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中国目前最先进的五轴联动数控机床母机在哪里?
来源:百度   发表时间:2021/9/5 17:24:00  浏览次数:
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经常看架空文,也看到LKer和SCer在谈论工业母机,将其当作很重要的东东,发展的动力来源。可大家谈得兴高彩烈、错误百出,我这个机械 专业(机床方向)毕业的FC实在是忍无可忍,故写本文。由于改行多年,很多细节描述可能有误,欢迎内行前来打脸,看的高兴的也可赏两个小钱。由于这个东西 带有一定的专业性,本人尽量做到深入浅出,做不到希望大家也给点小钱。

一、到底什么是工业母机?

在工业化前期是木有工业母机这个概念的。因为那时大家的设备都可自己造,原因是那时的工业发展程度低,科技含量不高,工程师基本都是通才(不是现在只会纸上谈兵的家伙,那可是真正的什么都会),都可自己设计制造。外购分两种情况:

1、自己木有工程师。

2、买来比自己造省时省力,便宜。

随着工业化过程中科技的发展,学科越来越多,工程师也开始专业化,通才开始和现在纯洁的CN一样宝贝,就像熊猫一样少见。就像奥运,据说以前有人能 够在10多个不同项目拿金牌,现在能拿一个就是祖坟冒青烟了。像索那个什么的在北奥拿7枚金牌,简直就是逆天呀,还好他田径不行,否则真应该拿来解剖(本 段以上只收一半的钱)。于是,以机床厂为代表的工业母机行业出现了。没有它们,其它工业厂可能就要无法维持生产和发展了。

看到这里有人可能有点明白了,可你肯定错了,因为……我还要靠字数骗钱呢。

到底什么是工业母机呢?通俗的说,就是能够用机器制造机器,就是用来制造机器的机器。但是很遗憾的说,这个说法其实是错误的。

经常看到有人说,我们从米、独处买来先进机床了,因此我们的工业母机水平提高了。架空文中说向列强购买工业母机,然后和列强争霸。看到这些,这一刻,我泪流满面。

母机,顾名思义,就是会下蛋的母机。但是,工业母机下的蛋不是用来吃的,是用来孵出小鸡,孵出的鸡下的蛋才是用来吃的。这是第一层概念,很多人就是 这么认识的。孵出的母机也能代替原有母机作为工业母机。这是第二层概念,水平高些的人是这么认识的。还有人认为,有了0.1mm精度的床子,再利用 0.1mm精度的床子做出0.01mm精度的床子,这叫工业母机能力。这是第三层概念。但是,实际上工业母机是不存在的,过去没有,现在没有,将来也不会 有。它只是一个形象的概念。

事实上,工业母机这个词仅是用来形容机床行业相对于其它工业行业的重要性的,它本身没有其它含义。

那么大家平时说的工业母机的意思呢?包含了工业的自升级能力、机床的水平、对机床行业的不了解(千万不要以为摆渡到机床行业相关的信息就明白机床行业了,如果这样谁都可以去当奥运冠军的师傅了)等等内容。

大家要真正明白这个概念,就得明白到底工业是如何升级的,如何精度越来越高的,各方性能越来越好。现在是广告时间,广告后我们再谈。

二、车床介绍

工业的升级,其实是取决于你的科技能力,设备其实就是帮手,只不过这个帮手越来越重要,但决定性的因数却不是这个帮手。

由于工业的升级是个非常非常复杂的话题,我们就谈谈机床就可以了,大家就能明白一切到底有多么复杂,是怎么回事。到底怎么详细说呢,真伤脑筋呀。我 们还是从机床的介绍开始说吧,但机床的种类实在是太多了,就说最具代表性的普通车床吧(其实是我这个FC当年主攻学的就是车床,对它最熟悉而已)。

简单说机床的组成分为:床身(含导轨)、动力系统、齿轮箱、主轴、刀具系统、控制系统、尾顶(正规名字记不清了)等。

动力系统一般是电机,以前还是皮带(你看到的没错,直道20世纪初还是皮带,厂子有专门的动力车间,将动力传到加工车间的横梁上,横梁上挂满了皮 带,每个皮带下面带动一个机床)。电机带动齿轮箱运动,齿轮箱一路带动主轴转,一路输出到刀具系统作进刀用。主轴的一端通过齿轮和齿轮箱连,一端有个爪 盘,用来抓住加工件,从而实现让加工件旋转的目标。主轴是通过装在其上的轴承来支撑在床身上的。尾顶在导轨上,如果加工件比较长,就顶住加工件。

刀具系统也在导轨上,它可以沿导轨横向移动,刀具还可以纵向移动。

开机后主轴带动加工件高速旋转,通过横向和纵向移动刀具(即进刀),就可将加工件加工成所要的诸如圆柱、锥形、凸肩圆柱等等所需形状了。这个过程, 大学中参加过金工实习的都明白(回想当年,车、钳、铣、刨、磨,真的很要人命呀,当年在车床实习时差点发生血案呀)。什么?你的金工实习只手工做过榔头, 没有开过机床?找视频看去!(炫耀一下,本FC当年可是用车床做了一个榔头)。你的金工实习用的是雕刻机?不会换个脑筋想一下,你那是加工件不动,刀具 (铣刀、钻头等)动,刚好和车床相反吗?你金工实习的是数控中心?牛B的学校,先拜一个,显摆也不用这样嘛,BS100遍。

三、车床的精度分析及如何提高

这个章节比较枯燥,看官们就忍着点,**在后面。

现在你有车床了,可以开工了,但是慢着,你的设备加工出来的精度是多少,总不能拿一个产品来测一下就说精度是这样吧。你的机床可是大批量生产用的,必须要有一个理论指标。

什么?我的设备是买的,理论指标是厂家提供,我不管为什么有这个指标,如何提高也不是我的事。

好了,好了,你是车床的使用方,你不懂这些也没关系,只要造好你的产品就行了。可一个机床厂,一个国家,如果连这都作不到,有什么工业升级能力呢? 别忘了,其它工业需要的机床各种各样,千奇百怪,随时都有新的种类冒出来,没有机床的理论知识如何能满足要求呢?谈什么工业母机呢?被人一卡脖子就完蛋 了。

在上面所说的车床组成部分中,它们都在影响着车床的加工精度。

a、电机

电机是机床的动力来源,如果电机的运转不平稳,那么加工时刀具和加工件的相对速度就有了变化,两者之间的作用力一直在变,两者的变形也就在变了,加 工精度自然也下降了。但普通机床在这方面要求不严,电机也说的过去,相对其它方面影响就小了,但这个问题在超高精度机床时比较明显。

顺便说一下,分析运转不平稳中加工内在过程以及精度变化的书一直是大牛们的天下,我等只能是仰慕再仰慕。

b、床身

床身如果在工作中有震动,必然要对精度造成影响。良好机床的床身设计,中间扯到受力分析、震动分析等等,一直是高手的天下。如果由于应力导致变形, 精度自然就下降了,而铸造和加工床身时,必然会产生应力。所以以前机床厂都会露天摆一大堆床身在外面,任凭风吹雨打(当年本FC第一次去机床厂时一直在想 为什么不把这些废铁卖掉呢?),靠自然和时间来消除应力。现在有应力检测设备了,可以人工消除应力,但一般效果还是没有自然的好。现在有些机床厂做好机床 就是通过回收旧的机床,用旧的床身来做机床,这个旧机床床身也是一个很火爆的市场呀。

机床床身的加工精度也会极大影响机床的精度(不仅仅指铸造,机床本身也是需要机械加工的)。而机床床身呢,也是要用大型机床加工的。

c、齿轮箱

一般电机不能直接带动主轴运转,齿轮箱在其中起变速的作用。齿轮箱和主轴间是通过齿轮啮合的。这方面一直是机床设计的重点之一,精度也在这方面受较大影响。

齿轮传动会有不平稳现象,并且有相当的侧向力施加在主轴上。齿轮传动的不平稳,可以靠齿轮加工和安装来降低,而这说起来很容易,其实是很难的。齿轮 设计时是分级别的,好的齿轮相当贵,噪音小,运转平稳。至于传递给主轴的侧向力,会导致主轴侧向变形—学过材料力学的童子们还有没有印像?杆的受力分析与 计算(当然这是简化的模型)—从而主轴的转动会出现偏心,加工出来的东西截面不再是圆,而类似椭圆,幸好这块的分析比较成熟了。

而齿轮的加工也是靠机床来实现的,没有高精度的机床,自然不会有高精度的齿轮。机械领域,齿轮传动是最广最重要的传动方式。国朝当年为了军事,还专门绕过巴统进口了一批设备专做齿轮。在大家熟悉的汽车领域,变速箱谁的水平高,谁的水平低,那可是没有一点虚假的。

齿轮的安装,良好的工艺、有经验的技工,都是必不可少的。而且,还有一点,机床床身的精度直接影响着齿轮箱和主轴之间的啮合。

在齿轮的研究领域,各种各样的齿轮都被人提出(当年有门课就特种齿轮,里面全是理论和计算公式,让人头晕目眩,更让人受不了的是,每部分都注明要实际验证效果),各种各样的分析书籍到了汗牛充栋的地步,一直到还在不停的研究新型齿轮。d、主轴系统

主轴系统一直是机床加工精度的最重要环节。可以这么说,这个机床的主轴系统是采用什么方案,基本上它的加工精度就决定了。

主轴系统一般包含:主轴、轴承(主轴就靠它支撑在机床上)、齿轮、爪盘等。

前面讲过,来自齿轮箱的侧向力导致主轴弯曲(当然这个弯曲是很小的),其实还有一点当时未提,在这个弯曲导致的运转偏心中轴承非常关键,而且还有刀 具和加工件之间的作用力叠加在上面,加上轴承本身的复杂性,简化模型一大堆,可精密模型就非常非常难了,大牛们靠此为生者不知多少,我等只能在旁送上仰慕 和无比敬佩的眼光。超高精密机床的革命性突破也多在此。

但在传统普通机床的设计中,这一块其实是比较简单的,当然精度嘛也就普通了。这个事实充分说明了简单的东西其实是最难的。

在这个系统中,轴承是很关键的东西,普通轴承大家都见过,但精密轴承就不一定了解了。相关人士肯定知道轴承的分级,高速高精度的轴承是很难做的,曾经有俄国的无畏舰就因炮口座圈的轴承无法制造而在一战间一直呆在船台上。巴统在 高速高精度的轴承方面一直对国朝是禁运的,国内有企业就是因为封锁而一直一副天属老大我属老二的态度。轴承的种类和类型是相当多的,千万不要以为就只有滚 珠与滚针轴承,这只是最常见的两种而以。就这两种中超高精度的对国朝也是禁运的,而这两种的详细力学模型和分析也是只有大牛们才能完成(千万不要和我谈简 化模型和分析)。

一句话,轴承在现代社会中相当重要。当然市面上有些奸商以次充好,这是让人无比愤怒的事。

e、刀具系统

刀具在机床中也很重要,记不记得很多大牛就是分析刀具和加工件的物理变化过程而吃饭。这个东西要做好,要扯到材料分子学、力学、细微切削过程等等一般人如听天书的东西。

如,刀具受力后变形,刀尖是否还在对着加工件的旋转中心呢?刀具的颤动对加工精度的影响,刀具的磨损情况研究及对加工精度的影响,不同材料的刀具会如何,这些东西都是大牛们的饭碗呀。

刀具系统的运动是靠丝杆来实现。如果丝杆精度不高,运动就不平稳,精度就差,尤其在横向和纵向同时进刀时,特别忌讳这个。高精度的丝杆很难做,要求有多高呢,举个列子,加工好后要笔直的吊起来放,以防止变形,自然安装的要求也相当高。

f、导轨

在前面讲了导轨一般是床身的一部分,可写到这部分我觉得还是分开单独写比较好。

刀具系统在导轨上移动,才能加工出想要的东西,否则就只能加工出一个圆,而不是一个3维的东西。

但是如果导轨不平,加工出来的东西精度就可想而之,因此导轨是机床很重要的一个环节。它是如何做的呢?有童子说了,它是用磨床磨出来的。错,它的粗 加工是磨床,精加工其实是靠人工加工出来的。工人们拿一个类似小铲子的东西,当用测平仪发现哪不平后,就用小铲子在那铲一下,一个导轨要铲好几天,最后出 来的导轨上密密麻麻到处都是花纹,其实这是铲过的痕迹。本FC当年去机床厂实习时,绝大部分车间都因机床行业不景气而停工,只有加工导轨的工人们在上班, 不过是在为老外铲导轨。

随着磨床的性能提高,现在有些普通机床不再用人工铲了,而是直接磨出来。但精密机床仍然是靠人工铲出来的。因此,有经验的技工的作用在这可是一目了然。

g、尾顶

由于不是每种类型的机床上都有它的,在这就不多说了。但是,在车床中,因为它的顶针中心必须和车床主轴的旋转中心对齐,它和床身是匹配关系。在以前,尾顶如果坏了,这个车床基本就等于报废了。有经验的技工的作用在这也是非常非常明显的。

四、经验和手工加工在车床中的重要应用

手工加工?工业革命的标志不就是用机器制造机器吗?很多童鞋会有这样的疑问。没错,工业革命相对于农业时代的手工作坊而言的确是机器加工机器。但手 工加工从来没有退出过机械行业。在前面的章节中提到,好机床的导轨是人工铲出来的。还有一个列子,可能对大家的理解会更深刻,国朝曾从独国引进过一套柴油 机生产线,投入生产后发现,我们的产品比独国原厂生产的噪音大,震动大,大到什么程度呢?我们的展示工作时要将它固定起来,否则就会移动,而独国的则无需 固定。不仅如此,我们的还漏油!当时有人怀疑独国人将我们坑了,毕竟无商不奸,大鼻子鬼子也不列外,这可有很多前车之鉴的。可是最终发现,独国人在这事上 很厚道,卖给我们的生产线和原厂的一模一样。问题就出在最后的工人手工对精密零件的处理和装配上,在独国原厂的生产线上,干这活的都是四五十岁的有经验的 老师傅,而在我们的生产线上,全是一帮小年轻。2000年我在军工厂时,出口海湾某富国的雷达系统配的电源车上,用的就是这个产品,快10年时间了,问题 仍然没有解决。

在机械加工中,手工一直是很重要的一个环节。最早时,机床的生产过程中绝大部分都是手工,越往后,手工越来越少,但手工只不过从普通加工中退出,仍然在很多灵活和高精密的环节存在。

1、灵活方面。到现在人由于智慧的存在,人手仍然是最灵活的,没有任何工具可以比的上。

在车床应用中,有一个环节深刻的显示了这一点。我们知道,工件是要卡在抓盘中才可以加工,而由于经济等方面的考虑,这个零件先是在普通车床上粗加 工,然后到精密车床上精加工。现在问题来了,这个零件是在夹具上装卸了两次,第二次装上去后和第一次的安装中心能重合吗?如果不重合,两次加工之间的待加 工量就必须留大。还有更麻烦的,如果被夹住的部分也是要加工的话,如何保证两次加工的同心呢?那么在以前这些完全靠工人的手工来保证,工人师傅将工件安装 在爪盘上后,先让车床低速转动,看是否同心,不同的话就停机用木榔头从侧面敲打工件,然后再开机低速转动,再检查。最后一直到人眼分辨不出不同心为止。当 年学的时候,老师们反复强调尽量要减少加工中在夹具上的安装次数。当然,现在的加工中心已经相当程度解决了多次在夹具上安装带来的问题,有的已经做到只需 一次安装就可加工完工件了。

在安装机床的丝杆时,一般人安装的就是不合格,在走刀时动不动就有“涩”的现象,可在有经验的师傅手中,走刀从头到尾就轻松自如,这就是差别呀。

轴承和轴之间的真正接触面积有多大?我们一般说两个平面接触,其实并不是整个平面都相接触了,其实只有一部分接触了,对于轴承和轴,也是这样。因此 受力就不再是均匀的,这个问题严重影响着双方的受力、磨损、寿命等情况。所以在大载荷、高速的地方,轴承和轴用过盈配合来保证接触面积。那么怎么测这个接 触面积呢?说起来很简单:在轴承的内圈涂上类似红药水的东西,再将轴承装在轴上,然后将轴承从轴上卸下,看轴上被染红的部分就知道了。当然,这个过程说起 来很简单,可必须要有经验的老师傅来操作。

当然,有人会说,车床的每个零部件加工的都精密无比,老师傅们就失业了。

可在实际上却是不行的。比如,主轴要装两个轴承,安装到车床的车头中去。如果轴和轴承加工的越精密,配合越小,那么在轴上安装轴承就越困难,甚至会 因为装偏而降低车床的加工精度。将主轴系统装到车床的车头中去时,也是同样。这个问题的原因在于这种结构形式理论上就决定了会有这些困难,而且越精密困难 越大。

2、高精密方面。

前面讲了,好的导轨是人工铲出来的,这里就不多说了。

我第一次见到0级精度的金属圆柱和平面(千万不要和镜面混在一起,在机械中那是指表面光洁度,和圆度、圆心度、平面度等是两回事,我们一般说的加工 精度是指后面的东西)是在学校本系的陈列室中,当时无比惊讶。童子们,0级加工精度呀,对于我们学机床的而言简直就是看见了梦中女神呀。当看到上面标的时 间是60年代时,我的第一个感觉是谁说社会主义不好的,我们60年代就有机床能加工0级精度的东西了,大米算什么呀。可是,这些东西是老师傅人工加工出来 的!!!

这里简单说一下0级的平面是如何出来的,就是拿两块金属对着研磨出来的。看起来很简单,可磨得稍稍有点不好,就是一边凸,一边凹。当然实际情况要复 杂的多,参与对磨的也不止一对,凸的对凸的,凹的对凹的,最后经过多次对磨后得到一对0级平面。 要知道,在90年代初,8级钳工在外面干活,1个小时就没有低于30两银子的,当时毕业的大学生能拿到600元/月就非常高了。

有人会问了,就算老师傅们的手极其巧,可这么高的精度,老师傅们在加工中如何知道哪边到位哪边不到位呢?这个问题我无法作详细的回答,因为针对不同 的手工加工情况,在加工过程中老师傅们会设计用不同的方法来进行检测,比较常用的手段是手摸、眼看、光学影子放大等,其中老师傅们的感觉极其重要,比如, 同样的一个加工面,我怎么看都没问题,他们一看就知道什么地方有偏差了,水平高的还能给出误差的数值。就像抽烟喝酒一样,高手就能精确的分别,哪个烟好, 哪包烟是假货,我的感觉就极其粗糙,顺便声讨无良的奸商。

灰熊猫在他的《偷光》中写道,私通黄让工匠做螺杆,花费了5千两银子和两年多的时间。我看到这,第一个感觉是私通黄绝对是个FC,让手下的工匠给大 坑特坑了。对于古代的工匠来说,做好螺杆也不是什么不得了的事,要知道,古代工匠的手是非常巧的,手工加工比这复杂的多的东西都没任何问题,你只要告诉他 们要做的东西是什么样的就可以了。古人很多时候加工的东西精度不高,根本原因是社会不需要这么高的精度,而不是他们不能做到。因此,只要穿越者本身有一点 理**底,在古代搞出比英国工业化早期机床先进的多的设备完全是很简单的事。当然还有一个可能,私通黄找的两个工匠根本没有出师,奇蠢无比,私通黄为他们 支付了昂贵的不能再昂贵的学费。当然,感兴趣的童子们可以向钳工师傅请教一下如何做这个东西。

顺便再提并强调一下,手工不仅仅指钳工,车、铣、刨、磨等各个工种,都有8级工,大家的机床都一样,可高手加工的精度和效率就比一般人高很多很多, 在上面提的车床二次装夹加工件时,8级工装出来的误差可以比车床的加工误差还小,8级工们经常加工出比机床加工精度还高的多的零件。就算是现在数控的年 代,好的技工也是不可替代的,千万不要认为反正是先进的数控设备,操作员只要会编程就行了,当然,8级技工们也要与时俱进,学会编程等新的知识。

有人会说,手工活完全靠天赋,经验无法传递,所以不能指望好的技工。此言大错特错,手艺是可以传承的,而且还能推陈出新,技工们本身就要掌握相当的 理论知识,看过以前考技工等级的人就会知道这一点。好的手艺要有天赋,可不是完全靠天赋,后天的因数占的比列相当大。技工们的手艺好好规纳总结,是可以大 规模的培养技工,从总体上极大提高技工水平的。以前的大型国企,都有技工学校,出来的人水平相当不错。

现在么,我就没有看到有哪个好技工愿意主动好好带徒弟。当然越高级的技工,成材的比列越低,代价也很高,所需要的时间也多,加上人受外界影响大,因此对于制造业来说,机器降低对操作员的要求有着重要意义。

五、更好的理论及方法在车床加工精度进步中的决定性

太祖有一句名言“没有文化的军队,是愚昧的军队”,那么理论和方法在车床性能进步中起到了什么作用呢?很多人会说,机床的零部件精度越高,机床的加 工精度越高。好吧,不得不承认,这话是有道理的。可是,这话也是仅有点道理而已。如果我当年这么回答老师,肯定要不及格了,用当年同学的话来说就是“被老 师用竹竿捅下来”。对于我们学机床的而言,这种回答是一个想当然的回答。

我们在前面已经大致说了车床各个部分和它们对机床的加工精度的影响,但是请注意,各个部分对加工精度的贡献是不一样的,因此要提高加工精度,必须能 够正确的分析出各部分对加工精度的影响。然后对应的去提高精度或改变结构或原理,这样才能达到效果。比如,导轨的精度一般情况下就不要打什么主意了,即使 能提高精度,对大部分车床加工精度的提高也是忽略不计的。

那么,如何去进行相关的计算呢?从一开始的完全靠摸索,到各种各样的简化模型,再到现在的精密模型,机床的设计一直在围绕着这些理论和模型转。这些 理论和模型中间用上理论力学、材料力学、弹性力学、塑性力学、流体力学等等当时最前沿的知识,历史上有无数让后人仰慕的牛人为它奋斗了终身。但在以前,计 算方法都是简化计算或经验公式,因此对机床的精度的全面细致分析一直没有,人们虽然能造出高精密的机床,但靠的是理论的大致指导和各个方面的不停摸索出的 经验,因此对于整个工业来说,高精密的机床的生产还是手工作坊式,谁也不能完全保证这是个可复制的生产过程。直到70年代,有限元法的横空出世,模型才能 精确分析,开始比较有说服力了。正如**到处是JQ,可光补风捉影的猜测是不行的,那只会让人民群众真正关心的JQ溜掉,因此要有证据,要从心里学、社会 学出发,构建出双方详细的心里变化和活动,才能真正的发现JQ。顺便提一下,有哪位好人能给我几张猪头卡,我要用它们来对在**军版公然发展JQ的童鞋表 示广大群众的热切关心。

当然了,提出理论模型无论对错都是要付代价的,大家都是吃这碗饭的,谁会自认自己不行呢?因此吵吵嚷嚷是常态,动用学霸作风打击对方也是很常见的, 各国都如此。我的某位工科老师留学前苏联,前苏联的博士(副?)答辩委员会成员是国家指定成员来自的单位,该单位将人选上报国家后基本要这人退休后才能换 人。毕业答辩时他的一位同学选了一个高难度的课题,在学术界一直是有争论的,放国内那就是应该好好表扬的事,可答辩委员会成员听完论文后,他们之间却分成 几派吵了起来,那个倒霉的同学在上面不知所措的站着,纯洁的像个小白兔一样,最后只能第二年再答辩了。当然了,一旦模型和理论被证明正确,那就抖起来了, 那就是新一代的学霸。

顺便说一下,对于我等学机械的来说,有限元法就是圣殿呀,干机械设计的不会有限元分析,出门都不好意思和人打招呼。当然了,由于机械发展的实在是太 久了,中间出了很多的经验公式和实验数据,一般的设计,不用有限元法照样可以完成。记得本FC在课程设计时,计算校核就是经验公式、查表、查各种性能曲 线。到军工厂后惊讶的发现,搞机械设计的竟然没人懂有限元,但同时绝望的发现,他们的设计也没任何问题。他们的经验丰富到什么程度呢?设计室的主任能够简 单用笔算一下就能知道你这个设计(雷达)的重心在哪,而且误差还很小(为什么要说重心,因为雷达是旋转的,要配平,这很重要)。当然了,不管再牛B的经 验,理论和方法上一旦能精确分析,终究会变成新时代的屠龙刀法。

a、对于机床的动力来源,我在前面的介绍中已指出,直道20世纪初,很多机床仍然不是用电机来获得动力的,而是动力车间通过锅炉产生动力,传递到车 间的大梁上,再通过皮带传递到机床上。那么,机床的转速和速度的不均匀性就可想而知了,更何况,一个车间的机床的皮带都是连在一根大梁上。在历史上,人们 为降低来自动力对加工精度的影响可是动足了脑筋,在理论的支持下各种方法都用过,如工作过程中机床都开着,而不是一会有一台启动,一会有一台关机,这样可 以保持动力的总输出是稳定的,从而提高加工精度。

动力换成电机后,自然机床的加工精度就立马提高了。现在么,有的机床开始不用普通电机而用各种先进的伺服电机了。

b、车床床身的震动和弹性变形对加工精度的影响,解决的方法就不是加工精度更高,而是修改设计。如中间增加横梁(比如,平行四边形受力很容易变形, 而变成田字形就好了)、修改尺寸形状等(不同的尺寸和外形,对震动的响应是不一样的)。一般设计师们不会采用换材料的方法,因为床身很重的,换材料成本太 高了。在这中间,对床身的精度要求没变,但车床的加工精度已经变好了。

有限元在这方面是个利器,但机床的模型正确与否直接决定了最终效果。

c、说实话,齿轮箱的变化到不大(其中的轴承放在下面谈),但是,这也仅仅是看起来。它是一个对理论设计和精密度要求都很高的东东。比如说,斜齿轮 和人字齿轮就比直齿轮运动平稳、噪音小,凸面直齿也比普通直齿效果好。但是,应用最广的直齿轮最主要的变化是提高了加工精度,其它的更多的是靠摸索,有理 论指导下的摸索,也有瞎猫碰死耗子的摸索。这简直就快成特列了。

但是,在这漫长的过程中,齿轮箱的设计可是理论翻新很多,要达到效果就千万不要把希望完全寄托在齿轮的加工精度上,别忘了这中间还有很多受力变形的问题,这些问题的解决比完全指望齿轮的精度要有意义。当然了,经验在其中也起着重要作用。

d、在车床中,主轴系统是个极其关键的部分,当然,车床头上装轴承的孔精度越高越好,但轴承的精度却是其中的关键,对于轴承的精度,滚珠是其中的关 键,但这不是指滚珠的精度!在主轴受力后,力传递到轴承的内圈套上,简单的说有轴向力和径向力,这些力有传递到滚珠上,而滚珠之间是有间隙的,在这种情况 下,有的滚珠之间很挤,有的很松,轴承的内圈在此情况下变形,轴的旋转自然也就不是同心的了,而是一个锥形。因此,不同受力指标的轴承,滚珠的大小、数 量、滚珠和滚道在轴向的间隙等都要靠理论分析来决定,这个因素比滚珠的精度要重要的多,可以说是对轴承精度影响最大的因素。当然,轴承的内、外圈的精度、 滚珠及滚道的硬度等等也是因素。

我曾见到过回转精度极高的密珠轴承,简单说它就是靠里面密集的小滚珠实现了高精度。可它正因为滚珠小且密集,只能低速、受力小,因此常用在高精密仪 表的转台等上,基本无法在机床上应用。当然了,轴承的种类实在太多,滚针、气压、油膜、液压等等,可能在机床领域使用的就很少了。

轴承在一代代先进理论的指导下,精度越来越高,自然,机床的精度也水涨船高了。合理的设计主轴,也能相当的提高机床的精度。

e、刀具是机床中直接实现切削的部分。前面已经提过,它扯到的理论太多太复杂,每一次进步都是不容易的。我曾经因为工作需要,买过多本详细研究切削 加工过程的书,作者都是世界著名大学的教授主任之类的,里面的分析从宏观到微观,理论一套又一套,假设一个又接一个,加工断面的显微图一张又一张,其中的 理论都有事实和显微图为依据,可仍然不能像理论力学那样自圆其说,矛盾也很多,最后的结论仍然是经验型的,当然也是先进的。物理对物体的微观研究早就到原 子内部,但加工过程的机理仍然还在探索之中。

但对于刀具而言,它在加工的重要性是个很有意思的话题,一方面,它也没什么极其重要的,另一方面它一旦有了突破却又能震惊业内人士,让大家感觉到不 可思议。比如说,车床,刀具可以工人自己做,就是焊点高速钢到到刀柄上,用的差不多了就重新焊点上去。当然,也有卖完整刀具的,两者使用起来,后者对刀很 容易,一次加工的深度可以很深,由于外形合理,使用受命要长,而且加工磨损小,对保持一刀加工中的精度很有好处,但一但用的差不多了,就只能报废买新的 了。可我用前者多加工几次,注意对刀,一样能达到后者的加工精度,而且使用成本还低的多。后者在技术上代表了技术的突破,是发展方向,可前者也不是就不行 了。因此,我国的刀具行业的落后,有它的原因,但决不是说刀具差了就干不了活。

我希望大家能正确认识这方面的问题。

f、工艺

现在又说到工艺了,工艺的重要性大家都很清楚了。经常有人说“我们能设计出来,可工艺不行,因此造不出来”,很遗憾,绝大部分情况下,尤其是机械方 面,这个说法就是错误的。工艺本身就是设计的一部分。工艺本身就是一个很复杂的理论和无数方法的集合。说句实话,工艺对各种理论的要求相当高,由于它牵扯 的方面太多,故而难度很大。一个好的设计师,本身的知识就要包括要具备好的工艺知识,能够利用各方面的理论知识去找到工艺方法。不要以为方法就是没什么技 术知识含量的,其实它的技术知识含量相当高。

如要加工一个超长轴或超大件,现有的车床不能完成,可牛X的工艺师会设计出巧妙的装夹具,用它去完成加工,这其中要用各种理论证明装夹具能保证加工件要求的精度。在机床的生产过程中有大量的装夹具,这些装夹具保证了机床的精度。

不论机床的哪部分,一旦有了更好的理论分析,往往就意味着机床又开始进步了。

顺便赛点私货,我看了一些机械相关的专业书籍,对作者进行比较,发现一个有趣的现象。在国外,尤其是小白们一谈起就KC发白的发达国家,往往这些作 者的工作经历是某著名大学毕业,在业内闻名遐迩的企业干到总工、研究所负责人、首席专家什么的,到40-50岁回到大学,出任教授、系主任之类的。他们写 的书,理论和实际结合的相当好,提出的理论和方法不仅是看起来先进,而且很有说服力,很震撼人,对实际工作很有指导。相比之下,在国内,现在更常见的现象 是博士毕业后就留校,一路干到教授、系主任,或一直在某研究所干,一直干到高级研究员、负责人。他们写的书,比之前者就差的远了。再加上,工作以来经常看 到很多大学(包括国内公认的牛X大学)的教授们,一个个30出头,在外面接项目干,满口的理论让人无法反驳,可事实却经常在打他们的脸。我常想,如果我是 教育部长,就下令,没有在工厂干满10年的,不能出任大学教授,没有干到相当于总工的,不能出任系主任。此处强烈欢迎打脸。

六、伟大的工业化大生产(标准化、自动化及流水线,爆武器海的必备)

本章原是准备在“牛B的数控时代”这一章节中写的,后来发现还是的专门写一章才行。谨此向读者们道歉。

人类进入伟大的工业时代,一夜之间,物质财富急剧增长,各种产品向潮水一样涌出,让人目瞪口呆。反应在军事上,伟大的单炮塔皇冠—-T34海就是工 业化生产顶峰的一个代表杰作。什么?你说米格21海和f16海,让我们热血沸腾的是无比宏大的机械化时代的一战和二战,如果是穿越到电子时代的,请看下一 章。

很多小白一穿越,就大喊特喊标准化,以为标准化就可以极大提高产品生产率。究其原因,是因为今天的很多宣传上宣传标准化是极其重要的。他们孰不知这背后的深刻含义,简单的将标准化理解为工业化大生产的唯一条件。

标准化,其本身的目标是:

1、装配变简单,降低了对熟练工人的要求,从而提高了装配这个环节的生产效率。

2、实现零部件的完全替换,产品的维护变简单,得到用户的欢迎。

3、随着生产的社会分工,标准化对此有着积极的意义。对于机床供应商和工艺人员来说,只需研究在这种情况下如何制造更好的设备和加工工艺,从而提高设备的性能以及加工能力。

标准化的实现,必须要随着加工设备的精度提高,测量设备具有快速测量能力等条件才可以在大规模的工业生产中发挥优势,否则的话,代价太大,得不偿 失。关于工业化的大规模生产,决定性的因素是机床的性能,比如,一个工厂理论上最大的生产能力由加工设备来决定,和是否标准化无关。现代的各种加工过程的 优化生产方式,如很多人嗨的不得了的流水线方式,只是充分利用加工设备,减少其它的人为影响生产效率的因素而已。

在这里,加工设备主要是各种专业机床和后来的各种自动化机床及流水线,具体原因在下面说。

测量设备主要是量规。因为用通用量具,测量对工人要求高,花的时间多,不适合大规模工业化生产的要求。而量规的种类是很多的,往往还要定做,不是买 几个就行的。如果这两方面都保证不了,那就降低标准化的要求吧,采用按公差分组匹配的方法解决问题,这也是历史上长期采用的方法。如步枪直到大米的M16 出现后,才真正实现零部件的完全替换。

还有,要实现标准化,必须作大量的实验,从而编制出合理的公差表,否则就会对生产造成极大的困扰。举个列子,枪械的加工中长期使用按公差分组匹配的 方法,但到底什么样的公差分组才能将枪匹配的好呢?如果公差分组不当,装配出来的枪自然有的好有的差,无法实现公差分组的目标,反而会给自己造成极大的麻 烦。

所以说,标准化是必要的,但必须要有相关的其它方面配合,否则反而会降低生产效率。因此,直到一战前,标准化才开始真正进入工业化大生产。

人类进入工业化时代以来,机床的一条明确发展路线是:效率更高、生产成本更低。而在我们前面提到的以车床为代表的通用机床,在很长时间中加工效率增长是很低的,除非无限增加工人和设备,产量是上不去的。那么,人们是如何解决这个问题的?

这一点,如果有人去过工厂,就明白了,大批量生产的工厂所用大部分机床是专用机床,不是我们常说的通用机床(这里说的专用机床是相对概念,并不是说 它只能加工某样不能做任何改变的东西)。比如,螺栓等标准件,历史上一开始是用普通车床加工出来,但加工效率低(想想工人要多次切削,每次都要仔细对 刀)、成本高(将一根圆棒夹在上面,最后切削出一个小小的螺栓,材料浪费极大,而且加工中对工人要求也高),于是米国人就研制出了专用的机床和工艺,虽然 要多个机床才能完成全部加工,可生产效率得到极大提高,对工人的要求也降低了。工业化大生产这样开始初步显现它的威力,而不是像以前一样靠人数去完成大规 模生产。在南北战争中,大米靠此初步具备了爆后膛连珠枪海的能力,而所需人员和国家的负担比这在以前的历史上的任何时代都小。工业母机,在这方面初步发挥 出了它的巨大威力。独国人看到这一点,在19世纪开始了它的追赶。

随着工业化的发展,人们对大批量的生产要求越来越高,终于,机械时代的最伟大标志出现了,这就是小白们嗨得不得了的流水线。我们先看看小白们最喜欢谈的福特T型车:

1913年,福特应用创新理念和反向思维逻辑提出在汽车组装中,汽车底盘在传送带上以一定速度从一端向另一端前行。前行中,逐步装上发动机,操空系 统,车厢,方向盘,仪表,车灯,车窗玻璃、车轮等。第一条流水线使每辆T型汽车的组装时间由原来的12小时28分钟缩短至10秒钟,生产效率提高了 4488倍!

但这里请大家注意两个问题:

1、10秒是流水线上下来两辆汽车的间隔时间,而不是一辆汽车装配所需的完整时间,一辆汽车装配所需的完整时间(从流水线的这一头进去到那一头出来 的时间)并没有降低多少,或者说流水线的分工并行方式并不能降低这个时间多少。也就是说,分工并行的生产方式本身并没有提高多少工人的劳动生产率。而分工 并行的生产方式本身历史是很悠久的,并不是福特的发明。流水线是分工并行的生产方式的一个极好应用。很多小白作者往往将分工并行的生产方式等同于流水线, 这是完全错误的。分工并行的生产方式人类有生产以来一直都是,在中国古代被称为统筹法,宋代的丁谓(原来写成沈括,在此感谢范公公的指正,如果你能出宫就 更好了)在修理皇宫时将这个方法用的非常好,上了教科书。但从在此之前从没有人将这个方法用到像福特这个地步,这是因为当时的技术水平达不到,无法实施。

2、为了降低这个完整时间,提高工人的劳动生产率,福特研究了很多方法,如:把装配汽车的零件装在敞口箱里,放在输送带上,送到技工面前,工人只需 站在输送带两边,节省了来往取零件的时间。而且装配底盘时,让工人拖着底盘通过预先排列好的一堆零件,负责装配的工人只需安装,这样装配速度自然加快了。 再后来,又将工人的动作加以标准化,研究降低每一步工序的时间,即管理人员用秒表测量工人完成这个加工工序的各种动作的时间,找出最快的动作,以后这个工 序的工人只能用这个动作去工作,厂方也按这个时间来安排工作流程。这个方式在卓别林的电影《摩登时代》中有很好的表现。什么?你没看过?那你写什么2战的 架空文,去爆什么海?BS100遍。

那么,对于劳动生产率提高的真正利器是什么呢?小白作者要能大规模生产,爆一个又一个XX武器海的神器是什么呢?

灯光准备,它就是—-以组合机床为代表的专业自动化机床(含凸轮轴控制的机械化自动机床)!!!

什么?数控机床之前就有了自动化机床?没错,不要以为没有计算机就不能自动化生产了,凡是一听到自动化就和计算机联系在一起的可以拖出去TJJTDS了。

下面摘抄一段组合机床的介绍:

组合机床是以通用部件为基础,配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具,组成的半自动或自动专用机床。一般它采用多轴、多刀、多工序、多 面或多工位同时加工的方式,生产效率比通用机床高几倍至上百倍,在大批、大量生产中得到广泛应用,并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或 特殊形状的零件。加工时,工件一般不旋转,由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动,来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以 及加工外圆和端面等。有的组合机床采用车削头夹持工件使之旋转,由刀具作进给运动,也可实现某些回转体类零件(如飞轮、汽车后桥半轴等)的外圆和端面加 工。

最早的组合机床是1911年在美国的格林里公司创制,用于加工汽车零件。1926年,美国在组合机床的基础上建成第一条自动生产线(加工汽车底盘)。

1911年,米国,加工汽车零件。你注意到没有?有人可能反应过来了。没错,这是福特汽车能大规模生产、流水线能震惊世人的基础!

上面这段关于组合机床的话是否有点糊涂,没关系,我来详细举个列子(以镗床为列,因为这种组合机床最好了解)进行说明:

如果有一个齿轮箱,里面有3根轴,那么有3对孔要加工。用通用镗床,要将齿轮箱放在镗床上,用夹具固定好。开始加工第一个孔。这里请注意,镗床上加 工件是不动的,通过伸出高速旋转的镗刀(你可以将它想象成古代的戈,只不过这个戈伸出的刀头可以横向移动,以适应要加工的不同孔径),在加工件上将原来的 毛糙的粗孔镗成要求精度的孔。加工完后,收回镗刀,测量加工的孔径误差是否达到要求,如果没有达到,调整镗刀的加工尺寸,重新加工。下面加工第2个孔时, 必须松开夹具,移动齿轮箱,将第二个要加工的孔精密对准镗刀的旋转中心,以保证两孔之间的中心距,用夹具夹好后,调整镗刀的加工尺寸,再加工第2个孔。当 然,良好设计的夹具在中间可以降低对工人对孔的要求。

将一面的3个孔加工完后,加工另一面的3个孔。这时,即使在夹具的帮助下,对孔都相当难了,因为一对孔之间的同心度要求很高。这3个孔加工出来是很不容易的。

有人会提问了,为什么不一次加工一对孔?原因有以下2点:

1、两孔之间的距离一般都比较大,镗刀伸那么长,在加工中受的力会让刀杆弯曲,从而达不到要求的精度。

2、即使上一点解决,经常这两个孔的孔径不一样,无法一次完成加工。

如果这些孔中有台阶孔(这样的孔的截面形状是个凸字形,外面是大孔,里面是小孔),问题就更复杂了。工人在加工大孔时必须仔细注意进刀量,以防大孔加工的浅了或深了。

从上可看出,在这种情况下,加工是很麻烦的,生产效率很低。即使福特再厉害,也没有办法。那么针对这个齿轮箱的组合镗床表现如何呢?

它有3对镗刀,分布在镗床床身的两边。每对镗刀之间的同心度完全满足齿轮箱孔的同心度要求,任两队镗刀之间的中心距就是孔之间的中心距。齿轮箱在镗 床床身上用夹具固定后,加工时,3对镗刀同时工作,一次就将孔全部加工完毕。而且镗刀是定制的,刀的加工孔径是固定的,就是要加工的孔的直径。如果有台阶 孔,那么对应的那把镗刀就是组合刀具,即刀杆上有两个靠在一起的刀头,前一个是加工小孔的,后一个是加工大孔的。镗刀前进到一定位置时,就同时将这个台阶 孔加工完。在这里,判断加工是否完毕不是靠工人的眼睛和经验,而是通过行程开关来完成。当镗刀进刀时,带动一个铁块之类的东西在镗床床身边上移动。当镗刀 进刀到要求的加工完成位置时,铁块刚好碰到行程开关,从而触发电信号,这个电信号反馈到镗床的控制柜中,通过继电器等电器让控制镗刀进退的传动系统反向工 作,镗刀就自动收回来了。

在这个过程中,工人只需简单的在夹具上装卸齿轮箱,按下开关按钮即可。整个加工过程中是自动化完成。相比以前的加工方式,其对工人的要求之低,加工效率之高,简直是天壤之别。当然了,这样的组合机床技术是很难的,制造要求是很高的。

将多台组合机床用流水线的方式组成自动生产线,终于,大规模标准化、工业化生产的大门彻底打开了。

我曾经去过国朝某柴油机厂,参观过该厂的一条坦克发动机生产线。几十台组合机床和其它专用自动化机床组成一条流水线,将发动机生产出来,生产效率是 极其吓人的。一个箱体传到某个组合机床上,在机器的轰呤声中,多方向多个组合刀具同时伸出,短短的十几秒内自动加工完要加工的多个孔或面。工人在全过程中 的工作就是,通过房梁上的吊钩移动它到机床上用夹具将它固定,按一下开关完成本道工序的加工,然后再松开夹具通过房梁上的吊钩将它移到传送带上。中间如果 有的工序花的时间长,传送带在那前面就有分岔,接多个一样的组合机床,以避免加工中的堵塞,好让整个生产线无需停顿,效率达到最高。就连轴的最后一道抛光 工序,都是用机床完成。一个机床上装上多根轴,在每个要抛光的圆面上套一个特制的皮带,机床工作起来,这些要加工的轴不停旋转,皮带将它们抛光。在整个生 产过程中,对工人的要求降到最低,产品的质量完全是靠设备来保证的(当然工人要将加工件在夹具上装夹到位),平时只需定时检修设备的精度即可。这些设备的 铭牌上标明它们都是50年代末60年代初制作的。

当然这套技术是国朝当年从苏联那学来的,但要加工发动机和生产设备都是国朝自己设计生产的。从此我明白了什么叫工业化大生产,也知道了苏联是如何爆T34海的。

感兴趣的童子还可以去看一下电影《战争之王》,它有一个非常有名的片头,被好事者称之为“一颗M1943子弹的一生”。这就是一个子弹自动化生产线 的全过程,当然它主要是凸轮轴控制的机械化自动机床组成。这里简单说一下什么叫凸轮轴控制,凸轮,外形像个梨,装在轴上,凸轮上面有一个杆。电机带动轴和 轴上的凸轮转,由于凸轮的外形是梨形,因此一直紧靠着凸轮表面的杆就开始了固定的上下往复运动,从而机床就开始按固定频率往复运动。如片子中的冲床,不停 的往复运动将下面的弹壳进行冲拉加工。

在这样的技术条件下,二战的美苏两国开始爆各种海了。苏联人看到这个方式的优点,军工产品一设计定型,只要可能就立刻不惜血本建立这样的生产线来生 产。而美国人由于生产基本都是资本家的工厂进行,在没有得到政府的大规模订单之前,是绝不会这么干的,即使有了大规模订单,由于建立这样的生产线代价很 高,在利润的考虑下,也不一定会完全采用这样的生产线。因此在这方面苏联干的比大米有过之而无不及,这就是苏联在二战中各种不利条件下武器生产产量能够压 住或至少和大米抗衡的关键。

在数控时代真正进入工业化大生产之前,以组合机床为代表的自动化机床和生产线就是加工行业大规模生产的皇冠上的明珠,难度是极高的,花费是极大的,没有掌握这个技术并应用的国家,是没有资格去争霸世界的。

机床行业生产的机床种类之多、要求之高是让人瞠目结舌的。想靠进口来解决这个问题是根本不可能的,就算有钱去买东西,如同当年的大清国,即使去买来 世界上的各种机床,但如果不能乘此吸收掌握机床能力,产品一旦更新,很多专业机床就没用了,买来的工业化如同沙滩上的城堡一样轰然倒塌。有句老话形象的说 明了这一点:辛辛苦苦50年,一夜回到解放前。

在架空文中,一个想争霸世界的大国,没有一个掌握完整机床设计制造能力的机床行业,想爆什么XX海,完全是个笑话。你可以买来很多机床,但你能改进 设计制造这些机床吗?能够在其它工业部门提出新的要求后就能提供所需的机床吗?如果不能,在机械时代的战争中完全是个FC,只能被别人爆的XX海淹没。

在这方面,2战的倭国就是典型。它虽然是列强,在很多方面开始去追赶米、露、独、牛、公鸡等列强,虽然造出了大和、零战等让人吃惊的武器,但工业是 落后的,基本看不到像米、露一样的半/自动化生产线(不要给我提当时的中国,相对于倭国的工业那就是乞丐),即工业母机不能为其它工业行业提供出符合机械 时代要求的产品,只能在大米爆的P51、B29、埃塞克斯级航母海前泪流满面,最后被钢人同志的T34海给彻底打跨了最后的斗志。有很多人将倭国的失败归 根于资源的制约,但倭国战争前期不是抢到了资源吗,可由于它的工业母机不行,需要它爆各种武器海时,就爆不出来了,最后就只能被别人爆菊了。

当然,这个皇冠上的明珠有个极大的缺点,那就是太钢性化,产品要定型了才能这么干,如果产品一旦改动,机床就要改动或更换,生产线就的调整,甚至整 条生产线完全报废。而这样的生产线太昂贵,故而中小批量生产时是不可能采用这个方法的。这个问题的解决,要一直等到数控时代的来临。

顺便提一下,我只听说在秦时竹的那本书中提了组合机床。那本书我只看了前几章就看不下去了,没有看到后面的组合机床部分(哪位好心的童鞋能告诉我到 底在哪章写了这个东西?)。有次无意间看到了铁血众讨论该书时,提到书中说秦时竹搞了组合机床,铁血众们因此认为可以考虑镇米平露了。相比之下,**的各 位穿越作者和指点江山大谈爆XX海的毒蛇们,你们不感到羞愧吗(我也是混**的,这….这…..)?

还有那个月兰之贱,你的《内斗帝国》如果合理点,在一战时,爆各种武器海不要太容易,淹死大米简直易如反掌,而现在还在不停的改变战列舰的设计。我 只能说何新、江闻涛、牛金等**学是混过来的,一点专业知识都不懂,连工厂都没去过看过,一定是靠关系到相关企业上班并拍须溜马混到那些职务的,穿越前的 准备工作压根是去泡妞了,文易也是个叫兽级的标准的***文科生,只知道民煮柿油,其它一窍不通,还有脸说强大中国,刘云更是个***,竟然找这样的同伙 去完成他的梦想。

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