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老金談機床之怎樣造機床（三）

價格定位 機床定位實際上在設(shè)計開始之前已經(jīng)開始。機床按精度可分為普通精度機床，精密機床，高精度機床和精密母機床。不同精度的機床根據(jù)不同的價格定位有不同的設(shè)計方案。有了適合市場的機型和價位，機床設(shè)計師才能在成本要求下得出優(yōu)化方案。隨著市場行情的變化，機床定位也可能隨著調(diào)整而變化，從而直接影響機床設(shè)計的整個流程。 機床造的好，價格也要定的好，這是一款機床暢銷的保證。 制造方案 機床設(shè)計完成后，工藝部門會把機床圖紙轉(zhuǎn)化為制造圖紙，生產(chǎn)成本、生產(chǎn)周期、設(shè)備條件、技工水平、制造效率等因素都會直接反應(yīng)在工藝圖紙中。 水平高的工藝部門，會把制造工藝定的合理而不是過高要求，過高要求除了會增加制造成本外一無是處。 采購 生產(chǎn)中需要的特殊設(shè)備，將根據(jù)工藝圖紙來選型。特別要注意的是，生產(chǎn)機床所需的大型高精密機床的采購周期會長達(dá)半年以上，請根據(jù)實際生產(chǎn)時間來確定采購時間。如果為了降低成本、提高效率或者確保加工精度，一些機床廠會自行制造專用機床，時間也請合理安排。 標(biāo)準(zhǔn)化的或能夠采購到的一般零部件，建議直接購買，專業(yè)的零部件生產(chǎn)商的產(chǎn)品供應(yīng)價格一般比自行制造的成本要低很多。若外購件不能達(dá)到穩(wěn)定性、精度等關(guān)鍵指標(biāo)的要求，須自行制造。有技術(shù)門檻的關(guān)鍵零部件制造務(wù)必自行制造，一是生產(chǎn)周期可控，二是避免技術(shù)外泄。 關(guān)鍵零部件制造 機床最核心的部件為床身、主軸、主軸箱、軸承座、拖板等。條件好的機床廠可以實現(xiàn)恒溫加工，以避免材料在加工過程中的熱變形。 核心部件的熱處理很關(guān)鍵，床身鑄件兩次時效處理是最基本的要求，高端機床甚至?xí)捎谜婵罩笥图夹g(shù)來去除應(yīng)力。當(dāng)然，裹上油布后的自然時效是最好的去應(yīng)力方法，只是資金成本太高。應(yīng)用人造或者天然大理石來制造機床床身，是國際上高精度機床的主流做法之一，國內(nèi)有多家機床廠也在嘗試中。 主軸要求耐磨抗彎，材料往往為熱處理后的難加工材料，要求高的主軸甚至還要求進行材料冷處理。加工的難度在于軸承檔的尺寸精度、圓度、光潔度要求，內(nèi)孔和軸承檔外圓的同軸度要求。最后工序往往需要用高精度數(shù)控內(nèi)外圓磨床來保證。 主軸箱、軸承座的熱處理也相當(dāng)重要，內(nèi)孔圓度、軸承檔的同軸度是決定機床壽命的重要指標(biāo)之一。內(nèi)孔加工需要高精度臥式鏜銑床或者臥式加工中心。 機床關(guān)鍵零部件的生產(chǎn)除了需要技能高超的技術(shù)工人，還需要高性能的加工設(shè)備和很多最新最先進的加工方法，很科學(xué)很精彩，可惜很多方法都是只聽說沒有親眼見到過。 裝配 目前，國內(nèi)已經(jīng)有不少機床廠配備了恒溫恒濕裝配車間，很多機床廠的裝配車間實現(xiàn)了5S管理。目的自然是用外部環(huán)境和內(nèi)部管理來確保機床裝配的品質(zhì)。 機床裝配是機床品質(zhì)的最終保證。零部件再優(yōu)質(zhì)，配置再豪華，裝配條件再良好，但是少擰了顆螺絲，依然是不合格的機床。曾經(jīng)發(fā)生過這樣一件事情，老金銷售出一臺國內(nèi)名牌機床，拆箱后卻發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)有13顆散落的螺絲，一個個裝回螺絲后，發(fā)現(xiàn)有三顆實在是找不到可以裝回的地方，一時無地自容。 理論上說，當(dāng)前超高精度平面研磨床加工平面的精度已經(jīng)超過了人工刮研的精度。但是，機床的平面都是配合平面，需要的是自動配磨或者人工配刮。平面磨床的自動配磨技術(shù)當(dāng)前還不成熟，國內(nèi)某大型機床廠為了提高生產(chǎn)效率，嘗試平面磨床加工后不人工配刮平面而直接裝配機床，結(jié)果機床品質(zhì)大降。 試機 品牌電腦出廠前的通電測試叫烤機，汽車出廠前的整體測試叫試車，那機床出廠前的測試與試樣就叫做試機。 為了確保機床到用戶現(xiàn)場能確保開機合格率，規(guī)范的機床廠會在機床裝配完成后對機床進行72小時的開機測試。在完成測試及實際試做產(chǎn)品合格后，機床才能貼上合格證達(dá)到出廠狀態(tài)。 試機是杜絕不合格產(chǎn)品流入市場的最后保障。 優(yōu)秀的通用機床是零部件可以互換通用的機床，優(yōu)秀的機床是精度穩(wěn)定、性能穩(wěn)定的機床，優(yōu)秀的機床是耐用度高、適應(yīng)能力強的機床。當(dāng)然，對于用戶來說，適合的機床就是最好的機床。 (同發(fā)我愛機床論壇5imt.net，轉(zhuǎn)載請和廣告一起轉(zhuǎn)，這關(guān)系老金的生活幸福指數(shù)，謝謝） 買機床請找老金，給不了你特價，也會給你一個真誠的朋友。

保證和提高機床加工精度的方法有哪些

在機械加工過程中，往往有很多因素影響工件的最終加工質(zhì)量。如何使工件的加工達(dá)到質(zhì)量要求，如何減少各種因素對加工精度的影響，就成為加工前必須考慮的事情。在機械加工中，誤差是不可避免的，但誤差必須在允許的范圍內(nèi)。通過誤差分析，掌握其變化的基本規(guī)律，從而采取相應(yīng)的措施減少加工誤差，提高加工精度。

保證和提高加工精度的方法，大致可概括為以下幾種：

1、減少原始誤差 提高零件加工所使用機床的幾何精度，提高夾具、量具及工具本身精度，控制工藝系統(tǒng)受力、受熱變形、刀具磨損、內(nèi)應(yīng)力引起的變形、測量誤差等均屬于直接減少原始誤差。為了提高機械加工精度，需對產(chǎn)生加工誤差的各項原始誤差進行分析，根據(jù)不同情況對造成加工誤差的主要原始誤差采取不同的措施解決。對于精密零件的加工應(yīng)盡可能提高所使用精密機床的幾何精度、剛度和控制加工熱變形;對具有成形表面的零件加工，則主要是如何減少成形刀具形狀誤差和刀具的安裝誤差。這種方法是生產(chǎn)中應(yīng)用較廣的一種基本方法。它是在查明產(chǎn)生加工誤差的主要因素之后，設(shè)法消除或減少這些因素。例如細(xì)長軸的車削，現(xiàn)在采用了大走刀反向車削法，基本消除了軸向切削力引起的彎曲變形。若輔之以彈簧頂尖，則可進一步消除熱變形引起的熱伸長的影響。

2、補償原始誤差

誤差補償法，是人為地造出一種新的誤差，去抵消原來工藝系統(tǒng)中的原始誤差。當(dāng)原始誤差是負(fù)值時人為的誤差就取正值，反之，取負(fù)值，并盡量使兩者大小相等；或者利用一種原始誤差去抵消另一種原始誤差，也是盡量使兩者大小相等，方向相反，從而達(dá)到減少加工誤差，提高加工精度的目的。

3、轉(zhuǎn)移原始誤差

誤差轉(zhuǎn)移法實質(zhì)上是轉(zhuǎn)移工藝系統(tǒng)的幾何誤差、受力變形和熱變形等。誤差轉(zhuǎn)移法的實例很多。如當(dāng)機床精度達(dá)不到零件加工要求時，常常不是一味提高機床精度，而是從工藝上或夾具上想辦法，創(chuàng)造條件，使機床的幾何誤差轉(zhuǎn)移到不影響加工精度的方面去。如磨削主軸錐孔保證其和軸頸的同軸度，不是靠機床主軸的回轉(zhuǎn)精度來保證，而是靠夾具保證。當(dāng)機床主軸與工件之間用浮動聯(lián)接以后，機床主軸的原始誤差就被轉(zhuǎn)移掉了。

4、均分原始誤差

在加工中，由于毛坯或上道工序誤差的存在，往往造成本工序的加工誤差，或者由于工件材料性能改變，或者上道工序的工藝改變(如毛坯精化后，把原來的切削加工工序取消)，引起原始誤差發(fā)生較大的變化。解決這個問題，最好是采用分組調(diào)整均分誤差的辦法。這種辦法的實質(zhì)就是把原始誤差按其大小均分為n

組，每組毛坯誤差范圍就縮小為原來的1/n，然后按各組分別調(diào)整加工。

5、均化原始誤差

對配合精度要求很高的軸和孔，常采用研磨工藝。研具本身并不要求具有高精度，但它能在和工件做相對運動過程中對工件進行微量切削，高點逐漸被磨掉(當(dāng)然，模具也被工件磨去一部分)，最終使工件達(dá)到很高的精度。這種表面間的摩擦和磨損的過程，就是誤差不斷減少的過程，這就是誤差均化法。它的實質(zhì)就是利用有密切聯(lián)系的表面相互比較，相互檢查從對比中找出差異，然后進行相互修正或互為基準(zhǔn)加工，使工件被加工表面的誤差不斷縮小和均化。在生產(chǎn)中，許多精密基準(zhǔn)件(如平板、直尺等)都是利用誤差均化法加工出來的。

6、就地加工法

在加工和裝配中，有些精度問題牽涉到零件或部件間的相互關(guān)系，相當(dāng)復(fù)雜，如果一味地提高零、部件本身精度，有時不僅困難，甚至不可能，若采用就地加工法(也稱自身加工修配法)，就可能很方便地解決看起來非常困難的精度問題。就地加工法在機械零件加工中常用來作為保證零件加工精度的有效措施。

精密超精密加工機床關(guān)鍵技術(shù)分析

超精密加工機床的關(guān)鍵部件技術(shù)

哈爾濱工業(yè)大學(xué) 蓋玉先 董申

1 引言

超精密加工機床的研制開發(fā)始于20世紀(jì)60年代。當(dāng)時在美國因開發(fā)激光核聚變實驗裝置和紅外線實驗裝置需要大型金屬反射鏡，因而急需開發(fā)制作反射鏡的超精密加工技術(shù)。以單點金剛石車刀鏡面切削鋁合金和無氧銅的超精密加工機床應(yīng)運而生。1980年美國在世界上首次開發(fā)了三坐標(biāo)控制的M-18AG非球面加工機床，它標(biāo)志著亞微米級超精密加工機床技術(shù)的成熟。日本的超精密加工機床的研制開發(fā)滯后于美國20年。從1981～1982年首先開發(fā)的是多棱體反射鏡加工機床，隨后是磁頭微細(xì)加工機床、磁盤端面車床，近來則是以非球面加工機床和短波長X線反射鏡面加工機床為主。德國、荷蘭以及中國臺灣的超精密加工機床技術(shù)也都處于世界先進水平。我國的超精密加工機床的研制開發(fā)工作雖起步比較晚，但經(jīng)過廣大精密工程研究人員的不懈努力，已取得了可喜的成績。哈爾濱工業(yè)大學(xué)精密工程研究所研制開發(fā)的HCM-Ⅰ超精密加工機床，主要技術(shù)指標(biāo)達(dá)到了國際水平。國外部分超精密加工機床和HCM-Ⅰ超精密加工機床的性能指標(biāo)如表1所示。本文主要論述超精密加工機床的關(guān)鍵部件技術(shù)。 表1 國內(nèi)外典型超精密車床性能指標(biāo)匯總 型號(生產(chǎn)廠家) HCM-Ⅰ

(中國哈工大) M-18AG

(莫爾特殊機床,美國) Ultraprecision CNC machine

(東芝,日本) Ultraprecision Lathe

(IPT，德國)

主軸 徑向跳動(μm) ≤0.075 ≤0.05(500r/min) ≤0.048

軸向跳動(μm) ≤0.05 ≤0.05(500r/min)

徑向剛度(N/μm) 220 100

軸向剛度(N/μm) 160 200

導(dǎo)軌 Z向(主軸)直線度 ＜0.2μm/100mm ≤0.5μm/230mm 0.044μm/80mm

X向(刀架)直線度 ＜0.2μm/100mm ≤0.5μm/410mm 0.044μm/80mm

X、Z向垂直度(") ≤1 1

重復(fù)定位精度(μm) 1(全程)

0.5(25.4mm)

加工

工件

精度 形面精度(μm) 圓度：0.1 平面度：0.3 ＜0.1(P-V值) 0.1

表面粗糙度(μm) Ra0.0042 0.0075(P-V值) Ra0.002 0.002～0.005RMS

位置反饋系統(tǒng)分辨率(μm) 25 2.5 10

溫控精度(℃) ≤0.004 ±0.006 ±0.1

隔振系統(tǒng)固有頻率(Hz) ≤2 2

加工范圍(mm) 320 356 650×250

2 主軸系統(tǒng)

超精密加工機床的主軸在加工過程中直接支持工件或刀具的運動，故主軸的回轉(zhuǎn)精度直接影響到工件的加工精度。因此可以說主軸是超精密加工機床中最重要的一個部件，通過機床主軸的精度和特性可以評價機床本身的精度。目前研制開發(fā)的超精密加工機床的主軸中精度最高的是靜壓空氣軸承主軸(磁懸浮軸承主軸也越來越受到人們的重視，其精度在迅速得到提高)?？諝廨S承主軸具有良好的振擺回轉(zhuǎn)精度。主軸振擺回轉(zhuǎn)精度是除去軸的圓度誤差和加工粗糙度影響之外的軸心線振擺，即非重復(fù)徑向振擺，屬于靜態(tài)精度。目前高精度空氣軸承主軸回轉(zhuǎn)精度可達(dá)0.05μm，最高可達(dá)0.03μm，由于軸承中支承回轉(zhuǎn)軸的壓力膜的均化作用，空氣軸承主軸能夠得到高于軸承零件本身的精度。例如主軸的回轉(zhuǎn)精度大約可以達(dá)到軸和軸套等軸承部件圓度的1/15～1/20。日本學(xué)者研究表明，當(dāng)軸和軸套的圓度達(dá)到0.15～0.2μm的精度時，可以得到10nm的回轉(zhuǎn)精度，并通過FFT測定其所制造的精度最高的空氣軸承主軸的回轉(zhuǎn)精度為8nm。HCM-Ⅰ超精密加工機床的密玉石空氣軸承主軸的圓度誤差≤0.1μm。另外，空氣軸承主軸還具有動特性良好、精度壽命長、不產(chǎn)生振動、剛性/載荷量具有與使用條件相稱的值等優(yōu)點。但是在主軸剛度、發(fā)熱量與維護等方面需要做細(xì)致的工作。要做到納米級回轉(zhuǎn)精度的空氣軸承主軸，除空氣軸承的軸及軸套的形狀精度達(dá)到0.15～0.2μm，再通過空氣膜的均化作用來實現(xiàn)外，還需要保持供氣孔流出氣體的均勻性。供氣孔數(shù)量、分布精度、對軸心的傾角、軸承的凸凹、圓柱度、表面粗糙度等的不同，均會影響軸承面空氣流動的均勻性。而氣流的不均勻是產(chǎn)生微小振動的直接原因，從而影響回轉(zhuǎn)精度。要改善供氣系統(tǒng)的狀況，軸承材料宜選用多孔質(zhì)材料。這是因為多孔質(zhì)軸承是通過無數(shù)小孔供氣的，能夠改善壓力分布，在提高承載能力的同時，改善空氣流動的均勻性。多孔質(zhì)材料的均勻性是很重要的。因為多孔質(zhì)供氣軸承材料內(nèi)部的空洞會形成氣腔，如不加以控制會引起氣錘振動，為此必須對表面進行堵塞加工。 3 直線導(dǎo)軌

作為刀具和工件相對定位機構(gòu)的直線導(dǎo)軌，是僅次于主軸的重要部件。對超精密加工機床的直線導(dǎo)軌的基本要求是：動作靈活、無爬行等不連續(xù)動作；直線精度好；在實用中應(yīng)具有與使用條件相適應(yīng)的剛性；高速運動時發(fā)熱量少；維修保養(yǎng)容易。超精密加工機床中的常用導(dǎo)軌有V-V型滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌和氣體靜壓導(dǎo)軌。傳統(tǒng)的V-V型滑動導(dǎo)軌和滾動導(dǎo)軌在美國和德國的應(yīng)用都取得了良好的效果。后兩種都屬于非接觸式導(dǎo)軌，所以完全不必?fù)?dān)心爬行的產(chǎn)生。從精度方面來考慮后兩種也是最適宜的導(dǎo)軌。液體靜壓導(dǎo)軌由于油的粘性剪切阻力而發(fā)熱量比較大，因此必須對液壓油采取冷卻措施。另外液壓裝置比較大，而且油路的維修保養(yǎng)也麻煩。氣體靜壓導(dǎo)軌由于支承部是平面，可獲得較大的支承剛度，它幾乎不存在發(fā)熱問題，如?畛醯納杓坪俠恚?蛟諍笮?奈?薇Q?矯婕負(fù)醪換岱⑸?裁次侍狻5?匭胱⒁獾脊烀嫻姆萊盡？掌?脊斕募湎督鑫??肝⒚祝??勻绱舜笮〉某景H庋凼強床壞降模?庋?某景＜詞故墻嗑皇乙膊荒芡耆????景B淙肟掌?脊烀婺諢嵋?鸕脊烀嫻乃鶘恕W芴蹇蠢矗?掌?慚溝脊焓悄殼白詈玫牡脊歟??舨荒鼙Vし萊咎跫??蛐敫撓靡禾寰慚溝脊臁D殼翱掌?慚怪畢叩脊斕鬧畢叨瓤紗?.1～0.2μm/250mm。

HCM-Ⅰ超精密加工機床上使用的即是空氣直線導(dǎo)軌，其氣浮面上的壓力分布如圖1所示。

圖1 氣浮面上的壓力分布

通過安裝調(diào)整空氣靜壓導(dǎo)軌得出如下結(jié)論：(1)必須保證足夠的排氣通道，否則溜板將產(chǎn)生位置擾動，擾動量有時達(dá)數(shù)微米。(2)從理論上講減小節(jié)流孔徑和氣膜厚度，可以提高溜板剛度，但帶來工藝上的困難。用傳統(tǒng)機械加工手段很難加工出＜f0.15mm的小孔，需探求其它加工手段，也對防止小孔堵塞提出了更高的要求。(3)T型導(dǎo)軌的側(cè)氣浮塊和下氣浮塊均由螺釘緊固，形成懸臂結(jié)構(gòu)，當(dāng)用螺釘緊固和有空氣壓力作用時，有可能產(chǎn)生變形，使氣膜厚度不均勻以致于影響其性能。但經(jīng)過計算證明，使用長螺釘時，氣浮塊和螺釘變形均稍大；使用短螺釘時，氣浮塊和螺釘?shù)淖冃味荚趤單⒚准?，可忽略不計?

4 進給與微量進給系統(tǒng)

進給系統(tǒng)中最常用的是各種進給絲杠，在超精密加工機床中滾珠絲杠因其反向間隙小、傳動效率高而得到了廣泛的應(yīng)用。精度更高的靜壓絲杠和摩擦驅(qū)動裝置也逐漸用于超精密加工機床。

超精密加工機床的滾珠絲杠一般的精度等級為C0級。由于是閉環(huán)控制，利用最好等級的滾珠絲杠，可獲得現(xiàn)行最高水平0.01μm的定位精度。滾珠絲杠不需要靜壓絲杠所必需的附屬裝置，是使用極為方便的絲杠。但作為亞微米級超精密加工機床的進給絲杠必須考慮到由于滾珠的轉(zhuǎn)動和滾珠間的接觸滑動有微小的振動及與滑動絲杠等相比較振動衰減特性差等問題。HCM-Ⅰ超精密加工機床采用的滾珠絲杠，在嚴(yán)格保證伺服電動機與絲杠、絲杠和螺母與底座和溜板的聯(lián)接裝配的基礎(chǔ)上，加大溜板氣浮面積、提高其氣浮剛度，從而減小由于絲杠的誤差對溜板運動精度的影響。并且絲杠螺母與溜板采用了浮動連接結(jié)構(gòu)，從而減小了溜板起伏造成滾珠絲杠受壓波動而引起的絲杠瞬間或永久的變形。同時也避免了由于滾珠絲杠本身彎曲引起的因絲杠旋轉(zhuǎn)而造成的溜板運動誤差，因此實現(xiàn)了運動的最小位移分辨率≤0.01μm。

靜壓絲杠副的絲杠與螺母由于不直接接觸，而是有一層高壓液體膜相隔，所以沒有由于摩擦而引起的爬行和反向間隙，因此可以長期保持精度，進給分辨率更高；又由于油膜具有均化作用，可以提高進給精度，在較長的行程上可以達(dá)到納米級的定位分辨率。但是靜壓絲杠裝置較大，且必須有油泵、蓄壓器、液體循環(huán)裝置、冷卻裝置和過濾裝置等眾多的輔助裝置，另外還存在環(huán)境污染問題。

摩擦驅(qū)動是通過摩擦把伺服電動機的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成從動桿的直線運動，實現(xiàn)無間隙傳動，其工作原理如圖2所示。從微觀上看，壓緊輪與從動桿之間的油膜處于液體潤滑狀態(tài)，潤滑油的剪斷特性決定牽引系統(tǒng)。因而要選擇系數(shù)較高的潤滑油。壓緊輪滾動時實現(xiàn)進給，進給分辨率取決于伺服電動機回轉(zhuǎn)一周的步進數(shù)。采用摩擦驅(qū)動進給的一個重要問題是預(yù)壓，若預(yù)壓力過小，則接觸面有可能產(chǎn)生滑動；若預(yù)壓力過大，由于彈性變形，則很難實現(xiàn)正確的驅(qū)動。另外由于預(yù)壓力的存在，還容易產(chǎn)生磨損問題。新的研究表明，用扭曲滾輪摩擦驅(qū)動可以實現(xiàn)埃(?)級定位。

圖2 摩擦驅(qū)動原理圖

各種進給絲杠及摩擦驅(qū)動特性如表2所示。

超精密加工機床中還廣泛應(yīng)用微量進給機構(gòu)，以滿足對更高定位精度和進給分辨率的要求。常用的方法有采用滾動絲杠進給和彈性進給并用的方法和由粗調(diào)和微調(diào)壓電元件組合的方法。HCM-Ⅰ超精密加工機床采用的是壓電式微量進給刀架。 表2 各種進給機構(gòu)特性表 種類 優(yōu)點 缺點 定位精度

進給絲杠 滑動

絲杠 制造容易，但需有研磨加工技術(shù)，衰減性好 需注意爬行 經(jīng)仔細(xì)研磨加工后定位精度為0.01μm

前加工需達(dá)到0.1μm

滾珠

絲杠 已有規(guī)格化，容易搞到(C0)級 衰減性不好，

需注意爬行，

注意微小振動 最高可達(dá)0.01 μm

前加工需達(dá)到0.1μm

液體靜

壓絲杠 精度高，衰減性小 裝置大，輔助設(shè)備多和維護難，油污染 相當(dāng)好的定位精度為0.01μm，通常是

0.03 μm

氣體靜

壓絲杠 精度高，維護容易 加工難 0.01μm

摩擦驅(qū)動 精度高，結(jié)構(gòu)簡單 需要適宜的預(yù)壓和管理 當(dāng)前的目標(biāo)是0.01μm

壓電元件 超微細(xì)的分辨率(亞納米，nm) 行程微小(幾微米～十幾微米) nm，

5 環(huán)境條件

超精密加工的環(huán)境條件有三。其一是污染，超精密加工機床必須置于潔凈的超凈室內(nèi)才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。室內(nèi)的潔凈度以一立方英尺中0.5μm以上的灰塵的數(shù)量表示。作為超精密加工機床的工作環(huán)境應(yīng)為20000～3000級以下。

其二是振動。環(huán)境振動的干擾不僅會引起機床本體的振動，更主要的是會引起切削刀具與被加工零件間的相對振動位移，后者將直接反映到被加工零件的精度和表面質(zhì)量上。因此超精密加工機床必須設(shè)置性能優(yōu)異的隔振裝置。目前國外超精密加工機床中，大多數(shù)采用以空氣彈簧為隔振元件的隔振系統(tǒng)，并取得了較好的隔振效果。這主要是因為空氣彈簧在具有較大承載能力的同時，具有較低的剛度。彈簧的低剛度可使隔振系統(tǒng)獲得較低的固有頻率，遠(yuǎn)離環(huán)境干擾頻率，提高隔振效果。經(jīng)理論分析研究和計算比較，HCM-Ⅰ超精密加工機床采用了直筒約束膜式結(jié)構(gòu)，并取內(nèi)、外變角均為0°。這樣不僅彈簧剛度的線性度好，而且結(jié)構(gòu)簡單，便于模具的制造以及裝置的安裝和調(diào)整。

表3 提高超精密加工精度的計劃目標(biāo) 誤差原因 日本精度(μm) POMA計劃值(μm)

位置檢測精度

定位精度

偏擺、俯仰、傾斜

直線度

軸向跳動

徑向跳動

主軸的延伸

主軸驅(qū)動

熱的影響

工件的裝夾

形狀精度(綜合精度) 0.005

0.005

(0.05")

0.02

0.005

0.005

0.025

0.01

0.025

0.025

0.05 0.05

0.01

0.02

0.02

0.02

0.02

0.05

0.01

0.05

0.05

0.1

注：POMA是在將直徑為800mm的大型非球面反射鏡的形狀精度提高到0.1μm的前提下出來的。

p其三是溫度。超精密加工機床的加工必須在恒溫室內(nèi)進行，加工過程中溫度的變化，會造成機床運動精度下降，不能獲得所定的加工精度。為了解決這一問題，通常從兩個方面入手，一是選擇合適的部件材料，超精密加工機床中使用的和候選的材料有氧化鋁陶瓷、鑄鐵、鋼、殷鋼、花崗巖、樹脂混凝土和零膨脹玻璃。從實際出發(fā)，HCM-Ⅰ超精密加工機床幾乎全部采用花崗巖。二是保持溫度的恒定控制。在總結(jié)國內(nèi)外經(jīng)驗之后，哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了“有效冷流速率”的概念，在此基礎(chǔ)上進行的超精密恒溫供油系統(tǒng)的溫控精度達(dá)到了世界先進水平。

6 結(jié)束語

亞微米級超精密機床HCM-Ⅰ的誕生，標(biāo)志著我國的超精密加工研究跨入了國際行列。但它畢竟還沒有走出實驗室，沒有商品化，要趕上國際先進水平還需加倍的努力。表3列出的是美國POMA的精度目標(biāo)值和日本學(xué)者認(rèn)為的今后精度目標(biāo)值。

圖形請參照此網(wǎng)站。

http://xintu.diamt.net.cn/xjzzjs/gjjs/process/up/up060601_2.asp

機床技術(shù)都有哪些發(fā)展趨勢？

機床技術(shù)十四大發(fā)展趨勢：

1、機床的高速化

隨著汽車、航空航天等工業(yè)輕合金材料的廣泛應(yīng)用，高速加工已成為制造技術(shù)的重要發(fā)展趨勢。高速加工具有縮短加工時間、提高加工精度和表面質(zhì)量等優(yōu)點，在模具制造等領(lǐng)域的應(yīng)用也日益廣泛。機床的高速化需要新的數(shù)控系統(tǒng)、高速電主軸和高速伺服進給驅(qū)動，以及機床結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和輕量化。高速加工不僅是設(shè)備本身，而是機床、刀具、刀柄、夾具和數(shù)控編程技術(shù)，以及人員素質(zhì)的集成。高速化的最終目的是化，機床僅是實現(xiàn)的關(guān)鍵之一，絕非全部，生產(chǎn)效率和效益在“刀尖”上。

2、機床的精密化

按照加工精度，機床可分為普通機床、精密機床和超精機床，加工精度大約每8年提高一倍。數(shù)控機床的定位精度即將告別微米時代而進入亞微米時代，超精密數(shù)控機床正在向納米進軍。在未來10年，精密化與高速化、智能化和微型化匯合而成新一代機床。機床的精密化不僅是汽車、電子、醫(yī)療器械等工業(yè)的迫切需求，還直接關(guān)系到航空航天、導(dǎo)彈衛(wèi)星、新型武器等國防工業(yè)的現(xiàn)代化。

3、從工序復(fù)合到完整加工

70年代出現(xiàn)的加工中心開多工序集成之先河，現(xiàn)已發(fā)展到完整加工，即在一臺機床上完成復(fù)雜零件的全部加工工序。完整加工通過工藝過程集成，一次裝卡就把一個零件加工過程全部完成。由于減少裝卡次數(shù)，提高了加工精度，易于保證過程的高可靠性和實現(xiàn)零缺陷生產(chǎn)。此外，完整加工縮短了加工過程鏈和輔助時間，減少了機床臺數(shù)，簡化了物料流，提高了生產(chǎn)設(shè)備的柔性，生產(chǎn)總占地面積小，使投資更加有效。

4、機床的信息化

機床信息化的典型案例是Mazak410H，該機床配備有信息塔，實現(xiàn)了工作地的自主管理。信息塔具有語音、文本和視像等通訊功能。與生產(chǎn)計劃調(diào)度系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，下載工作指令和加工程序。工件試切時，可在屏幕上觀察加工過程。信息塔實時反映機床工作狀態(tài)和加工進度，并可以通過手機查詢。信息塔同時進行工作地數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和刀具壽命管理，以及故障報警顯示、在線幫助排除。機床操作權(quán)限需經(jīng)指紋確認(rèn)。

5、機床的智能化-測量、監(jiān)控和補償

機床智能化包括在線測量、監(jiān)控和補償。數(shù)控機床的位置檢測及其閉環(huán)控制就是簡單的應(yīng)用案例。為了進一步提高加工精度，機床的圓周運動精度和刀頭點的空間位置，可以通過球桿儀和激光測量后，輸入數(shù)控系統(tǒng)加以補償。未來的數(shù)控機床將會配備各種微型傳感器，以監(jiān)控切削力、振動、熱變形等所產(chǎn)生的誤差，并自動加以補償或調(diào)整機床工作狀態(tài)，以提高機床的工作精度和穩(wěn)定性。

6、機床的微型化

隨著納米技術(shù)和微機電系統(tǒng)的迅速進展，開發(fā)加工微型零件的機床已經(jīng)提到日程上來了。微型機床同時具有高速和精密的特點，最小的微型機床可以放在掌心之中，一個微型工廠可以放在手提箱中。操作者通過手柄和監(jiān)視屏幕控制整個工廠的運作。

7、新的并聯(lián)機構(gòu)原理

傳統(tǒng)機床是按笛卡爾坐標(biāo)將沿3個坐標(biāo)軸線的移動X、Y、Z和繞3個坐標(biāo)軸線轉(zhuǎn)動A、B、C依次串聯(lián)疊加，形成所需的刀具運動軌跡。并聯(lián)運動機床是采用各種類型的桿機構(gòu)在空間移轉(zhuǎn)主軸部件，形成所需的刀具運動軌跡。并聯(lián)運動機床具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、剛度高、動態(tài)性能好等一系列優(yōu)點，應(yīng)用前景廣闊。

8、新的工藝過程

除了金屬切削和鍛壓成形外，新的加工工藝方法和過程層出不窮，機床的概念正在變化。激光加工領(lǐng)域日益擴大，除激光切割、激光焊接外，激光孔加工、激光三維加工、激光熱處理、激光直接金屬制造等應(yīng)用日益廣泛。電加工、超聲波加工、疊層銑削、快速成型技術(shù)、三維打印技術(shù)各顯神通。

9、新結(jié)構(gòu)和新材料

機床高速化和精密化要求機床的結(jié)構(gòu)簡化和輕量化，以減少機床部件運動慣量對加工精度的負(fù)面影響，大幅度提高機床的動態(tài)性能。例如，借助有限元分析對機床構(gòu)件進行拓?fù)鋬?yōu)化，設(shè)計箱中箱結(jié)構(gòu)，以及采用空心焊接結(jié)構(gòu)或鉛合金材料已經(jīng)開始從實驗室走向?qū)嵱谩?/p>

10、新的設(shè)計方法和手段

我國機床設(shè)計和開發(fā)手段要盡快從甩圖板的二維CAD向三維CAD過渡。三維建模和仿真是現(xiàn)代設(shè)計的基礎(chǔ)，是企業(yè)技術(shù)優(yōu)勢的源泉。在此三維設(shè)計基礎(chǔ)上進行CAD/CAM/CAE/PDM的集成，加快新產(chǎn)品的開發(fā)速度，保證新產(chǎn)品的順利投產(chǎn)，并逐步實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期管理。

11、直接驅(qū)動技術(shù)

在傳統(tǒng)機床中，電動機和機床部件是借助耦合元件，如皮帶、齒輪和聯(lián)軸節(jié)等加以連接，實現(xiàn)部件所需的移動或旋轉(zhuǎn)，機和電是分家的。直接驅(qū)動技術(shù)是將電動機與機械部件集成為一體，成為機電一體化的功能部件，如直線電動機、電主軸、電滾珠絲桿和力矩電動機等。直接驅(qū)動技術(shù)簡化了機床結(jié)構(gòu)，提高了機床的剛度和動態(tài)性能，運動速度和加工精度。

12、開放式數(shù)控系統(tǒng)

數(shù)控系統(tǒng)的開放是大勢所趨。目前開放式數(shù)控系統(tǒng)有三種形式：1）全開放系統(tǒng)，即基于微機的數(shù)控系統(tǒng)，以微機作為平臺，采用實時操作系統(tǒng)，開發(fā)數(shù)控系統(tǒng)的各種功能，通過伺服卡傳送數(shù)據(jù)，控制坐標(biāo)軸電動機的運動。2）嵌入系統(tǒng)，即CNC+PC，CNC控制坐標(biāo)軸電動機的運動，PC作為人機界面和網(wǎng)絡(luò)通信。3）融合系統(tǒng)，在CNC的基礎(chǔ)上增加PC主板，提供鍵盤操作，提高人機界面功能，如Siemens840Di和Fanuc210i。

13、可重組制造系統(tǒng)

隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度的加快，專用機床的可重構(gòu)性和制造系統(tǒng)的可重組性日益重要。通過數(shù)控加工單元和功能部件的模塊化，可以對制造系統(tǒng)進行快速重組和配置，以適應(yīng)變型產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。機械、電氣和電子、液和氣、以及控制軟件的接口規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化是實現(xiàn)可重組性的關(guān)鍵。

為了加快新機床的開發(fā)速度和質(zhì)量，在設(shè)計階段借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以在機床還沒有制造出來以前，就能夠評價機床設(shè)計的正確性和使用性能，在早期發(fā)現(xiàn)設(shè)計過程的各種失誤，減少損失，提高新機床開發(fā)的質(zhì)量。

在人類還未發(fā)明機床時,第一臺機床又是怎樣制造出來的呢?

第一臺鏜床問世

工場手工業(yè)雖然是相對落后的，但是它卻訓(xùn)練和造就了許許多多的技工，他們盡管不是專門制造機器的行家里手，但他們卻能制造各種各樣的手工器具，例如刀、鋸、針、鉆、錐、磨以及軸類、套類、齒輪類、床架類等等，其實機器就是由這些零部件組裝而成的。

說起鏜床，還先得說說達(dá)·芬奇。這位傳奇式的人物，可能就是最早用于金屬加工的鏜床的設(shè)計者。他設(shè)計的鏜床是以水力或腳踏板作為動力，鏜削的工具緊貼著工件旋轉(zhuǎn)，工件則固定在用起重機帶動的移動臺上。1540年，另一位畫家畫了一幅《火工術(shù)》的畫，也有同樣的鏜床圖，那時的鏜床專門用來對中空鑄件進行精加工。

到了17世紀(jì)，由于軍事上的需要，大炮制造業(yè)的發(fā)展十分迅速，如何制造出大炮的炮筒成了人們亟需解決的一大難題。

世界上第一臺真正的鏜床是1775年由威爾金森發(fā)明的。其實，確切地說，威爾金森的鏜床是一種能夠精密地加工大炮的鉆孔機，它是一種空心圓筒形鏜桿，兩端都安裝在軸承上。

1728年，威爾金森出生在美國，在他20歲時，遷到斯塔福德郡，建造了比爾斯頓的第一座煉鐵爐。因此，人稱威爾金森為“斯塔福德郡的鐵匠大師”。1775年，47歲的威爾金森在他父親的工廠里經(jīng)過不斷努力，終于制造出了這種能以罕見的精度鉆大炮炮筒的新機器。有意思的是，1808年威爾金森去世以后，他就葬在自己設(shè)計的鑄鐵棺內(nèi)。

但是，威爾金森的這項發(fā)明沒有申請專利保護，人們紛紛仿造它，安裝它。1802年，瓦特也在書中談到了威爾金森的這項發(fā)明，并在他的索霍鐵工廠里進行仿制。以后，瓦特在制造蒸汽機的汽缸和活塞時，也應(yīng)用了威爾金森這架神奇的機器。原來，對活塞來說，可以在外面一邊量著尺寸，一邊進行切削，但對汽缸就不那么簡單了，非用鏜床不可。當(dāng)時，瓦特就是利用水輪使金屬圓筒旋轉(zhuǎn)，讓中心固定的刀具向前推進，用以切削圓筒內(nèi)部，結(jié)果，直徑75英寸的汽缸，誤差還不到一個硬幣的厚度，這在當(dāng)對是很先進的了。

在以后的幾十年間，人們對威爾金森的鏜床作了許多改進。1885年，英國的赫頓制造了工作臺升降式鏜床，這已成為了現(xiàn)代鏜床的雛型。

車床誕生記

早在古埃及時代，人們已經(jīng)發(fā)明了將木材繞著它的中心軸旋轉(zhuǎn)時用刀具進行車削的技術(shù)。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(zhuǎn)動木材，用刀具車削。

這種古老的方法逐漸演化，發(fā)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(zhuǎn)從而進行車削，這便是“弓車床”。

到了中世紀(jì)，有人設(shè)計出了用腳踏板旋轉(zhuǎn)曲軸并帶動飛輪，再傳動到主軸使其旋轉(zhuǎn)的“腳踏車床”。16世紀(jì)中葉，法國有一個叫貝松的設(shè)計師設(shè)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，這種車床并沒有推廣使用。

時間到了18世紀(jì)，又有人設(shè)計了一種用腳踏板和連桿旋轉(zhuǎn)曲軸，可以把轉(zhuǎn)動動能貯存在飛輪上的車床上，并從直接旋轉(zhuǎn)工件發(fā)展到了旋轉(zhuǎn)床頭箱，床頭箱是一個用于夾持工件的卡盤。

在發(fā)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，因為他于1797年發(fā)明了劃時代的刀架車床，這種車床帶有精密的導(dǎo)螺桿和可互換的齒輪。

莫茲利生于1771年，18歲的時候，他是發(fā)明家布拉默的得力助手。據(jù)說，布拉默原先一直是干農(nóng)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(fā)明便是1778年的抽水馬桶，莫茲利開始一直幫助布拉默設(shè)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，他制成了第一臺螺紋車床，這是一臺全金屬的車床，能夠沿著2根平行導(dǎo)軌移動的刀具座和尾座。導(dǎo)軌的導(dǎo)向面是三角形的，在主軸旋轉(zhuǎn)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(gòu)，用這種車床可以車制任意節(jié)距的精密金屬螺絲。

3年以后，莫茲利在他自己的車間里制造了一臺更加完善的車床，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(fā)明立下了汗馬功勞。

19世紀(jì)，由于高速工具鋼的發(fā)明和電動機的應(yīng)用，車床不斷完善，終于達(dá)到了高速度和高精度的現(xiàn)代水平。

刨床和銑床

在發(fā)明過程中，許多事情往往是相輔相承、環(huán)環(huán)相扣的：為了制造蒸汽機，需要鏜床相助；蒸汽機發(fā)明發(fā)后，從工藝要求上又開始呼喚龍門刨床了?？梢哉f，正是蒸汽機的發(fā)明，導(dǎo)致了“工作母機”從鏜床、車床向龍門刨床的設(shè)計發(fā)展。其實，刨床就是一種刨金屬的“刨子”。

由于蒸汽機閥座的平面加工需要，從19世紀(jì)初開始，很多技術(shù)人員開始了這方面的研究，其中有理查德·羅伯特、理查德·普拉特、詹姆斯·?？怂挂约凹s瑟夫·克萊門特等，他們從1814年開始，在25年的時間內(nèi)各自獨立地制造出了龍門刨床。這種龍門刨床是把加工物件固定在往返平臺上，刨刀切削加工物的一面。但是，這種刨床還沒有送刀裝置，正處在從“工具“向“機械”的轉(zhuǎn)化過程之中。到了1839年，英國一個名叫博德默的人終于設(shè)計出了具有送刀裝置的龍頭刨床。

另一位英國人內(nèi)史密斯從1831年起的40年內(nèi)發(fā)明制造了加工小平面的牛頭刨床，它可以把加工物體固定在床身上，而刀具作往返運動。

此后，由于工具的改進、電動機的出現(xiàn)，龍門刨床一方面朝高速切割、高精度方向發(fā)展，另一方面朝大型化方向發(fā)展。

19世紀(jì)，英國人為了蒸汽機等工業(yè)革命的需要發(fā)明了鏜床、刨床，而美國人為了生產(chǎn)大量的武器，則專心致志于銑床的發(fā)明。銑床是一種帶有形狀各異銑刀的機器，它可以切削出特殊形狀的工件，如螺旋槽、齒輪形等。

早在1664年，就有人依靠旋轉(zhuǎn)圓形刀具制造出了一種用于切削的機器，這可算是原始的銑床了。當(dāng)然，真正確立銑床在機器制造中地位的，要算美國人惠特尼了。

1818年，惠特尼制造了世界上第一臺普通銑床，但是，銑床的專利卻是英國的博德默于1839年捷足先“得”的。

1862年，美國的布朗制造出了世界上最早的萬能銑床，這種銑床在備有萬有分度盤和綜合銑刀方面是劃時代的創(chuàng)舉。萬能銑床的工作臺能在水平方向旋轉(zhuǎn)一定的角度，并帶有立銑頭等附件。同時，布朗還設(shè)計了一種經(jīng)過研磨也不會變形的成形銑刀，接著還制造了磨銑刀的研磨機，使銑床達(dá)到了現(xiàn)在這樣的水平。

磨床和鉆床

磨削是人類自古以來就知道的一種古老技術(shù)，舊石器時代，磨制石器用的就是這種技術(shù)。以后，隨著金屬器具的使用，促進了研磨技術(shù)的發(fā)展。但是，設(shè)計出名副其實的磨削機械還是近代的事情，即使在19世紀(jì)初期，人們依然是通過旋轉(zhuǎn)天然磨石，讓它接觸加工物體進行磨削加工的。

1864年，美國制成了世界上第一臺磨床，這是在車床的溜板刀架上裝上砂輪，并且使它具有自動傳送的一種裝置。過了12年以后，美國的布朗發(fā)明了接近現(xiàn)代磨床的萬能磨床。

人造磨石的需求也隨之興起。如何研制出比天然磨石更耐磨的磨石呢？1892年，美國人艾奇遜試制成功了用焦炭和砂制成的碳化硅，這是一種現(xiàn)稱為C磨料的人造磨石；2年以后，以氧化鋁為主要成份的A磨料又試制成功，這樣，磨床便得到了更廣泛的應(yīng)用。

以后，由于軸承、導(dǎo)軌部分的進一步改進，磨床的精度越來越高，并且向?qū)I(yè)化方向發(fā)展，出現(xiàn)了內(nèi)圓磨床、平面磨床、滾磨床、齒輪磨床、萬能磨床等等。

與磨削技術(shù)相似，鉆孔技術(shù)也有著久遠(yuǎn)的歷史?？脊艑W(xué)家現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，公元前4000年，人類就發(fā)明了打孔用的裝置。古人在兩根立柱上架個橫梁，再從橫梁上向下懸掛一個能夠旋轉(zhuǎn)的錐子，然后用弓弦纏繞帶動錐子旋轉(zhuǎn)，這樣就能在木頭石塊上打孔了。不久，人們還設(shè)計出了稱為“轆轤”的打孔用具，它也是利用有彈性的弓弦，使得錐子旋轉(zhuǎn)。

到了1850年前后，德國人馬蒂格諾尼最早制成了用于金屬打孔的麻花鉆；1862年在英國倫敦召開的國際博覽會上，英國人惠特沃斯展出了由動力驅(qū)動的鑄鐵柜架的鉆床，這便成了近代鉆床的雛形。

以后，各種鉆床接連出現(xiàn)，有搖臂鉆床、備有自動進刀機構(gòu)的鉆床、能一次同時打多個孔的多軸鉆床等。由于工具材料和鉆頭的改進，加上采用了電動機，大型的高性能的鉆床終于制造出來了。

不斷發(fā)展的車床

19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，單一的車床已逐漸演化出了銑床、刨床、磨床、鉆床等等，這些主要機床已經(jīng)基本定型，這樣就為20世紀(jì)前期的精密機床和生產(chǎn)機械化和半自動化創(chuàng)造了條件。

在20世紀(jì)的前20年內(nèi)，人們主要是圍繞銑床、磨床和流水裝配線展開的。由于汽車、飛機及其發(fā)動機生產(chǎn)的要求，在大批加工形狀復(fù)雜、高精度及高光潔度的零件時，迫切需要精密的、自動的銑床和磨床。由于多螺旋線刀刃銑刀的問世，基本上解決了單刃銑刀所產(chǎn)生的振動和光潔度不高而使銑床得不到發(fā)展的困難，使銑床成為加工復(fù)雜零件的重要設(shè)備。

被世人譽為“汽車之父”的福特，提出：汽車應(yīng)該是“輕巧的、結(jié)實的、可靠的和便宜的”。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，必須研制高效率的磨床，為此，美國人諾頓于1900年用金剛砂和剛玉石制成直徑大而寬的砂輪，以及剛度大而牢固的重型磨床。磨床的發(fā)展，使機械制造技術(shù)進入了精密化的新階段。

在1920年以后的30年中，機械制造技術(shù)進入了半自動化時期，液壓和電器元件在機床和其他機械上逐漸得到了應(yīng)用。1938年，液壓系統(tǒng)和電磁控制不但促進了新型銑床的發(fā)明，而且在龍門刨床等機床上也推廣使用。30年代以后，行程開關(guān)——電磁閥系統(tǒng)幾乎用到各種機床的自動控制上了。

第二次世界大戰(zhàn)以后，由于數(shù)控和群控機床和自動線的出現(xiàn)，機床的發(fā)展開始進入了自動化時期。數(shù)控機床是在電子計算機發(fā)明之后，運用數(shù)字控制原理，將加工程序、要求和更換刀具的操作數(shù)碼和文字碼作為信息進行存貯，并按其發(fā)出的指令控制機床，按既定的要求進行加工的新式機床。

數(shù)控機床的方案，是美國的帕森斯在研制檢查飛機螺旋槳葉剖面輪廓的板葉加工機時向美國空軍提出的，在麻省理工學(xué)院的參加和協(xié)助下，終于在1949年取得了成功。1951年，他們正式制成了第一臺電子管數(shù)控機床樣機，成功地解決了多品種小批量的復(fù)雜零件加工的自動化問題。以后，一方面數(shù)控原理從銑床擴展到銑鏜床、鉆床和車床，另一方面，則從電子管向晶體管、集成電路方向過渡。

1970年至1974年，由于小型計算機廣泛應(yīng)用于機床控制，出現(xiàn)了3次技術(shù)突破。第一次是直接數(shù)字控制器，使一臺小型電子計算機同時控制多臺機床，出現(xiàn)了“群控”；第二次是計算機輔助設(shè)計，用一支光筆進行設(shè)計和修改設(shè)計及計算程序；第三次是按加工的實際情況及意外變化反饋并自動改變加工用量和切削速度，出現(xiàn)了自適控制系統(tǒng)的機床。

1968年，英國的毛林斯機械公司研制成了第一條數(shù)控機床組成的自動線，不久，美國通用電氣公司提出了“工廠自動化的先決條件是零件加工過程的數(shù)控和生產(chǎn)過程的程控”，于是，到70年代中期，出現(xiàn)了自動化車間，自動化工廠也已開始建造。

經(jīng)過100多年的風(fēng)風(fēng)雨雨，機床的家族已日漸成熟，真正成了機械領(lǐng)域的“工作母機”。

車床的發(fā)展史

車床的發(fā)展大致可區(qū)分成四個階段，雛型期，基本架構(gòu)期、獨立動力期與數(shù)值控制期，底下將針對 其 發(fā)

展的過程加以介紹。

車床的誕生不是發(fā)明出來的，而是逐漸演進而成，早在四千年前就記載有人利用簡單的拉弓原理完成鉆孔 的工作，這是有記錄最早的工具機，即使到目前仍可發(fā)現(xiàn) 以人力做為驅(qū)動力的手工鉆床，之后車床衍生而出，并被 用于木材的車削與鉆孔，英文中車床的名稱 Lathe(Lath 是 木板的意思 ) 就是由此而來，經(jīng)過數(shù)百年的演進，車床的 進展很慢，木質(zhì)的床身，速度慢且扭力低，除了用在木工 外，并不適合做金屬切削，直到工業(yè)革命前。這段期間可 稱為車床的雛型期

18 世紀(jì)開始的工業(yè)革命，象征著以工匠主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)社會結(jié)束，取而代之的是強調(diào)大量生產(chǎn)的工業(yè)社會， 由于 各種金屬制品被大量使用，為了滿足金屬另件的加工，車床成了關(guān)鍵性設(shè)備， 18 世紀(jì)初車床的床身已是 金屬制，結(jié)構(gòu)強度變大更適合做金屬切削，但因結(jié)構(gòu)簡單， 只能做車削與螺旋方面的加工，到了 19 世紀(jì)才有完全以鐵制 零件組合完成的車床，再加上諸如螺桿等傳動機構(gòu)的導(dǎo)入， 一部具有基本功能的車床總算開發(fā)出來。但因動力只能靠人 力、獸力或水力帶動，仍無法滿足需求，只能算是剛完成基 本架構(gòu)的建構(gòu)。

瓦特發(fā)明了蒸氣機，使得車床可藉由蒸氣產(chǎn)生動力用來驅(qū)動車床運 轉(zhuǎn)，此時 車床的動力是集中一處，再藉由皮帶與齒輪的傳遞分散到工廠各處的車床， 20 世紀(jì)初擁有獨立動力源的動力車床 (Engine Lathe) 終于被開發(fā) ( 見圖三 ) ，也將車床帶到新的領(lǐng)域。此期間拜福特公司大量生產(chǎn)汽車所賜，許多汽車零件必須以車床加工，為了確保零件供應(yīng)充足，供貨商必須大量采購車床才能應(yīng)付所需，即使到今天車床的發(fā)展仍受到汽車產(chǎn)業(yè)的榮枯所左右。

20 世紀(jì)中，計算機被發(fā)明，不久計算機即被應(yīng)用在工具機上，數(shù)值控制車床逐漸取代傳統(tǒng)車床成為工廠 利器 ，生產(chǎn)效率倍增，零件加工精度更是大幅提升，且隨著計算機軟、硬件日趨進步與成熟，許多以往視為 無法加工的技術(shù)一一被克服， CNC 化工具機的比率成了國家現(xiàn)代化 的重要指標(biāo)。

從歷史的角度來看促使車床發(fā)展除了 18 世紀(jì)工業(yè)革命與 20 世 紀(jì)汽車業(yè)興起是主因外，另一項主因是切削刀具的進步，早期使用 的切削刀具材質(zhì)是碳鋼，切削速度只能限制在 20m/min 以下，而且 加工精度不佳，之后刀具材質(zhì)采用合金鋼，仍至今日的陶瓷刀具， 切削速度更提升到 1000m/min 以上，于是車床轉(zhuǎn)速愈來愈高，進給 速度也愈來愈快，而且加工精度也從百年前的 1mm 大幅提0.001mm ，進步之快除了刀具的改良與技術(shù)的提升，當(dāng)然有數(shù)值控制的配合也是最大的功臣。

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