一、一切都是從零開始,從無到有
這個問題,和人類從零開始制造工具是一個道理的,最開始用石頭,然后石頭加工精制一點的石頭,然后加工青銅,最后鐵器,都是從粗糙到精密,一點點比配,找到標準,精細化標準,這是一個漫長的過程。
簡單的說,是手工實現(xiàn)的高精度。之后才以此為基礎,逐漸出現(xiàn)了現(xiàn)代機床。
機器的歷史,其實是非常久遠了,人類一直都在嘗試通過使用機器來解放勞動力。不過,真正高精度的機床,是工業(yè)革命時期才出現(xiàn)的。
工業(yè)革命初期,常見的機床還都是木頭做的——里邊的零件,包括齒輪、連桿、軸等都是木頭做的。但是隨著工業(yè)化進程的擴大,人們需要金屬制作的機床來完成更精密的加工。逐漸的,通過鍛造和鑄造的金屬零件,取代了木制零件。但是,精度仍然是一個問題。很多工程師都在嘗試提高精度,包括著名的蒸汽機工程師的James Watt,為了提高氣缸內壁的精度,自己研制鉆孔機。
不過,精度真正革命性的提高,要歸功于Henry Maudslay和Henry Maudslay這兩位英國人。他們兩個人的工作,極大的改進了平面標尺的精度,過程是這樣的:
準 備3個金屬平板,我們標號為1,2,3號平板。首先,把1,2號平板貼在一起,通過摩擦以及一些標記的方法,找到平板上的凸起,然后用手工的方式把這些凸起磨平,直到肉眼沒法分辨。這樣,1,2兩塊平板可以看做是兩塊完美的平面,相互摩擦而沒有凸起阻礙。以1號平板為對照,去除3號平板的凸起。這樣,2號和3號平板的表面可以看做完全一樣的平面。然后,再將2號和3號平板相對照,重復摩擦過程,找到凸起并磨平。然后再與1號平板對照。如此一直重復下去這個過程,他們得到了精度達到百萬分之一英寸的平面。
之后,以這種標尺為基準,就可以造出第一批所謂“高精度”的機床了,機械的精度歸結到底有四個方面的精度,幾何精度,長度,圓分度和圓度為基礎,這些都是積累出來的。
二、關鍵時刻還是靠手工
機加工也可以用分組裝配,利用高精度的測量工具在大量的工件中測量選擇,從而得到超過母機精度的配合,事實上還是屬于手機制作。
除了工藝方面,還有材料品質、刀具質量、加工環(huán)境、測量方法、測量工具等諸多制約因素。提高精度,是一個復雜的系統(tǒng)工程,決不是有高精度的母機床就能實現(xiàn)的。
簡單的例子,在車流量大的公路邊,振動會影響加工精度。
機械設備的加工精度只會損失而不會增加,1/100毫米精度的機械只能加工出誤差在1/100毫米以上的工件,所以,即使在不考慮組裝誤差的前提下,使用中等加工精度的機械加工的零件組裝起來的機械,也只能達到較低的精度,要生產組裝成中等精度機械的零件,只能使用高精度的加工機械才能制造出來。根據(jù)這個道理,要制造高精度加工機械,只能采用超高精度的加工機械。
這就出來了一個問題:所謂“超高精度的加工機械”又是如何加工制造出來的。
答案可能讓人感到意外,“超高精度的加工機械”是用人手造出來的。
所有高精度機床都是由低精度機床加工出來,再經過手工處理制成的。
一提起“精度”,很讓人聯(lián)想到“電腦”、“數(shù)碼式”什么的技術名詞,實際上,精度和那些時髦名詞無關,在那些時髦名詞出現(xiàn)以前,人類就已經可以達到很高的精度了。
對加工用機械的精度影響最大的是導軌部分。機械的運動部分是被導軌限制的,導軌的精度就直接決定了機械運動的精度。
超精密機械導軌的滑動面被稱為“絕對平面”,要求精度在1/10000毫米以上,沒有任何機械能夠加工這種絕對平面,只能用手工的方式加工。
見過高精度機床導軌滑動面的人,都知道那個所謂“絕對平面”不是一個光滑的鏡面,而是遍布了有規(guī)律的花紋的平面, 那些花紋就是做出這個平面的手藝人的鏟刀留下的痕跡。
絕對平面的制造過程是這樣的:有經驗的手藝人用鏟刀一刀一刀地把粗加工得到的平面鏟平,在鏟出需要的平面的同時還在做一個對照平面,
然后在對照平面上涂上顏色,把加工平面在對照平面上滑動,這時加工平面上沾上顏色的部分和對照平面上掉顏色的部分就分別是兩個平面上高出來的部分,
需要再鏟掉,這樣的過程反復進行,一直到兩個平面靠上去的顏色完全達到均一為止,這時候平面上留下來的刀痕正好作為潤滑油槽,一舉兩得。
但這樣做出來的還不是絕對平面,因為如果兩個面之間形成了同樣的弧度也會產生同樣效果,這只是說兩個面完全一樣,并不能保證是平面,
所以還需要另外一個參照平面。一般來說,加工絕對平面時,需要同時加工三個平面,在這三個平面中的任意兩個都一致的時候,才算做出來了絕對平面。
現(xiàn)在采用這種工藝加工機械所需要的絕對平面的公司主要是在德國、瑞士和日本,這就是這幾個國家能夠生產高精度機械設備的原因。
這應該是一個雙向的過程,人類本身就是一臺精密儀器。這臺儀器首先制造低級工具,然后用低級工具制造復雜度低但是精度更高的零件,然后通過人這個高精密儀器,經過挑選和組裝,形成更高精度工具。
機床導軌加工是先龍門刨床加工形狀再磨床精加工再人工刮削挑花,用三角平尺和紅丹粉來著顯點,生鐵三角平尺的精度用放在空調房間里的花崗巖基準平臺找平,這個花崗巖平臺是全機床廠的計量標準,現(xiàn)在機床廠用什么高科技測量就不清楚了
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