在数控车床加工精度进步中是什么起到决定性？

如何去进行相关的数控机床计算呢？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。