强制加工是把工具的运动轨迹和工件相干涉的部分全部强制除去的加工法。切削、磨削等都是强制加工的方法。用强制加工法,工具的运动轨迹和工具形状有误差,以及加工程序有误差,这些都会原封不动地反映到工件上。在强制加工中,工具、机床(母)的精度反映到被加工的零件(子)上,叫作母性原理。该原理决定了零件的加工精度。就是说,一般零件的加工精度不会高于工具、机床的精度。
有以下的加工原理成立。
【加工原理4】强制加工的精度由母性原理支配。
历史上最显著地显示了母性原理的重要事例,是工业革命前琼姆斯·瓦特发明的蒸汽机气缸的加工。当时大气缸(例如泵)的镗孔加工用的斯密顿(Smeaton)镗床(称之为机械但不像机械),如图2.17.1所示。支承镗轴尖端的台车在要加工的工件上面移动。即精度不好而需要继续加工的工件称为机床运动基准。当时的人们没有意识和认识到母性原理,因而在精度良好的加工上十分辛苦。例如,斯米顿镗床的例子,一次加工结束后旋转90°再进行加工,这样反复地在进行。
图2.17.1 斯密顿镗床(www.xing528.com)
琼姆斯·瓦特进行的以实用机为目标的大型气缸的加工,用斯米顿镗床来进行时,戏剧性地失败了。原因是精度不好,气缸与活塞间的间隙大而蒸汽泄漏出去,蒸汽机发动不了。
琼姆斯·瓦特有一段时间陷入低谷。5年后,听到威尔金逊(Wilkinson)发明了性能更好的镗床的新闻,再一次对实用型发动机进行挑战。如图2.17.2所示,威尔金逊镗床(1776年)加工直径710mm、长2400mm的气缸时,得到了几分之一毫米的加工精度。依靠这台镗床,实用的蒸汽机的制作得以成为可能。威尔金逊镗床和现代镗床的构造基本上完全一样。也就是说,旋转工具在两端完全支承住的轴(运动基准)上移动。工件完全固定在作为基准的地面上。由于这样的构造,随着机床的精度显著提高而工件的加工精度也就提高了。
图2.17.2 威尔金逊镗床
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