机械工艺课堂中的大千世界

摘要：一个机械产品的形成有多种制造工艺方式，而目前中职生所了解到的产品加工方式通常由书本获得，了解的知识较匮乏。我国机械制造业是国民经济的支柱产业，各种产业的发展都离不开制造业提供高质量的专用和通用设备。高新技术的介绍，是目前对中职学生应适当渗透的内容，可以从横向和纵向的培养目标来丰富他们的专业知识。

关键词：中职；制造工艺；高新技术

中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2016）05C-0027-04

传统的机械制造工艺过程是一个离散的生产过程，以往令人自豪的“八级钳工”，如今几乎无人问津，这个过程实际是基于生产操作者本身技术水平的一个狭义的制造过程。随着现代技术的飞速发展，传统的机械制造技术与计算机技术、微电子技术、传感技术、数控技术、智能制造技术以及时下流行的3D打印制造技术结合起来形成了符合时代发展的崭新的机械制造工艺基础。

为了适应现代制造工艺的发展趋势，掌握机械制造行业工作所必须掌握的基本技能，中职生学习机械工艺就要形成合理的知识结构，部分制造加工还要与生活实际结合起来，以适应将来不同职业不同岗位上的专业技术要求。

结合职业类学校学生实际学习情况，对照高新技术目前总体发展，与中职类《机械制造工艺基础》课程主要衔接在以下几个方面。

一、制造系统的自动化

机械制造的自动化历经了石器时代、青铜时代、冶铁时代、单机时代，直到现在的自动化生产线、数控机床、加工中心、柔性制造系统、计算机集成制造和并行的阶段，一步步向集成化、智能化方向发展。为提高生产率，改善劳动条件、保证产品质量、实现快速响应提供了必要的保证。

古人在制造青铜剑时，采用了工艺基础中的铸造和锻造、历经多时才能打造出优良的兵器。但是选材受到材质不纯的影响，导致大多数的金属历经岁月无情的变迁，早已锈迹斑驳。

随着工业革命的到来，机器逐步取代以前繁琐的人工。原先几十个甚至上百个劳动力的任务，利用机器可能只要一天就可以完成，大大提高了社会生产力。

现在来说，各式各样的标准件和非标准件充斥着市场，越来越多的机器走向了自动化，智能化。普通中职类学校的实训用数控三轴联动铣床到大学的五轴联动机床，无一不是市场的缩影。加工设计的自动化，例如铣削一个复杂表面，可能只要在软件中直接画出图形，在机床中对好起刀点，程序自动生成，等加工结束，工件已经成型。操作者在这过程中只要负责绘图和简单的开头工作就可以。这样的自动化，在几十年前是想都不敢想的。

作为中职学生，只有学好现有的专业基础知识，才能应对将来不断进步的社会和不断发展的自动化机器，成为行业中的佼佼者。

二、精密工程的普及化

精密工程包括精密与超精密加工技术、微细加工与超微细加工技术、纳米技术等，精密加工的精度已经非常高，而目前中职生所能掌握的只是在1/100mm，精度相差之大也正是技术水平的限制。

随着社会的不断进步，对精密工件的要求也越来越高，上升一个十分位，实际上意味着投入更多的资本。一台普通的0.001mm精度的机床，如果提升到0.0001mm的精度，那么可能机床的价格是原有的几倍甚至十几倍。这不仅印证了科学技术是第一生产力，更表明了机械行业在整个社会经济体中的重要作用。

中职学生只有现在先保证0.01mm的精度，在此基础上不断丰富自己的阅历，提升自己的技术水平，才能在愈演愈烈的人才竞争中脱颖而出，取得自己的荣誉。

三、高速高效加工

高速加工是利用比常规速度高得多的速度实现对被加工零件加工的先进技术。它具有高速高效高精度等特征。在2003年的欧洲机床展上，已经推出了具有转速为60000r/min高速主轴的加工中心。随着干切技术的推进，这样的转速已经被现在的更高速度所取代。

学过普通车床切削的中职学生都知道，工件表面的粗糙度除了与进给量有关，更与切削速度有关。切削速度越快，工件表面质量越好，表面粗糙度值越小，工件更接近设计图样上的要求。目前学生用的机床最快转速在1400r/min左右，主要用于外圆切削。所以更高精度更高速度的机床都在数控机床和加工中心体现高效率。

高速加工已经成为一种趋势，不仅有利于提高生产率，也有利于提高工件本身质量。高速就要求机床有更好的稳定性能，更高的精度，刀具则要有更好的强度硬度以及适应性。高速同时还影响着切削温度。正常情况下，切削区域温度可以达到1000°以上，而高速加工切削区域温度更高。随之影响的是工件材料，如果材料熔点较低，则容易出现黏刀现象。所以不同的工件材料，应选择不同档速的切削速度。

高效加工在机械行业是生产率的保证。越来越科技化的车间，从毛坯件到成品，所花的工时越来越少。原先要保证一个零件的精度，从粗加工车间到半精加工车间，再到精加工车间，过程繁琐且在质检部门也常常出现超差的情况。自从一体化车间的出现，工件的生产效率飞跃地提高，极大的保证了订单生产完成率和部分高效加工机器市场占有率。

中职学生目前所接触的是低中速切削，作为初学者，应先掌握基础知识。了解和掌握CA6140型基础车床，从最初的加工到保证工件的质量，逐渐提高转速，通过这一过程，了解毛坯到成品的生产工艺过程，掌握操作车床的基本本领。

四、特种加工

特种加工是利用声、光、电、磁、原子等能源实现的物理的、化学的加工方法。如超声波加工、电火花加工、激光加工、电子束加工、电解加工等，在一些新型材料、难加工材料的加工和精密加工中取得了良好的效果。

部分中职生在校期间接触过电火花加工和线切割加工，对此类特种加工有一定了解。但是作为特种加工中的多种加工形式，中职生暂时接触的层面还不够。不仅要学会编程，更要学会解决加工过程中出现问题的办法。

电火花加工是利用脉冲放电对导电材料的腐蚀作用去除材料，满足一定的形状和尺寸要求的一种加工方法。加工时，加工件浸入油基液中，采用黄铜作为电极，施加脉冲电压，产生脉冲放电进行加工。此类加工常加工任何高硬度、难切削的导电材料，特定条件下也可加工半导体和非导电材料。此类加工的最大优点是脉冲参数可以调节，所以粗、半精、精加工都可以在同一台机床上连续进行；最大的缺点是电极损耗较快，制作电极的成本较高。

线切割加工时利用移动的金属丝（常用钼丝）做电极，按照CAD绘图图形或者自行编制的程序进行走丝加工。线切割是一种比较成熟的工艺方法，常用于冲模、样板、形状负责的精密微小零件，以及难切削的导电材料加工。笔者曾带过线切割实训，刚开始加工工件时总是有条纹，经过慢慢摸索，调整“8-4-2”参数设置，加工出来的工件不仅没有条纹，无论快走丝还是慢走丝，都能达到设计图样给出的尺寸公差和表面质量。

中职生不仅要掌握基础的“车铣刨磨钻”加工，对一些特征加工也要有所了解与设计，以拓展自己的知识面。例如激光加工，中职生不仅要了解生活中常用激光来切割加工钻石，专业上激光也常用来切割单晶硅硅片，用来制作集成电路或者太阳能基础元件。

五、表面工程技术

表面工程技术即表面功能性覆层技术。它是通过附着、注入、热处理等手段，使工件表面具有耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐热、减摩擦等特殊的功能。

生活中表面工程技术应用得很广泛，其主要目的是装饰和金属防腐，有涂料装饰，如家具、建筑装饰；有金属镀层，如车辆、灯具等的镀铬、镀镍等；有金属喷涂、喷塑，如金属门窗的装饰等。主要对原有材料进行表面再加工，以达到表面防锈、表面强化、零件修复的目的。

机械材料大多是金属材质，裸露在空气中，很容易发生氧化生锈。而金属镀层则可以很有效的解决这个问题，通过金属镀层可以隔绝空气与水的影响，从而达到防止生锈的目的。

很多机械零件不仅要有一定的尺寸公差和良好的表面粗糙度，还要有足够的强度和硬度，一些应用比较频繁的工件如齿轮、凸轮、链条等，表面进行热处理或是进行抛丸处理，都可以强化表面层，达到表面强化的目的。

机械零件有着精度要求，表面有损伤将会影响机器的正常运转。而通过表面工程技术进行涂装，将能极高地修复破损零件，减少生产成本，同样达到生产目的，且比原有零件更耐磨耐冲击。

作为中职生而言，了解表面工程技术的工艺，熟悉生活中与表面工程技术有关的物品，可以提高他们对该技术的认知，从而达到在生产中结合各种加工知识对机械行业有更深的认识。

六、快速成形制造

快速成形制造是利用离散、堆积、层集成形的概念，把一个三维实体零件分解为若干个二维实体制造出来，再经堆积而构成三维实体零件。利用计算机辅助三维实体造型技术和CAM技术相结合，通过数控激光机和光敏树脂等介质实现零件的快速成形。

随着3D打印技术的不断完善，中职生对该领域的技术也通过各种途径有所了解。在电影《十二生肖》中，通过扫描生成一模一样的兽首就是比较典型的3D加工。目前3D打印技术正在向各行业渗透，像房屋、枪械、飞机、机器等都正逐步走进现实中来。

快速成形制造可以在无需准备任何模具、刀具和工装卡具的情况下，直接接受指令数据，快速制造出新产品的样件、模具或模型。简单来说快速成形系统相当于一个小型工厂，快速进行加工制造出成品。通过统一的“分层制造、逐层叠加”原理，类似数学中的堆垒级数加法，逐层粘结起来。其强度和硬度得到进一步的提高。

通过分层制造和逐层叠加，将一个三维实体切成无数片层，然后用材料添加法将每层做出来并同时连接各层，直到完成整个零件。这其中，最关键的技术是连接，因为是同种材料，无多余内应力，可以利用烧结技术完成。

作为新兴产业技术，快速成型制造已经逐步代替传统制造业，以其高效成型、加工质量优质推广开来。将来很多的行业都可以用3D打印完成。作为中职生，可以预先了解这一行业，并与时下流行的机器人技术结合起来，为产业制造技术提高自己的综合业务能力。

七、智能制造技术

智能制造技术是指把专家系统、模糊系统、人工神经网络等技术应用于制造中，解决多种复杂的决策问题，提高制造系统的实用性和技术水平。

2016年最值得关注的九大核心智能制造技术为工业物联网、云计算、工业大数据、工业机器人、3D打印、知识工作自动化、工业网络安全、虚拟现实和人工智能。这些貌似离我们的中职生很遥远，但是一旦走上工作岗位，或多或少会接触到这些先进的理念与核心技术。目前中国已然是世界上的制造大国，“Made in China”已经被越来越多的国家所接受和认同，作为中职学生，则必须要有更大的理想和抱负，为自己国家的智能制造体系奉献一份力量。

云计算是目前比较流行的元素，和云网络、云储存一样，成为人们日常生活中的一部分。原先电脑储存是老式的磁盘，容量小，价格贵，随着U盘、SD卡的兴起，我们能储存并随身携带的东西越来越多，逐渐的发展到现在，由原来的邮箱到现在的微云、云保存，逐步渗入到人们的生活中，提前实现了办公无纸化和办公快速化。据了解，云计算可以达到每秒10万亿次的运算能力，其强大的计算能力，甚至可以模拟核爆炸，这些都是我们的前辈们从未想过的体验。

工业机器人是目前市场上应用并逐步推广的一种制造模式，原来繁琐的工序、繁忙的车间，忙碌不停的工人，现在只需要几个工人输程序，日常运转就可以进行，中间的跨度不可谓不大。工业机器人在工作时，既可以接受人类指挥，也可以按照之前的程序运行，实现加工自动化。而且一些特殊的场合，或者一些超出人类潜能的场合如深海底、超高温等条件下，都可以由工业机器人来完成。

虚拟现实技术是一种创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，像最近比较流行的VR，就是其典型的代表。用户可以体验真实的游戏，超逼真的3D电影场景以及对虚拟世界的规划。这是多种先进技术的结合，不仅将虚拟中的任务场景变得真实，也可以根据使用者的头、眼和手的跟踪技术，以及触觉与力觉的及时反馈，及时处理信息，使用户投入到虚拟世界中，得到最大的体验。这一技术正在蓬勃发展中，在不久的将来，必将渗透到我们的现实生活中来。

中职生是制造产业最坚实的人力基础，只有掌握了先进制造技术的基本原理，并在平时的工作和生活中不断实践，拓宽认知，才能逐渐了解和掌握智能制造技术中的核心技术。

八、敏捷制造、清洁生产等概念的提出和应用

敏捷制造是美国人提出来的新型制造模式，综合了JIT、MRPll和LP等先进管理模式的优点，从企业、行业和市场综合角度出发，满足多元化生产的一个生产系统来实现生产目标的要求。这是对各方面大数据分析透彻，对企业管理不断与时俱进，对竞争与合作机制提出更高要求的一种全方位考虑，对我国中小企业有着重要的指导意义。

清洁生产指由一系列能满足可持续发展要求的清洁生产方案所组成的生产、管理、规划系统。对生产过程要求节约原材料和能源，淘汰有毒材料，减降所有废弃物的数量与毒性，对产品要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；对服务要求将环境因素纳入设计与所提供的服务中。我们所常见的可分解塑料袋就是最典型的代表，这种塑料袋埋入泥下可自动分解且不会污染周边环境。

对于敏捷制造和清洁生产，中职的学生还需要了解的是其应用还需要检测技术、质量控制技术、材料技术、工具技术等支持，才能保证制造出来的产品满足各行业的需求。

国家开设中职生专业课程，不仅是为学生将来工作打下一定的专业基础，更是为了让我们的职业类学生了解到当前世界最先进的科学技术，看到彼此的差距，激发学生励精图治，学好本领更好的为社会服务。从了解到的高新技术来看，我们的学生只有平时认真学习，掌握牢固的专业知识，才能在制造技术日新月异的将来，能够应用和掌控机器，而不是机器牵绊着人。

（责任编辑：冯志军）

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