验法则可以帮助您作出决定。

　　“卧式车床的优势在于重力使切屑从零件上掉落，”Knabach说，“换句话说，当你车削时，所有的切屑都会掉入切屑输送机或废料箱里。”

　　“立式车床的优势在于，重力有助于将你的零件稳固在夹具上。但切屑有些情况下是一个问题，特别是如果你的零件是凹形的，因为它的内部会存留切屑。立式车床的另一个需要注意的是切屑可能落到主轴上，所以你的防护措施必须非常高效。”

　　“倒立式车床在落屑这一点上具有先天优势，工件在上刀具在下，切屑可自然落下。”

　　“通常，卧式车床更灵活，因为它们相对于不同的主轴尺寸可以有更长的床身长度，”大隈机床公司的车床产品专家大卫·费舍尔说，“也可以使用棒料支撑，并且通常带有尾座，这些在立式车床上却不常见。 而另一方面，如果您正在加工大直径的短零件，特别是重型零件，则立式车床很适合用。”

　　“主要是零件尺寸，这是两者之间最大的决定因素，”Bramstedt说，“当我们研究小型零件的车削应用时，很多汽车零部件的车削（如传动齿轮坯料、刹车片等）都是垂直完成的，通常采用双主轴。一个好处是重力帮了忙，当你把零件放到卡盘上，零件会因重力作用而更稳定。另一个好处是流屑，还是因为重力作用，所有切屑都从零件上剥离落入托盘或输送机上。”

　　“我看到过直径将近800mm的零件在卧式车床上运行，”他补充说，“加载这样的零件是一件很棘手的事，因为你需要将零件推到卡盘上，在夹紧的时候还要托稳它。”

　　在卧式和立式布局之间选择，另一个需要考虑的因素是您的车削中心做能达到的自动化程度。费舍尔说：“卧式车床通常更容易实现自动化，因为主轴和尾架位于机床的相对端，转塔定位方便，可以最大程度避免干涉。

　　Bramstedt提出了一个不同的观点：“就自动化上料而言，立式是首选方案，一来切屑可顺利流出，二来不需要机器人来推动零件并进行安装。

埃马克EMAG的倒立式车床可实现机内自动化

　　关于倒立式车床，Petiprin指出：“倒立式可以让你的机床实现机内自动化，因为主轴可以往复夹取零件，而在卧式车床上，你需要一个机器人或桁架加载零件。”

　　车削的应用

　　“现如今，CNC车削中心被应用于绝大多数的金属切削环境中，无论是汽车、航空航天还是农业。”Knabach说，“任何有高度回转形的零部件——任何一种齿轮——通常都是在车床（车削中心）上加工的，至少其毛坯都是先要进行车削的。”

　　“你真的可以在所有的工业中找到车床，”Petiprin说，“EMAG机床有85％的业务在汽车行业。如果你剖开一辆汽车，里面有传动零件和整个传动系，它们大多数是圆形零件，如果你用的是车床，你就可以加工这些回转形零件。”

　　转塔刀架（刀塔）VS排刀刀架

　　制造业专业人员在数控车削中心上频繁争论的话题之一就是选择转塔还是排刀刀架？

　　转塔刀架就是将一组切削刀具安装在一个旋转的可转位的刀架上。相反，排刀刀架是在车床的横向拖板（十字滑块）上布置一排刀具，看上去有点类似于铣床的工作台。

　　同样的，哪种布局最合适，取决于您的应用，但也有一些经验法则可以帮助您做出决定。

　　“一般来说，排刀刀架可利用的刀具数量有限，适合在小型车床上加工小零件。”费舍尔说，“由于消除了刀塔转位的时间，运转周期被最大限度的缩小，因此这些情况下排刀刀架运行较为出色。 此外，由于刀具拖板在各个作业间能迅速切换，刀具切换时间可以减少到几乎为零。”

　　Bramstedt同意：“适合加工专用的、大批量的零件是选择排刀刀架的主要因素。”

　　“一个转塔可以提供12把刀具，但它需要十分之一秒或者半秒的时间来对每个工具进行切换，通常必须离开零件。这需要耗费一些周期成本，但它也非常灵活——你可以在其中保留相同的12把刀具，并重新编程以切削不同的零件。”

　　“转塔的优势在于，您通常拥有更大的工作范围，这样减少了刀具和刀具的干涉，”Knabach说，“不同于排刀刀架，你的转塔可以有更大的直径。当然，这是由机床的配置决定的，但一般来说，排刀刀架更紧凑，干涉区也比较小。”

　　“转塔允许有更大的刀具间隙，这通常更适合加工较大的零件，”费舍尔补充说，“对于转塔，都可以使用快换工具来加快换刀速度，但是不会像排刀刀架那样快。”

　　这意味着，如果要进行大批量生产，通常最佳选择是排刀刀架，以最大限度减少周期时间。另一方面，如果您最关心的是刀具的转换和灵活性，则转塔刀架大概是更好的选择。“在排刀车床上，换刀时间非常长，”Bramstedt评论道，“因为你必须重新定位刀具、再用探针测、试切、微调、再试切等等。而在转塔刀架上，装上刀具，点下对刀，你就可以离开了。”

　　动力刀座

　　许多CNC车削中心都能配备动力刀座，即由独立电机来驱动旋转切削刀具。这使得可以在垂直于主轴的部分钻孔，这非常有用。那是否意味着动力刀座放之四海而皆准？

　　“动力刀座确实使车床产生了革命性的变化，包括我们，”Knabach说，“我们有相关技术，可在转塔内安装直驱电机。传统的驱动机构是依靠齿轮或皮带与皮带轮来驱动刀具，但是我们这个是一个内藏式主轴。”

　　费舍尔同意：“动力刀座通常是那种你不实际使用便不会意识到它有多好的东西。一旦客户获得了一些经验，我们总会看到他们给车床增加Y轴，以提供更多的功能和柔性。”

　　“如果我在做一个轴承座圈或轴承内环（不需要钻任何孔的东西），那我就不需要旋转工具了，”Bramstedt说，“但是除此之外，我实在想不出动力刀座在何种情况下是没用的。”

　　“动力刀座的好处在于它减少了半成品——这都是你利润的一部分。如果一个零件需要先在车床上加工，接着要把它取下来切一个键槽，于是就不得不把它再放到一个立式加工中心上加工，那么，当我把它取下来的时候，这个零件的加工已注定失败了。”

　　“我们碰到过一些客户，他们甚至不用车床车削。” Knabach说，“他们把它当成一台自动化生产中心，送入机器的棒料也许就没用车削主轴车过，而只是使用动力刀座，就像加工中心那样。他们可能只用车削主轴对较长的棒料实施切断操作。同时，也可以使用机械手或桁架，这样，它就从一个简单的车床加动力刀座，或是一个Y轴，变成了一个完全自动化的系统。

　　车削中心的自动化

　　随着工业4.0的到来，自动化的机械加工正变得越来越普遍，数控车削中心也不例外。CNC车床的自动化仍然取决于机床的布局——立式、卧式、倒立式。

　　“卧式车床通常由操作员手动上料，所以为了自动化，你可以使用机器人或者桁架，它们能从已知位置拾起工件，然后将其放入卡盘中。”Petiprin解释道，“你希望利用机器人80％以上的时间，这通常意味着要将一台机器人夹到两台机床之间，但是如果你的循环周期更短，那么就需要给每台机床配一个机器人。”

　　“通常，卧式车床更容易实现自动化，因为主轴和尾架位于机床相对的两端，转塔定位方便，可以最大程度避免干涉。”费舍尔补充说，“无论哪种方式，我们的机床在许多不同的布局中都以实现了自动化。”

　　虽然数控车削中心与其他机床一样实现了自动化，但车床的自动化和加工中心的自动化之间还存在着一些重大的差异。

　　“夹具或工件夹紧是最大的区别。”Bramstedt说，“一般来说，加工中心已经具备相当的自动化了，但是你通常还会装载一些自动的或有顺序的特殊夹具。这样的夹具更加复杂，通常都是专用的。而车床与之相反，在车床上，无论什么样的零件，好像都只用一个三爪卡盘加载。因此，就工件夹紧而言，加工中心的柔性更强。”

　　数控车削：瓶颈和错误

　　在制造过程中，我们总是不惜一切代价去避免在效率上发生的错误和瓶颈。即使对于像车床这样古老的技术也是如此，尽管计算机进入制造业已经有相当长一段时间，尽管已经大大减少了这些问题的发生。

　　“不管你信不信，我仍然听到有人在他们的车间里用着手动车床。”Bramstedt评论道，“他们只有一台CNC，令我惊讶的是，他们居然也很有竞争力。”

　　费舍尔给出了一个截然不同的看法：“一个经验丰富的老机械师曾经告诉我说，无论一个工厂有多少台数控车床，他们总是会至少保留一台手动车床，我们这里就有两台手动车床在用。”

　　数控车削的瓶颈

　　车床效率的一个主要的局限性就在于车削操作本身。正如Bramstedt所说——这不是一个用更好的工具可以克服的问题：“机床一直以来都在试图追赶刀具的加工功能。你的刀具或许能够在某个速度上进行表面切削，但是我的车床卡盘不能旋转那么快使零件表面达到那个速度。随着车削的进行，你的转速将受限于卡盘的夹持能力。因为有离心力作用，离心力意味着当卡盘旋转时，夹爪有向外移动的力。而在加工中心上，零件是静止的，刀具（非常紧凑）可以在10000rpm、20000rpm甚至40000rpm下旋转，都不成问题。但是你不可能让一个卡盘在40000rpm下旋转，它会四散而飞。”

　　车削效率的另一个瓶颈：切换

　　“根据不同规模，切换的重要性有所不同，”费舍尔说，“对于产品生产周期短的工厂，切换至关重要，必须审慎考虑你的工具和工件夹紧系统。因为它们会占据相当一部分机床的生产时间。”

　　数控车削的常见错误

　　最大限度地提高效率是制造业的目标之一，但最大限度地减少错误和它是相辅相成的。Bramstedt和费舍尔各自给出了CNC车削中心不同的错误来源。

　　“一些客户为了最大限度地增加进给，提高速度，他们甚至把机床运行速度加高20％。” Bramstedt说，“他们可以这样做，但接下来他们就站在那里等着什么东西炸开吧。不是说平时意外不会发生，而是我们不让机床和刀具超负荷运转，因此发生意外故障的几率就被最小化。”

　　费舍尔强调了培训的重要性：“你将一台高技术设备交付给一名操作者（或是安装人员、程序员）。只有认真投资培训这些人员，整体才能有高水平的表现。”

　　车床在人类历史上存在了相当长的时间，必然有其存在的理由。虽然基础技术在不断发展，但车削操作仍然在众多制造工艺中起着至关重要的作用。请充分发掘并利用您的CNC车削中心。（伊恩·赖特）