① 精密机床是怎么制造出来的
高精度机床的制造涉及的东西很多,根据我现在所学,我觉得虽然零件的加工制造固然重要,但是一颗淡定的心其实更是不可或缺。
比如精密机床的床身加工好了后,是不能急着用的,要在室外拿油布包好放几年,释放应力。这是为了防止机床装配调平好后,底座再发生形变。现在一般超精密磨床和机床的底座都采用大理石,因为大理石消除振动的性能比较好,热变形也比钢结构小。
又比如精密机床一般都装配在一个恒温罩或者是恒温厂房内,如果是超精密机床,这个恒温房一般还要精确控制室内温度,不仅要做到冬暖夏凉,也要考虑到快速排出机床运行加工时的产热,尽可能把热形变控制在最小。
零件加工方面,说最好的机床都是手工做的实在不靠谱,的确如剑寒秋水所说,牛逼的师傅能做出0级精度平板平面,也就是说把课桌大小的一块平面的平面度公差控制在7微米,大概头发丝的百分之一粗细那么个波动,但是再精密些的平面,大师傅就比不过大工程师和巨额的资金了。
前段时间查资料[1],看到清华大学设计装配了一个光学镜面超精密加工机床,最大能加工直径为880毫米的光学镜面。他们在硬铝上加工出了表面粗糙度5纳米,直径400毫米球面,用无氧铜加工出了直径100毫米,表面粗糙度8纳米的非球形面。注意,这里表面粗糙度的单位是只有微米千分之一的纳米了,8纳米只相当于20个水分子一字排开那么长,大师傅是肯定辨认不出来的,因为他的一滴泪中就有10的22次方个水分子。
那么这样的精度是怎么达到的,最高的精度从理论上来说取决于什么呢?
我在文章开头提到要做好机床就要淡定,在此基础之上,精度主要取决于对机床误差的控制,根本上又取决于检测手段的分辨率和机床的分辨力(以下都是教学状态下的典型栗子,不代表该机床的实际运行情况):
根据机床误差控制手段的不同,对机床精度的检测手段也不一样,比如要在加工工件时检测机床的误差,就要用在线检测手段,边加工边检测。上文我提到的机床就很典型,它采用装在导轨上的纳米光栅测量加工台面到底跑了多少(这个纳米光栅的分辨率我忘了,总之就是几个纳米的范围内。不要纠结于细节,来看栗子吧)。如果伺服轴根据命令要运行5000纳米,光栅检测到由于热误差,这个加工台面其实跑了5010纳米,那么控制系统就让伺服轴就移回4090纳米,再向前运行到5000纳米。这样就把误差从10纳米缩小到了光栅能检测到的最小范围内。至于为什么要回到4090而不是5000,因为有“反向间隙”的问题,有兴趣的同学自己搜一下吧。
然后就是分辨力,上面我提到的那个超精密机床采用大理石床身,4轴数控联动,以及全气浮支承和零传动结构,机床主轴回转精度0.05μm,直线伺服轴分辨力1.25 nm,回转作台角位移分辨力0.009~bala~bala。不管那么多复杂的名词,我们要简单的理解误差补偿,只用理解分辨力就够了,分辨力1.25纳米就是说机床走一步最少要迈出去1.25纳米。为什么分辨力重要呢,比如纳米光栅检测到刀具在伺服轴上实际运动到了5002纳米,要回到5000纳米的位置,就不可能了,理想状况下的最小误差也会有0.5纳米。
实际状况下,要做到效果较好的误差补偿比以上这个栗子复杂多了,因为误差可能分布在某轴的6个自由度上,再带上个导轨直线度误差、导轨间垂直度误差什么的。如果说这些硬着头皮还能用数学算出来,再考虑下加工的工件不一样,加工平台起始的动量就都不一样,加工时间也有区别,那么机床产热也自然不一样,产热的区间有变化时机床的热膨胀就跟着变化,一会儿拖板翘了个兰花指给X轴带来俯仰误差,一会Y轴又热变形扭曲了直线度变化了,冷却液撒到工件上尼玛缩下去了好几微米啊肿么办,喂我花了一个普通数控机床的钱买来的纳米光栅就只能补偿一个自由度上的误差?呃,总之要做最精密的机床,一颗淡定的心绝对是不可或缺,当包括但不仅限于以上的问题一个一个逐步解决掉的时候,就能在精度上更进一步,就能制造出大家所泛指的工业拇姬了。
② 机床发明的历史
早在三千年前,古巴比伦人已经制成古代树木机床等机械。树木车床是机床最早的雏形。工作时,脚踏绳索下端的套圈,利用树枝的弹性使工件由绳索带动旋转,手拿贝壳或石片等作为刀具,沿板条移动工具机切削工件。
欧洲中世纪的弹性杆棒车床运用的仍是这一原理。十五世纪欧洲出现的机床雏形满足于制造钟表和武器的需要,出现了钟表匠用的 螺纹 车床和齿轮加工机床,以及水力驱动的炮筒镗床。
1501年左右,意大利人 列奥纳多·达芬奇 曾绘制过车 床、镗床、螺纹加工机床和内圆磨床的构想草图,其中已有曲柄飞轮、项尖和 轴承 等新机械。
现代机床的诞生
工业革命导致了各种机床的产生和改进,革命性的推动了机床的发展。1774年,英国人威尔金森发明了较精密的炮筒镗床。次年,他用这台炮筒镗床镗出的汽缸,满足了瓦特蒸汽机的要求。为了镗制更大的汽缸,他又于1775年制造了一台水轮驱动 的汽缸镗床,促进了蒸汽机的发展。从此,机床开始用蒸汽机通过 曲轴驱动。 1797年,英国人莫兹利创制成的车床由 丝杠 传动刀架,能实现 机动进给和车削螺纹,这是机床结构的一次重大变革。莫兹利也因 此被称为“英国机床工业之父” 19世纪,由于纺织、动力、交通运输机械和军火生产的推动, 各种类型的机床相继出现。
1817年,英国人罗伯茨创制龙门刨床,1818年美国人惠特尼制成卧式铣床,1876年,美国制成万能磨床。
1951年,美国麻省理工大学诞生世界上第一台数控机床。
③ 机床是什么
机床(machine tool ):制造机器的机器,亦称工作母机。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。机床是将金属毛坯加工成机器零件的机器,它是制造机器的机器,所以又称为”工作母机”或”工具机”,习惯上简称机床。现代机械制造中加工机械零件的方法很多:除切削加工外,还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等,但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件,一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。在一般的机器制造中,机床所担负的加工工作量占机器总制造工作量的40%-60%左右。
数控机床是指可以通过计算机编程,进行自动控制的机床。
将程式指令输入数控系统之内存后,经由电脑编译计算,透过位移控制系统,将资讯传至驱动器以驱动马达之过程,来切削加工所设计之零件。电脑与数控机床之间利用并列讯号线接续,再利用数控机床的软件来控制加工。数控机床软件则用来产生G-Code(机能指令), 将路径码送至数控机床控制器,,然后数控机床控制器送出命令来驱动主轴马达及滑台(XYZ轴)马达开始加工。
④ 世界上第一部机床是如何制造出来的
早在古埃及时代,人们已经发明了将木材绕着它的中心轴旋转时用刀具进行车削的技术。
起初,人们是用2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。 这种古老的方法逐渐演化,发展成了在滑轮上绕二三圈绳子,绳子架在弯成弓形的弹性杆上,来回推拉弓使加工物体旋转从而进行车削,这便是世界上最早的机床。
⑤ 数控机床是什么时候出来的
1952年,世界上第一台数控机床诞生于美国,是由美国发明家约翰·帕森斯发明的。
数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,用代码化的数字表示,通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号,控制机床的动作,按图纸要求的形状和尺寸,自动地将零件加工出来。
基本组成
数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概要说明。
加工中心
第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置,从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的一种高度自动化的多功能数控机床。工件在加工中心上经一次装夹后,能对两个以上的表面完成多种工序的加工,并且有多种换刀或选刀功能,从而使生产效率大大提高。
⑥ 普通车床是谁发明的
1797年,英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的普通车床
⑦ 数控机床是哪个国家发明的
数控机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。随着电子信息技术的发展,世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代,其中数控机床就是代表产品之一。数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础。它为国民经济各个部门提供装备和手段,具有无限放大的经济与社会效应。目前,欧、美、日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程,而中国从20世纪80年代开始起步,仍处于发展阶段。
美国政府重视机床工业,美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务,并且提供充足的经费,且网罗世界人才,特别讲究“效率”和“创新”,注重基础科研。因而在机床技术上不断创新,如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求,充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线,而且电子、计算机技术在世界上领先,因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实,且一贯重视科研和创新,故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床,其存在的教训是,偏重于基础科研,忽视应用技术,且在上世纪80代政府一度放松了引导,致使数控机床产量增加缓慢,于1982年被后进的日本超过,并大量进口。从90年代起,纠正过去偏向,数控机床技术上转向实用,产量又逐渐上升。
⑧ 数控机床是谁发明的。
20世纪40年代末,美国开始研究数控机床,1952年,美国麻省理工学院(mit)伺服机构实验室成功
数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年,穿孔的金属薄片互换式数据载体问世;19世纪末,以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明;1938年,香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输,奠定了现代计算机,包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年,第一台数控机床问世,成为世界机械工业史上一件划时代的事件,推动了自动化的发展。
⑨ 机床是怎么造出来的
早在古埃及时代,人们已经发明了将木材绕着它的中心轴旋转时用刀具进行车削的技术。起初,人们是用2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。
这种古老的方法逐渐演化,发展成了在滑轮上绕二三圈绳子,绳子架在弯成弓形的弹性杆上,来回推拉弓使加工物体旋转从而进行车削,这便是“弓车床”。
到了中世纪,有人设计出了用脚踏板旋转曲轴并带动飞轮,再传动到主轴使其旋转的“脚踏车床”。16世纪中叶,法国有一个叫贝松的设计师设计了一种用螺丝杠使刀具滑动的车螺丝用的车床,可惜的是,这种车床并没有推广使用。
时间到了18世纪,又有人设计了一种用脚踏板和连杆旋转曲轴,可以把转动动能贮存在飞轮上的车床上,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。
在发明车床的故事中,最引人注目的是一个名叫莫兹利的英国人,因为他于1797年发明了划时代的刀架车床,这种车床带有精密的导螺杆和可互换的齿轮。
莫兹利生于1771年,18岁的时候,他是发明家布拉默的得力助手。据说,布拉默原先一直是干农活的,16岁那年因一次事故致使右踝伤残,才不得不改行从事机动性不强的木工活。他的第一项发明便是1778年的抽水马桶,莫兹利开始一直帮助布拉默设计水压机和其他机械,直到26岁才离开布拉默,因为布拉默粗暴地拒绝了莫利兹提出的把工资增加到每周30先令以上的请求。
就在莫兹利离开布拉默的那一年,他制成了第一台螺纹车床,这是一台全金属的车床,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。这是近代车床所具有的主要机构,用这种车床可以车制任意节距的精密金属螺丝。
3年以后,莫兹利在他自己的车间里制造了一台更加完善的车床,上面的齿轮可以互相更换。不久,更大型的车床也问世了,为蒸汽机和其他机械的发明立下了汗马功劳。
19世纪,由于高速工具钢的发明和电动机的应用,车床不断完善,终于达到了高速度和高精度的现代水平。