機械工藝課堂中的大千世界

瞿冬偉

摘要：一個機械產(chǎn)品的形成有多種制造工藝方式，而目前中職生所了解到的產(chǎn)品加工方式通常由書本獲得，了解的知識較匱乏。我國機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，各種產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開制造業(yè)提供高質(zhì)量的專用和通用設(shè)備。高新技術(shù)的介紹，是目前對中職學(xué)生應(yīng)適當(dāng)滲透的內(nèi)容，可以從橫向和縱向的培養(yǎng)目標來豐富他們的專業(yè)知識。

關(guān)鍵詞：中職；制造工藝；高新技術(shù)

中圖分類號：G712 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-（2016）05C-0027-04

傳統(tǒng)的機械制造工藝過程是一個離散的生產(chǎn)過程，以往令人自豪的“八級鉗工”，如今幾乎無人問津，這個過程實際是基于生產(chǎn)操作者本身技術(shù)水平的一個狹義的制造過程。隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)與計算機技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、智能制造技術(shù)以及時下流行的3D打印制造技術(shù)結(jié)合起來形成了符合時代發(fā)展的嶄新的機械制造工藝基礎(chǔ)。

為了適應(yīng)現(xiàn)代制造工藝的發(fā)展趨勢，掌握機械制造行業(yè)工作所必須掌握的基本技能，中職生學(xué)習(xí)機械工藝就要形成合理的知識結(jié)構(gòu)，部分制造加工還要與生活實際結(jié)合起來，以適應(yīng)將來不同職業(yè)不同崗位上的專業(yè)技術(shù)要求。

結(jié)合職業(yè)類學(xué)校學(xué)生實際學(xué)習(xí)情況，對照高新技術(shù)目前總體發(fā)展，與中職類《機械制造工藝基礎(chǔ)》課程主要銜接在以下幾個方面。

一、制造系統(tǒng)的自動化

機械制造的自動化歷經(jīng)了石器時代、青銅時代、冶鐵時代、單機時代，直到現(xiàn)在的自動化生產(chǎn)線、數(shù)控機床、加工中心、柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造和并行的階段，一步步向集成化、智能化方向發(fā)展。為提高生產(chǎn)率，改善勞動條件、保證產(chǎn)品質(zhì)量、實現(xiàn)快速響應(yīng)提供了必要的保證。

古人在制造青銅劍時，采用了工藝基礎(chǔ)中的鑄造和鍛造、歷經(jīng)多時才能打造出優(yōu)良的兵器。但是選材受到材質(zhì)不純的影響，導(dǎo)致大多數(shù)的金屬歷經(jīng)歲月無情的變遷，早已銹跡斑駁。

隨著工業(yè)革命的到來，機器逐步取代以前繁瑣的人工。原先幾十個甚至上百個勞動力的任務(wù)，利用機器可能只要一天就可以完成，大大提高了社會生產(chǎn)力。

現(xiàn)在來說，各式各樣的標準件和非標準件充斥著市場，越來越多的機器走向了自動化，智能化。普通中職類學(xué)校的實訓(xùn)用數(shù)控三軸聯(lián)動銑床到大學(xué)的五軸聯(lián)動機床，無一不是市場的縮影。加工設(shè)計的自動化，例如銑削一個復(fù)雜表面，可能只要在軟件中直接畫出圖形，在機床中對好起刀點，程序自動生成，等加工結(jié)束，工件已經(jīng)成型。操作者在這過程中只要負責(zé)繪圖和簡單的開頭工作就可以。這樣的自動化，在幾十年前是想都不敢想的。

作為中職學(xué)生，只有學(xué)好現(xiàn)有的專業(yè)基礎(chǔ)知識，才能應(yīng)對將來不斷進步的社會和不斷發(fā)展的自動化機器，成為行業(yè)中的佼佼者。

二、精密工程的普及化

精密工程包括精密與超精密加工技術(shù)、微細加工與超微細加工技術(shù)、納米技術(shù)等，精密加工的精度已經(jīng)非常高，而目前中職生所能掌握的只是在1/100mm，精度相差之大也正是技術(shù)水平的限制。

隨著社會的不斷進步，對精密工件的要求也越來越高，上升一個十分位，實際上意味著投入更多的資本。一臺普通的0.001mm精度的機床，如果提升到0.0001mm的精度，那么可能機床的價格是原有的幾倍甚至十幾倍。這不僅印證了科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，更表明了機械行業(yè)在整個社會經(jīng)濟體中的重要作用。

中職學(xué)生只有現(xiàn)在先保證0.01mm的精度，在此基礎(chǔ)上不斷豐富自己的閱歷，提升自己的技術(shù)水平，才能在愈演愈烈的人才競爭中脫穎而出，取得自己的榮譽。

三、高速高效加工

高速加工是利用比常規(guī)速度高得多的速度實現(xiàn)對被加工零件加工的先進技術(shù)。它具有高速高效高精度等特征。在2003年的歐洲機床展上，已經(jīng)推出了具有轉(zhuǎn)速為60000r/min高速主軸的加工中心。隨著干切技術(shù)的推進，這樣的轉(zhuǎn)速已經(jīng)被現(xiàn)在的更高速度所取代。

學(xué)過普通車床切削的中職學(xué)生都知道，工件表面的粗糙度除了與進給量有關(guān)，更與切削速度有關(guān)。切削速度越快，工件表面質(zhì)量越好，表面粗糙度值越小，工件更接近設(shè)計圖樣上的要求。目前學(xué)生用的機床最快轉(zhuǎn)速在1400r/min左右，主要用于外圓切削。所以更高精度更高速度的機床都在數(shù)控機床和加工中心體現(xiàn)高效率。

高速加工已經(jīng)成為一種趨勢，不僅有利于提高生產(chǎn)率，也有利于提高工件本身質(zhì)量。高速就要求機床有更好的穩(wěn)定性能，更高的精度，刀具則要有更好的強度硬度以及適應(yīng)性。高速同時還影響著切削溫度。正常情況下，切削區(qū)域溫度可以達到1000°以上，而高速加工切削區(qū)域溫度更高。隨之影響的是工件材料，如果材料熔點較低，則容易出現(xiàn)黏刀現(xiàn)象。所以不同的工件材料，應(yīng)選擇不同檔速的切削速度。

高效加工在機械行業(yè)是生產(chǎn)率的保證。越來越科技化的車間，從毛坯件到成品，所花的工時越來越少。原先要保證一個零件的精度，從粗加工車間到半精加工車間，再到精加工車間，過程繁瑣且在質(zhì)檢部門也常常出現(xiàn)超差的情況。自從一體化車間的出現(xiàn)，工件的生產(chǎn)效率飛躍地提高，極大的保證了訂單生產(chǎn)完成率和部分高效加工機器市場占有率。

中職學(xué)生目前所接觸的是低中速切削，作為初學(xué)者，應(yīng)先掌握基礎(chǔ)知識。了解和掌握CA6140型基礎(chǔ)車床，從最初的加工到保證工件的質(zhì)量，逐漸提高轉(zhuǎn)速，通過這一過程，了解毛坯到成品的生產(chǎn)工藝過程，掌握操作車床的基本本領(lǐng)。

四、特種加工

特種加工是利用聲、光、電、磁、原子等能源實現(xiàn)的物理的、化學(xué)的加工方法。如超聲波加工、電火花加工、激光加工、電子束加工、電解加工等，在一些新型材料、難加工材料的加工和精密加工中取得了良好的效果。

部分中職生在校期間接觸過電火花加工和線切割加工，對此類特種加工有一定了解。但是作為特種加工中的多種加工形式，中職生暫時接觸的層面還不夠。不僅要學(xué)會編程，更要學(xué)會解決加工過程中出現(xiàn)問題的辦法。endprint

電火花加工是利用脈沖放電對導(dǎo)電材料的腐蝕作用去除材料，滿足一定的形狀和尺寸要求的一種加工方法。加工時，加工件浸入油基液中，采用黃銅作為電極，施加脈沖電壓，產(chǎn)生脈沖放電進行加工。此類加工常加工任何高硬度、難切削的導(dǎo)電材料，特定條件下也可加工半導(dǎo)體和非導(dǎo)電材料。此類加工的最大優(yōu)點是脈沖參數(shù)可以調(diào)節(jié)，所以粗、半精、精加工都可以在同一臺機床上連續(xù)進行；最大的缺點是電極損耗較快，制作電極的成本較高。

線切割加工時利用移動的金屬絲（常用鉬絲）做電極，按照CAD繪圖圖形或者自行編制的程序進行走絲加工。線切割是一種比較成熟的工藝方法，常用于沖模、樣板、形狀負責(zé)的精密微小零件，以及難切削的導(dǎo)電材料加工。筆者曾帶過線切割實訓(xùn)，剛開始加工工件時總是有條紋，經(jīng)過慢慢摸索，調(diào)整“8-4-2”參數(shù)設(shè)置，加工出來的工件不僅沒有條紋，無論快走絲還是慢走絲，都能達到設(shè)計圖樣給出的尺寸公差和表面質(zhì)量。

中職生不僅要掌握基礎(chǔ)的“車銑刨磨鉆”加工，對一些特征加工也要有所了解與設(shè)計，以拓展自己的知識面。例如激光加工，中職生不僅要了解生活中常用激光來切割加工鉆石，專業(yè)上激光也常用來切割單晶硅硅片，用來制作集成電路或者太陽能基礎(chǔ)元件。

五、表面工程技術(shù)

表面工程技術(shù)即表面功能性覆層技術(shù)。它是通過附著、注入、熱處理等手段，使工件表面具有耐磨、耐蝕、耐疲勞、耐熱、減摩擦等特殊的功能。

生活中表面工程技術(shù)應(yīng)用得很廣泛，其主要目的是裝飾和金屬防腐，有涂料裝飾，如家具、建筑裝飾；有金屬鍍層，如車輛、燈具等的鍍鉻、鍍鎳等；有金屬噴涂、噴塑，如金屬門窗的裝飾等。主要對原有材料進行表面再加工，以達到表面防銹、表面強化、零件修復(fù)的目的。

機械材料大多是金屬材質(zhì)，裸露在空氣中，很容易發(fā)生氧化生銹。而金屬鍍層則可以很有效的解決這個問題，通過金屬鍍層可以隔絕空氣與水的影響，從而達到防止生銹的目的。

很多機械零件不僅要有一定的尺寸公差和良好的表面粗糙度，還要有足夠的強度和硬度，一些應(yīng)用比較頻繁的工件如齒輪、凸輪、鏈條等，表面進行熱處理或是進行拋丸處理，都可以強化表面層，達到表面強化的目的。

機械零件有著精度要求，表面有損傷將會影響機器的正常運轉(zhuǎn)。而通過表面工程技術(shù)進行涂裝，將能極高地修復(fù)破損零件，減少生產(chǎn)成本，同樣達到生產(chǎn)目的，且比原有零件更耐磨耐沖擊。

作為中職生而言，了解表面工程技術(shù)的工藝，熟悉生活中與表面工程技術(shù)有關(guān)的物品，可以提高他們對該技術(shù)的認知，從而達到在生產(chǎn)中結(jié)合各種加工知識對機械行業(yè)有更深的認識。

六、快速成形制造

快速成形制造是利用離散、堆積、層集成形的概念，把一個三維實體零件分解為若干個二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實體零件。利用計算機輔助三維實體造型技術(shù)和CAM技術(shù)相結(jié)合，通過數(shù)控激光機和光敏樹脂等介質(zhì)實現(xiàn)零件的快速成形。

隨著3D打印技術(shù)的不斷完善，中職生對該領(lǐng)域的技術(shù)也通過各種途徑有所了解。在電影《十二生肖》中，通過掃描生成一模一樣的獸首就是比較典型的3D加工。目前3D打印技術(shù)正在向各行業(yè)滲透，像房屋、槍械、飛機、機器等都正逐步走進現(xiàn)實中來。

快速成形制造可以在無需準備任何模具、刀具和工裝卡具的情況下，直接接受指令數(shù)據(jù)，快速制造出新產(chǎn)品的樣件、模具或模型。簡單來說快速成形系統(tǒng)相當(dāng)于一個小型工廠，快速進行加工制造出成品。通過統(tǒng)一的“分層制造、逐層疊加”原理，類似數(shù)學(xué)中的堆壘級數(shù)加法，逐層粘結(jié)起來。其強度和硬度得到進一步的提高。

通過分層制造和逐層疊加，將一個三維實體切成無數(shù)片層，然后用材料添加法將每層做出來并同時連接各層，直到完成整個零件。這其中，最關(guān)鍵的技術(shù)是連接，因為是同種材料，無多余內(nèi)應(yīng)力，可以利用燒結(jié)技術(shù)完成。

作為新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，快速成型制造已經(jīng)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)制造業(yè)，以其高效成型、加工質(zhì)量優(yōu)質(zhì)推廣開來。將來很多的行業(yè)都可以用3D打印完成。作為中職生，可以預(yù)先了解這一行業(yè)，并與時下流行的機器人技術(shù)結(jié)合起來，為產(chǎn)業(yè)制造技術(shù)提高自己的綜合業(yè)務(wù)能力。

七、智能制造技術(shù)

智能制造技術(shù)是指把專家系統(tǒng)、模糊系統(tǒng)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)應(yīng)用于制造中，解決多種復(fù)雜的決策問題，提高制造系統(tǒng)的實用性和技術(shù)水平。

2016年最值得關(guān)注的九大核心智能制造技術(shù)為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算、工業(yè)大數(shù)據(jù)、工業(yè)機器人、3D打印、知識工作自動化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全、虛擬現(xiàn)實和人工智能。這些貌似離我們的中職生很遙遠，但是一旦走上工作崗位，或多或少會接觸到這些先進的理念與核心技術(shù)。目前中國已然是世界上的制造大國，“Made in China”已經(jīng)被越來越多的國家所接受和認同，作為中職學(xué)生，則必須要有更大的理想和抱負，為自己國家的智能制造體系奉獻一份力量。

云計算是目前比較流行的元素，和云網(wǎng)絡(luò)、云儲存一樣，成為人們?nèi)粘Ｉ钪械囊徊糠帧Ｔ入娔X儲存是老式的磁盤，容量小，價格貴，隨著U盤、SD卡的興起，我們能儲存并隨身攜帶的東西越來越多，逐漸的發(fā)展到現(xiàn)在，由原來的郵箱到現(xiàn)在的微云、云保存，逐步滲入到人們的生活中，提前實現(xiàn)了辦公無紙化和辦公快速化。據(jù)了解，云計算可以達到每秒10萬億次的運算能力，其強大的計算能力，甚至可以模擬核爆炸，這些都是我們的前輩們從未想過的體驗。

工業(yè)機器人是目前市場上應(yīng)用并逐步推廣的一種制造模式，原來繁瑣的工序、繁忙的車間，忙碌不停的工人，現(xiàn)在只需要幾個工人輸程序，日常運轉(zhuǎn)就可以進行，中間的跨度不可謂不大。工業(yè)機器人在工作時，既可以接受人類指揮，也可以按照之前的程序運行，實現(xiàn)加工自動化。而且一些特殊的場合，或者一些超出人類潛能的場合如深海底、超高溫等條件下，都可以由工業(yè)機器人來完成。

虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統(tǒng)，像最近比較流行的VR，就是其典型的代表。用戶可以體驗真實的游戲，超逼真的3D電影場景以及對虛擬世界的規(guī)劃。這是多種先進技術(shù)的結(jié)合，不僅將虛擬中的任務(wù)場景變得真實，也可以根據(jù)使用者的頭、眼和手的跟蹤技術(shù)，以及觸覺與力覺的及時反饋，及時處理信息，使用戶投入到虛擬世界中，得到最大的體驗。這一技術(shù)正在蓬勃發(fā)展中，在不久的將來，必將滲透到我們的現(xiàn)實生活中來。

中職生是制造產(chǎn)業(yè)最堅實的人力基礎(chǔ)，只有掌握了先進制造技術(shù)的基本原理，并在平時的工作和生活中不斷實踐，拓寬認知，才能逐漸了解和掌握智能制造技術(shù)中的核心技術(shù)。

八、敏捷制造、清潔生產(chǎn)等概念的提出和應(yīng)用

敏捷制造是美國人提出來的新型制造模式，綜合了JIT、MRPll和LP等先進管理模式的優(yōu)點，從企業(yè)、行業(yè)和市場綜合角度出發(fā)，滿足多元化生產(chǎn)的一個生產(chǎn)系統(tǒng)來實現(xiàn)生產(chǎn)目標的要求。這是對各方面大數(shù)據(jù)分析透徹，對企業(yè)管理不斷與時俱進，對競爭與合作機制提出更高要求的一種全方位考慮，對我國中小企業(yè)有著重要的指導(dǎo)意義。

清潔生產(chǎn)指由一系列能滿足可持續(xù)發(fā)展要求的清潔生產(chǎn)方案所組成的生產(chǎn)、管理、規(guī)劃系統(tǒng)。對生產(chǎn)過程要求節(jié)約原材料和能源，淘汰有毒材料，減降所有廢棄物的數(shù)量與毒性，對產(chǎn)品要求減少從原材料提煉到產(chǎn)品最終處置的全生命周期的不利影響；對服務(wù)要求將環(huán)境因素納入設(shè)計與所提供的服務(wù)中。我們所常見的可分解塑料袋就是最典型的代表，這種塑料袋埋入泥下可自動分解且不會污染周邊環(huán)境。

對于敏捷制造和清潔生產(chǎn)，中職的學(xué)生還需要了解的是其應(yīng)用還需要檢測技術(shù)、質(zhì)量控制技術(shù)、材料技術(shù)、工具技術(shù)等支持，才能保證制造出來的產(chǎn)品滿足各行業(yè)的需求。

國家開設(shè)中職生專業(yè)課程，不僅是為學(xué)生將來工作打下一定的專業(yè)基礎(chǔ)，更是為了讓我們的職業(yè)類學(xué)生了解到當(dāng)前世界最先進的科學(xué)技術(shù)，看到彼此的差距，激發(fā)學(xué)生勵精圖治，學(xué)好本領(lǐng)更好的為社會服務(wù)。從了解到的高新技術(shù)來看，我們的學(xué)生只有平時認真學(xué)習(xí)，掌握牢固的專業(yè)知識，才能在制造技術(shù)日新月異的將來，能夠應(yīng)用和掌控機器，而不是機器牽絆著人。

（責(zé)任編輯：馮志軍）endprint