主题：请机械加工大牛解惑：是如何从粗糙中制作出精细的？ -- 你我
家园 请机械加工大牛解惑：是如何从粗糙中制作出精细的？ 问题很简单：高精密度的加工机械，是怎么生产出来的？
困惑：好像自然界本身的东西，基本上都是粗糙的和不标准的，比如，物品表面光洁度，棍子的准直度，以及球的圆度，等。
人类的加工工具和生产过程，就是从这些粗糙中制造出了非常精细的东西，比如非常直的杆，非常光滑的表面，非常圆的球。。等等。
如何从粗糙中得到精细呢？
好像看到机械加工方面的论文，说是加工机械的系统误差，大概是每个零件的误差的综合效果，就是说，系统误差，会大于每个零件的误差。比如说，用这个机械生产出表面光洁度为3的东西，那么这个机械的精度，是不是要高于3？可是这个机械又是用什么生产出来的？是不是应该有比机械更高光洁度的东西生产出来？难道只有人的手工才是精度最高的东西？
概括起来，就是：是如何从粗糙中诞生了精细？
还请大牛解惑。
家园 有一个概念你得搞清楚。 就是工具或机器能加工出的精度不等于机器本身的精度。
家园 恩。。。。我一直以为加工出来的精度，不会超过机器的精度 就是我一直以为，机械的系统精度，应该是低于单个部件的精度的，不会高于精度最低的那个部件。
现在看来，大概是我的理解有误，看来应该是加工机械的系统精度，可能会大于单个部件的精度。甚至大于精度最高的部件的精度。
不知道怎么理解，对不对？
家园 机械精密度的提高（进化）的根本还靠人的手 零件的精度是受系统误差限制的。但是通过人工的修正后的零件组装的系统精度就能高于母系统。
这里不考虑有新的材料、动力、电子控制方法和新工艺的发现的情况。
家园 一个机械学徒自己的总结～加工 假设说，我师傅给我提出的不是8.000mm+0.3mm~8.000mm-0.3mm而是8.000mm+0.06mm~8.000mm-0.06mm的话，那么我可能立刻就和师傅说了，您让我大师哥来吧，我没这个手艺，他行。这里面包含的意思就是，同样的活，我大师哥的加工精度比我高。
那么对于机械加工而言，在我看来这个加工精度就体现在设备上。不同设备的加工精度是不同的，一台牛头刨的加工精度是怎么样都比不上一台平面磨的，哪怕你有再先进的测量工具（就算是阿贝比长仪）也不加工不来。
并且就是同样的加工设备，采用不同的切削参数得到的精度也大不相同。
总体上来说，一个机械加工系统的误差大至包含这么几个部分：机床的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形～～
在整个系统中，最差的那个环节决定了整个系统的加工精度能有多高。
家园 一个机械学徒自己的总结～测量 前面说到把一个厚度为10mm的钢块，变成厚度为8mm。但是其实我师傅交待我干活的时候，通常不是这么说的。
一般来说，会告诉我加工成厚度为8.000mm+0.3mm~8.000mm-0.3mm，这么一个样子（当然还会告诉我哪个是基准面，我就真的干过把基准面给挫掉的蠢事）。
到了这里，就产生的第一个问题，测量的问题，要有一个好的量具才能保证精度。换句话说，假如说我师傅最后一把最小刻度为1mm的钢板尺来验收我的加工件的话，我根本不用担心我的东西会不合格，我闭着眼睛挫、措、措。为啥？因为检测的量具精度太低，他怎么检测都都是合格的。但是假设说不是用钢板尺而是用游标卡尺呢？那我就得老实干了。
所以说，如果要想有较好的加工精度，在我看来，首先要有满足需要的测量精度。要不然不管你怎么加工，我量不准，都是白搭。
从有了尺寸这个概念开始一直到现在，测量的手段日新月异，工具是层出不穷。常用的是游标卡尺、螺旋测微仪；精度再高有磁栅、光栅。当然，这里面最根本的是，测量技术的不断发展，如果您有兴趣，可以看一下米元器的演变史外链出处
家园 恩。这一节我基本是理解了。主要问题是，如何保证加工精度的 比如您这个工件，用锉刀挫，挫到9毫米的时候，要小心了。下一步，如何继续挫？比如，这个锉刀一下操作能挫掉0.1毫米，那好办，再挫10下左右就好了。但是这个锉刀一下挫掉0.1毫米，是不是要求这个锉刀本身的精度是0.1毫米以上？比如，挫一个平面，就要很多次挫若干个小平面连接起来，成为一个大的平面，比如，左面挫一下，能挫掉0.1毫米的厚度，紧挨着这个加工位置，向右一点，再挫0.1毫米，那这样依次下去，这个加工后的平面肯定是精度达到要求了。可是，问题又出来了：如何保证每次都能精确挫掉0.1毫米？如何保证左一个挫面和紧挨着的挫面是精确相邻的？否则两侧挫痕之间的空隙，会有一个棱，这个棱又如何打磨下去保证和旁边的挫痕正好同一高度？
整个问题就是：要保证0.1毫米的加工精度，就要保证，一，挫刀的平整度小于0.1毫米，二，锉刀的加工力度是要保证足够精确，每次挫的力度基本相同，三，锉刀的运动轨迹要足够平直，四，每次挫动动作和下次动作之间要足够精确的重复。这些都是如何保证的？是不是要求有大于0.1毫米精度的东西来保证锉刀的运动误差不超过0.1毫米？或者，如果锉刀的运动误差超过0.1毫米，加工出来的工件表面精度，能否达到0.1毫米的要求？
呵呵，我是工科大白，这些表述都是外行话，不知道您听明白了没有。
家园 这个不一定。 要保证0.1毫米的加工精度，就要保证，一，挫刀的平整度小于0.1毫米，比如说手工做较大并精度较高的平面，不是用锉刀，而是用刮刀，这刮刀就没法说平整度了。
另外，手工做锉刀是用錾子錾出锉齿，你说是锉刀精度高还是錾子精度高？
当然工具精度也有关系，你这个平面如果表面要求镜面刮刀就不行了。总之就是只要你手艺好就能加工出比工具精度高一些的工件。
家园 说几句 锉刀加工是手工活，基本上加工精度（包括尺寸和形位误差）就靠加工者的技术和经验来保证。在现行国家标准中，加工精度分14级别，从IT00（最高级量具所用的）到IT14（最粗糙的）；所谓加工精度，是加工尺寸理论允许最大值与理论允许最小值的差值，这个差值也叫做公差。对有配合要求的零件来说，除了公差之外，尺寸的上限值和下限值也很重要。机械零件中常用的配合有基孔制、基轴制等，如图纸上常见的φ30H7/f6，φ30K7/m6等等，大写字母表示孔尺寸的下偏差，小写字母表示轴尺寸的上偏差，数字表示公差等级。每一个具体尺寸的偏差、公差值，可以查表。在机械制造中，要靠手工活来保证较高的加工精度在整个生产中所占的比重实际上是很小的。大量的是依靠加工设备本身的加工精度。比如说，某车床的标称加工精度为0.02mm,那么在正常情况下，按照通用的操作规程，一般水平的操作工人就可以加工到这个精度；如果操作工人的技术水平高，或者采用某特殊的工艺，加工精度可能还可以达到0.01mm；但是限于机器本身的结构，更高的精度就无法达到。
那么，如何从低精度达到高精度呢？这个问题可以从两方面来谈。一是工作母机上的高精度的零件，需要结合多种工艺加工，包括手工加工，这是难点；二是低精度的零件，如果设计得当，装配后可以有较高的加工精度，比如说可以通过调整一个斜块推动相连的杆件，而获得所需任意精度的长度，当然，这对设计者和装配者的要求都是比较高的。
家园 其实这就牵扯到闭环控制了～ ～～这个东西，俺也不咱明白～～
家园 接着前面的，我继续说后面几个问题～～ 二，锉刀的加工力度是要保证足够精确，每次挫的力度基本相同，三，锉刀的运动轨迹要足够平直，四，每次挫动动作和下次动作之间要足够精确的重复。这些都是如何保证的？上面的是您后面的几个问题。还是用挫来举例。正如我前面说的，这个加工过程是个加工～测量～再加工～再测量逐步逼近的过程，在这个过程中，我不需要每次都保证力度足够精确、力度基本相同，每次动作都要足够精确的重复。我只要保证整个加工过程需要逐步逼近就可以了。
这有点类似，洗澡堂里的水龙头的温度调节。冷水流量恒定，一个阀门控制热水，假设还有一个出水口的温度计。那么我怎么样通过调节热水阀门来达到设定的温度呢？假设开始温度20度，要求温度40度～～那么通常是慢慢的增大热水流量，让温度慢慢上升，越接近40度，我的调节量就越小（进给量）～～～当现实温度为40度时，就停止调节。那么您看，这个过程中，其实我没有必要保证每次动那个阀门的力度都是一样的。
我们再举个例子，您会开车么？假设说我让车转60度，是让方向盘动60个1度，还是连续的动态的逼近这个值？
家园 这个意思我明白了，逐渐接近。但是这里有一个极限。 比如，冷热水温度调节，当然，作为洗澡来说，大概差不多就行了，上下差个几度的都可以是舒适的温度。可是，如果要精确调整热水的温度呢？比如，现在是31度，假设我要调到31.3度，但是我要转动一下，就从31度到32度了，这个调整温度的精度就是1度，就没法精确调整到31.3度呀。
刚才说到锉刀，您的解释是没必要锉刀的精度到0.1毫米，那么，假设锉刀上很不幸，有一个0.01毫米的凸起，那么，挫一下，其他地方挫掉了0.1毫米，这个地方就被挫掉了0.11毫米，出现了一个0.01毫米深度的划痕，你这个划痕如何处理？当然，对于0.1毫米的精度要求，0.01毫米的差距可能可以忍受，可是如果要求精度是0.01毫米呢？锉刀上有一个0.01毫米的凸起，这个就是锉刀的精度不够呀，这样就没法加工出符合0.01毫米误差要求的平面了吧？
开车也是，如果要求60度，其实您这里有一个假设，就是每次调整，可以小于1度，这样慢慢调整到58度的时候，可以慢慢逼近，可是如果手的调整精度大于1度呢？你调到59度了，再一转，过了60度了，再调回来，又是59度多了。你如何调整到60度？所以这里有个调整精度的问题。
其实我的问题是：如果系统的加工精度极限在那里，如何突破这个极限产生更高的精度？
比如，您说的，您的加工极限大概是8.00mm +- 0.3mm，您大师兄的加工精度是8.00mm +- 0.06mm，如果把人也算做机械加工系统的一部的话，可以认为您的精度是0.3mm，您大师兄的精度是0.06mm，那么，如何突破这个极限，产生更精细的精度呢？
比如，以前的加工者和加工工具的极限是5mm，后来随着加工技术和加工工具的进步，精度极限提高到了0.5mm，这个突破是如何实现的？如何从粗糙的工具或者说工具和加工者这个系统中，产生更加精细的工具和加工者？
家园 恩这个问题有点复杂，我试试看～～ 这个是您的问题：
您的加工极限大概是8.00mm +- 0.3mm，您大师兄的加工精度是8.00mm +- 0.06mm，如果把人也算做机械加工系统的一部的话，可以认为您的精度是0.3mm，您大师兄的精度是0.06mm，那么，如何突破这个极限，产生更精细的精度呢？比如，以前的加工者和加工工具的极限是5mm，后来随着加工技术和加工工具的进步，精度极限提高到了0.5mm，这个突破是如何实现的？如何从粗糙的工具或者说工具和加工者这个系统中，产生更加精细的工具和加工者？
先说一点，现在不管是什么加工，而且我相信哪怕是外星人的加工技术，也有一个概念就是这个+- 0.3mm，这东西叫公差。
也就是说，不管是什么样的精密加工，永远不可能加工出一个绝对值出来。从手工挫开始到现在N年的时间里，我们通过各种在工艺、材料、原理等各个方面的努力，所做的不过是～～～不断的减小公差范围而已。这个公差范围不是一个点，而是以上下偏差为端点的一个线段。换句话说，是不存在一个无限高的精度的，要是有人拿一张没有公差的图纸给师傅加工的话，我估计我师傅会拿着锉刀跟他干一架，他会认为这人是在和他找碴～～～
那么下面，我们接着说我师兄，假设说我师兄一锉刀所能达到的最小公差是+- 0.06mm，那么要达到+- 0.03mm的公差可能么？可能，这里就牵扯到基本上是，合理的安排每个道次的切削量，让最后一个道次切削量，刚好落在公差带内即可，这就是工艺了。
但是实际上，世界上没有这么巧的事情，真正的情况，是加工N个，找出其中合格的几个产品。这就是我们常常听说的，以前我国没有先进的高精度车床，就用普通车床车N个零件，取其中的几个零件的故事了。
具体的，我可以跟您瞎聊一下，工艺我的不懂，只能说没吃过猪肉看过猪跑。
假设说我大师兄的加工精度是+- 0.06mm，那么要达到8.00mm +- 0.03mm[/COLOR]怎么办？让倒数第二次切削时工件的范围在8.56mm~8.44mm内，然后我师兄最后一次切削量为[COLOR=red]0.5mm+- 0.06mm，那么到最后，加工产品的尺寸范围是不是在8.12mm~7.94mm之间呢？找出这些产品中在8.03mm~7.97mm的作为合格产品，就这样了。
其实，这是我这个学徒所能想到的方法，真正的搞了几十年工艺的老师傅看了估计会气的吹胡子瞪眼睛，甚至会指着我鼻子破口大骂我是瞎搞～～