① 精密機床是怎麼製造出來的
高精度機床的製造涉及的東西很多,根據我現在所學,我覺得雖然零件的加工製造固然重要,但是一顆淡定的心其實更是不可或缺。
比如精密機床的床身加工好了後,是不能急著用的,要在室外拿油布包好放幾年,釋放應力。這是為了防止機床裝配調平好後,底座再發生形變。現在一般超精密磨床和機床的底座都採用大理石,因為大理石消除振動的性能比較好,熱變形也比鋼結構小。
又比如精密機床一般都裝配在一個恆溫罩或者是恆溫廠房內,如果是超精密機床,這個恆溫房一般還要精確控制室內溫度,不僅要做到冬暖夏涼,也要考慮到快速排出機床運行加工時的產熱,盡可能把熱形變控制在最小。
零件加工方面,說最好的機床都是手工做的實在不靠譜,的確如劍寒秋水所說,牛逼的師傅能做出0級精度平板平面,也就是說把課桌大小的一塊平面的平面度公差控制在7微米,大概頭發絲的百分之一粗細那麼個波動,但是再精密些的平面,大師傅就比不過大工程師和巨額的資金了。
前段時間查資料[1],看到清華大學設計裝配了一個光學鏡面超精密加工機床,最大能加工直徑為880毫米的光學鏡面。他們在硬鋁上加工出了表面粗糙度5納米,直徑400毫米球面,用無氧銅加工出了直徑100毫米,表面粗糙度8納米的非球形面。注意,這里表面粗糙度的單位是只有微米千分之一的納米了,8納米只相當於20個水分子一字排開那麼長,大師傅是肯定辨認不出來的,因為他的一滴淚中就有10的22次方個水分子。
那麼這樣的精度是怎麼達到的,最高的精度從理論上來說取決於什麼呢?
我在文章開頭提到要做好機床就要淡定,在此基礎之上,精度主要取決於對機床誤差的控制,根本上又取決於檢測手段的解析度和機床的分辨力(以下都是教學狀態下的典型栗子,不代表該機床的實際運行情況):
根據機床誤差控制手段的不同,對機床精度的檢測手段也不一樣,比如要在加工工件時檢測機床的誤差,就要用在線檢測手段,邊加工邊檢測。上文我提到的機床就很典型,它採用裝在導軌上的納米光柵測量加工檯面到底跑了多少(這個納米光柵的解析度我忘了,總之就是幾個納米的范圍內。不要糾結於細節,來看栗子吧)。如果伺服軸根據命令要運行5000納米,光柵檢測到由於熱誤差,這個加工檯面其實跑了5010納米,那麼控制系統就讓伺服軸就移回4090納米,再向前運行到5000納米。這樣就把誤差從10納米縮小到了光柵能檢測到的最小范圍內。至於為什麼要回到4090而不是5000,因為有「反向間隙」的問題,有興趣的同學自己搜一下吧。
然後就是分辨力,上面我提到的那個超精密機床採用大理石床身,4軸數控聯動,以及全氣浮支承和零傳動結構,機床主軸回轉精度0.05μm,直線伺服軸分辨力1.25 nm,回轉作台角位移分辨力0.009~bala~bala。不管那麼多復雜的名詞,我們要簡單的理解誤差補償,只用理解分辨力就夠了,分辨力1.25納米就是說機床走一步最少要邁出去1.25納米。為什麼分辨力重要呢,比如納米光柵檢測到刀具在伺服軸上實際運動到了5002納米,要回到5000納米的位置,就不可能了,理想狀況下的最小誤差也會有0.5納米。
實際狀況下,要做到效果較好的誤差補償比以上這個栗子復雜多了,因為誤差可能分布在某軸的6個自由度上,再帶上個導軌直線度誤差、導軌間垂直度誤差什麼的。如果說這些硬著頭皮還能用數學算出來,再考慮下加工的工件不一樣,加工平台起始的動量就都不一樣,加工時間也有區別,那麼機床產熱也自然不一樣,產熱的區間有變化時機床的熱膨脹就跟著變化,一會兒拖板翹了個蘭花指給X軸帶來俯仰誤差,一會Y軸又熱變形扭曲了直線度變化了,冷卻液撒到工件上尼瑪縮下去了好幾微米啊腫么辦,喂我花了一個普通數控機床的錢買來的納米光柵就只能補償一個自由度上的誤差?呃,總之要做最精密的機床,一顆淡定的心絕對是不可或缺,當包括但不僅限於以上的問題一個一個逐步解決掉的時候,就能在精度上更進一步,就能製造出大家所泛指的工業拇姬了。
② 機床發明的歷史
早在三千年前,古巴比倫人已經製成古代樹木機床等機械。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,沿板條移動工具機切削工件。
歐洲中世紀的彈性桿棒車床運用的仍是這一原理。十五世紀歐洲出現的機床雛形滿足於製造鍾表和武器的需要,出現了鍾表匠用的 螺紋 車床和齒輪加工機床,以及水力驅動的炮筒鏜床。
1501年左右,義大利人 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 等新機械。
現代機床的誕生
工業革命導致了各種機床的產生和改進,革命性的推動了機床的發展。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,機床開始用蒸汽機通過 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,由於紡織、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年美國人惠特尼製成卧式銑床,1876年,美國製成萬能磨床。
1951年,美國麻省理工大學誕生世界上第一台數控機床。
③ 機床是什麼
機床(machine tool ):製造機器的機器,亦稱工作母機。一般分為金屬切削機床、鍛壓機床和木工機床等。機床是將金屬毛坯加工成機器零件的機器,它是製造機器的機器,所以又稱為」工作母機」或」工具機」,習慣上簡稱機床。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、沖壓、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,一般都需在機床上用切削的方法進行最終加工。在一般的機器製造中,機床所擔負的加工工作量占機器總製造工作量的40%-60%左右。
數控機床是指可以通過計算機編程,進行自動控制的機床。
將程式指令輸入數控系統之內存後,經由電腦編譯計算,透過位移控制系統,將資訊傳至驅動器以驅動馬達之過程,來切削加工所設計之零件。電腦與數控機床之間利用並列訊號線接續,再利用數控機床的軟體來控制加工。數控機床軟體則用來產生G-Code(機能指令), 將路徑碼送至數控機床控制器,,然後數控機床控制器送出命令來驅動主軸馬達及滑台(XYZ軸)馬達開始加工。
④ 世界上第一部機床是如何製造出來的
早在古埃及時代,人們已經發明了將木材繞著它的中心軸旋轉時用刀具進行車削的技術。
起初,人們是用2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,拉動繩子轉動木材,用刀具車削。 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旋轉從而進行車削,這便是世界上最早的機床。
⑤ 數控機床是什麼時候出來的
1952年,世界上第一台數控機床誕生於美國,是由美國發明家約翰·帕森斯發明的。
數控機床是數字控制機床(Computer numerical control machine tools)的簡稱,是一種裝有程序控制系統的自動化機床。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序,並將其解碼,用代碼化的數字表示,通過信息載體輸入數控裝置。經運算處理由數控裝置發出各種控制信號,控制機床的動作,按圖紙要求的形狀和尺寸,自動地將零件加工出來。
基本組成
數控機床的基本組成包括加工程序載體、數控裝置、伺服驅動裝置、機床主體和其他輔助裝置。下面分別對各組成部分的基本工作原理進行概要說明。
加工中心
第一台加工中心是1958年由美國卡尼-特雷克公司首先研製成功的。它在數控卧式鏜銑床的基礎上增加了自動換刀裝置,從而實現了工件一次裝夾後即可進行銑削、鑽削、鏜削、鉸削和攻絲等多種工序的集中加工。加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的一種高度自動化的多功能數控機床。工件在加工中心上經一次裝夾後,能對兩個以上的表面完成多種工序的加工,並且有多種換刀或選刀功能,從而使生產效率大大提高。
⑥ 普通車床是誰發明的
1797年,英國機械發明家莫茲利創制了用絲杠傳動刀架的普通車床
⑦ 數控機床是哪個國家發明的
數控機床是由美國發明家約翰·帕森斯上個世紀發明的。隨著電子信息技術的發展,世界機床業已進入了以數字化製造技術為核心的機電一體化時代,其中數控機床就是代表產品之一。數控機床是製造業的加工母機和國民經濟的重要基礎。它為國民經濟各個部門提供裝備和手段,具有無限放大的經濟與社會效應。目前,歐、美、日等工業化國家已先後完成了數控機床產業化進程,而中國從20世紀80年代開始起步,仍處於發展階段。
美國政府重視機床工業,美國國防部等部門因其軍事方面的需求而不斷提出機床的發展方向、科研任務,並且提供充足的經費,且網羅世界人才,特別講究「效率」和「創新」,注重基礎科研。因而在機床技術上不斷創新,如1952年研製出世界第一台數控機床、1958年創制出加工中心、70年代初研製成FMS、1987年首創開放式數控系統等。由於美國首先結合汽車、軸承生產需求,充分發展了大量大批生產自動化所需的自動線,而且電子、計算機技術在世界上領先,因此其數控機床的主機設計、製造及數控系統基礎扎實,且一貫重視科研和創新,故其高性能數控機床技術在世界也一直領先。當今美國生產宇航等使用的高性能數控機床,其存在的教訓是,偏重於基礎科研,忽視應用技術,且在上世紀80代政府一度放鬆了引導,致使數控機床產量增加緩慢,於1982年被後進的日本超過,並大量進口。從90年代起,糾正過去偏向,數控機床技術上轉向實用,產量又逐漸上升。
⑧ 數控機床是誰發明的。
20世紀40年代末,美國開始研究數控機床,1952年,美國麻省理工學院(mit)伺服機構實驗室成功
數控技術是指用數字、文字和符號組成的數字指令來實現一台或多台機械設備動作控制的技術。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關的開關量。數控的產生依賴於數據載體和二進制形式數據運算的出現。1908年,穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世;19世紀末,以紙為數據載體並具有輔助功能的控制系統被發明;1938年,香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸,奠定了現代計算機,包括計算機數字控制系統的基礎。數控技術是與機床控制密切結合發展起來的。1952年,第一台數控機床問世,成為世界機械工業史上一件劃時代的事件,推動了自動化的發展。
⑨ 機床是怎麼造出來的
早在古埃及時代,人們已經發明了將木材繞著它的中心軸旋轉時用刀具進行車削的技術。起初,人們是用2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,拉動繩子轉動木材,用刀具車削。
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旋轉從而進行車削,這便是「弓車床」。
到了中世紀,有人設計出了用腳踏板旋轉曲軸並帶動飛輪,再傳動到主軸使其旋轉的「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杠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。
時間到了18世紀,又有人設計了一種用腳踏板和連桿旋轉曲軸,可以把轉動動能貯存在飛輪上的車床上,並從直接旋轉工件發展到了旋轉床頭箱,床頭箱是一個用於夾持工件的卡盤。
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,布拉默原先一直是干農活的,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2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,在主軸旋轉時帶動絲杠使刀具架橫向移動。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里製造了一台更加完善的車床,上面的齒輪可以互相更換。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。
19世紀,由於高速工具鋼的發明和電動機的應用,車床不斷完善,終於達到了高速度和高精度的現代水平。