機械工藝課堂中的大千世界

瞿冬偉

摘要：一個機械產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。我國機械制造業是國民經濟的支柱產業，各種產業的發展都離不開制造業提供高質量的專用和通用設備。高新技術的介紹，是目前對中職學生應適當滲透的內容，可以從橫向和縱向的培養目標來豐富他們的專業知識。

關鍵詞：中職；制造工藝；高新技術

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

傳統的機械制造工藝過程是一個離散的生產過程，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操作者本身技術水平的一個狹義的制造過程。隨著現代技術的飛速發展，傳統的機械制造技術與計算機技術、微電子技術、傳感技術、數控技術、智能制造技術以及時下流行的3D打印制造技術結合起來形成了符合時代發展的嶄新的機械制造工藝基礎。

為了適應現代制造工藝的發展趨勢，掌握機械制造行業工作所必須掌握的基本技能，中職生學習機械工藝就要形成合理的知識結構，部分制造加工還要與生活實際結合起來，以適應將來不同職業不同崗位上的專業技術要求。

結合職業類學校學生實際學習情況，對照高新技術目前總體發展，與中職類《機械制造工藝基礎》課程主要銜接在以下幾個方面。

一、制造系統的自動化

機械制造的自動化歷經了石器時代、青銅時代、冶鐵時代、單機時代，直到現在的自動化生產線、數控機床、加工中心、柔性制造系統、計算機集成制造和并行的階段，一步步向集成化、智能化方向發展。為提高生產率，改善勞動條件、保證產品質量、實現快速響應提供了必要的保證。

古人在制造青銅劍時，采用了工藝基礎中的鑄造和鍛造、歷經多時才能打造出優良的兵器。但是選材受到材質不純的影響，導致大多數的金屬歷經歲月無情的變遷，早已銹跡斑駁。

隨著工業革命的到來，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，利用機器可能只要一天就可以完成，大大提高了社會生產力。

現在來說，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。普通中職類學校的實訓用數控三軸聯動銑床到大學的五軸聯動機床，無一不是市場的縮影。加工設計的自動化，例如銑削一個復雜表面，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，等加工結束，工件已經成型。操作者在這過程中只要負責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。

作為中職學生，只有學好現有的專業基礎知識，才能應對將來不斷進步的社會和不斷發展的自動化機器，成為行業中的佼佼者。

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、微細加工與超微細加工技術、納米技術等，精密加工的精度已經非常高，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。這不僅印證了科學技術是第一生產力，更表明了機械行業在整個社會經濟體中的重要作用。

中職學生只有現在先保證0.01mm的精度，在此基礎上不斷豐富自己的閱歷，提升自己的技術水平，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速度高得多的速度實現對被加工零件加工的先進技術。它具有高速高效高精度等特征。在2003年的歐洲機床展上，已經推出了具有轉速為60000r/min高速主軸的加工中心。隨著干切技術的推進，這樣的轉速已經被現在的更高速度所取代。

學過普通車床切削的中職學生都知道，工件表面的粗糙度除了與進給量有關，更與切削速度有關。切削速度越快，工件表面質量越好，表面粗糙度值越小，工件更接近設計圖樣上的要求。目前學生用的機床最快轉速在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控機床和加工中心體現高效率。

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

高效加工在機械行業是生產率的保證。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，過程繁瑣且在質檢部門也常常出現超差的情況。自從一體化車間的出現，工件的生產效率飛躍地提高，極大的保證了訂單生產完成率和部分高效加工機器市場占有率。

中職學生目前所接觸的是低中速切削，作為初學者，應先掌握基礎知識。了解和掌握CA6140型基礎車床，從最初的加工到保證工件的質量，逐漸提高轉速，通過這一過程，了解毛坯到成品的生產工藝過程，掌握操作車床的基本本領。

四、特種加工

特種加工是利用聲、光、電、磁、原子等能源實現的物理的、化學的加工方法。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。不僅要學會編程，更要學會解決加工過程中出現問題的辦法。endprint

電火花加工是利用脈沖放電對導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、難切削的導電材料，特定條件下也可加工半導體和非導電材料。此類加工的最大優點是脈沖參數可以調節，所以粗、半精、精加工都可以在同一臺機床上連續進行；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、形狀負責的精密微小零件，以及難切削的導電材料加工。筆者曾帶過線切割實訓，剛開始加工工件時總是有條紋，經過慢慢摸索，調整“8-4-2”參數設置，加工出來的工件不僅沒有條紋，無論快走絲還是慢走絲，都能達到設計圖樣給出的尺寸公差和表面質量。

中職生不僅要掌握基礎的“車銑刨磨鉆”加工，對一些特征加工也要有所了解與設計，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元件。

五、表面工程技術

表面工程技術即表面功能性覆層技術。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應用得很廣泛，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、零件修復的目的。

機械材料大多是金屬材質，裸露在空氣中，很容易發生氧化生銹。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。而通過表面工程技術進行涂裝，將能極高地修復破損零件，減少生產成本，同樣達到生產目的，且比原有零件更耐磨耐沖擊。

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

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，再經堆積而構成三維實體零件。利用計算機輔助三維實體造型技術和CAM技術相結合，通過數控激光機和光敏樹脂等介質實現零件的快速成形。

隨著3D打印技術的不斷完善，中職生對該領域的技術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打印技術正在向各行業滲透，像房屋、槍械、飛機、機器等都正逐步走進現實中來。

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，直接接受指令數據，快速制造出新產品的樣件、模具或模型。簡單來說快速成形系統相當于一個小型工廠，快速進行加工制造出成品。通過統一的“分層制造、逐層疊加”原理，類似數學中的堆壘級數加法，逐層粘結起來。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，最關鍵的技術是連接，因為是同種材料，無多余內應力，可以利用燒結技術完成。

作為新興產業技術，快速成型制造已經逐步代替傳統制造業，以其高效成型、加工質量優質推廣開來。將來很多的行業都可以用3D打印完成。作為中職生，可以預先了解這一行業，并與時下流行的機器人技術結合起來，為產業制造技術提高自己的綜合業務能力。

七、智能制造技術

智能制造技術是指把專家系統、模糊系統、人工神經網絡等技術應用于制造中，解決多種復雜的決策問題，提高制造系統的實用性和技術水平。

2016年最值得關注的九大核心智能制造技術為工業物聯網、云計算、工業大數據、工業機器人、3D打印、知識工作自動化、工業網絡安全、虛擬現實和人工智能。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。目前中國已然是世界上的制造大國，“Made in China”已經被越來越多的國家所接受和認同，作為中職學生，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，和云網絡、云儲存一樣，成為人們日常生活中的一部分。原先電腦儲存是老式的磁盤，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，逐漸的發展到現在，由原來的郵箱到現在的微云、云保存，逐步滲入到人們的生活中，提前實現了辦公無紙化和辦公快速化。據了解，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。

工業機器人是目前市場上應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，現在只需要幾個工人輸程序，日常運轉就可以進行，中間的跨度不可謂不大。工業機器人在工作時，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，都可以由工業機器人來完成。

虛擬現實技術是一種創建和體驗虛擬世界的計算機仿真系統，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劃。這是多種先進技術的結合，不僅將虛擬中的任務場景變得真實，也可以根據使用者的頭、眼和手的跟蹤技術，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。這一技術正在蓬勃發展中，在不久的將來，必將滲透到我們的現實生活中來。

中職生是制造產業最堅實的人力基礎，只有掌握了先進制造技術的基本原理，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中的核心技術。

八、敏捷制造、清潔生產等概念的提出和應用

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點，從企業、行業和市場綜合角度出發，滿足多元化生產的一個生產系統來實現生產目標的要求。這是對各方面大數據分析透徹，對企業管理不斷與時俱進，對競爭與合作機制提出更高要求的一種全方位考慮，對我國中小企業有著重要的指導意義。

清潔生產指由一系列能滿足可持續發展要求的清潔生產方案所組成的生產、管理、規劃系統。對生產過程要求節約原材料和能源，淘汰有毒材料，減降所有廢棄物的數量與毒性，對產品要求減少從原材料提煉到產品最終處置的全生命周期的不利影響；對服務要求將環境因素納入設計與所提供的服務中。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境。

對于敏捷制造和清潔生產，中職的學生還需要了解的是其應用還需要檢測技術、質量控制技術、材料技術、工具技術等支持，才能保證制造出來的產品滿足各行業的需求。

國家開設中職生專業課程，不僅是為學生將來工作打下一定的專業基礎，更是為了讓我們的職業類學生了解到當前世界最先進的科學技術，看到彼此的差距，激發學生勵精圖治，學好本領更好的為社會服務。從了解到的高新技術來看，我們的學生只有平時認真學習，掌握牢固的專業知識，才能在制造技術日新月異的將來，能夠應用和掌控機器，而不是機器牽絆著人。

（責任編輯：馮志軍）endprint