论工业母机(2)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－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。
、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。
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。
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