作为一个物理工作者，车铣刨磨钻… 一个都不能少

提起机械加工，大家首先想到的可能是大学时期的金工实习，心里或许还有一点被小锤子或者机器人手臂支配的恐惧。事实上，作为一名实验物理工作者，机械加工还真的是一种不可或缺的技能。

马克思讲人与动物的根本区别就是会不会制造和使用工具。机械加工就是人类发展到近代以后，对金属和其他材料进行处理重要工具。机械加工分类十分丰富，并且随着技术进步，新的加工工艺也被逐渐开发出来，主要包括车、铣、刨、磨、钻、线切割、3D打印等。

下面我们通过机械加工设备来了解每一种加工工艺。

加工设备

0 1

车床

车床是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。

车床分为普通车床和数控车床，普通车床依靠工人人为控制零件的加工精度，对公认的操作水平要求更高；数控车床通过电脑编程来控制加工过程，加工效率和精度都更高。

02

铣床

铣床主要指用铣刀对工件多种表面进行加工的机床。通常铣刀以旋转运动为主运动，工件和铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。

铣床和车床是机加工中应用最为广泛的两种设备，车床为加工件旋转，车刀进动，适合加工圆形零件；铣床为铣刀旋转，加工件进动，适合加工平面。

03

刨床

刨床是用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。

使用刨床加工，刀具较简单，但生产率较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在大批量生产中往往被铣床所代替。

04

磨床

磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。 

大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。

05

钻床

钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。

钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。

06

线切割机

前苏联拉扎联科夫妇研究开关触点受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，发现电火花的瞬时高温可以使局部的金属熔化、氧化而被腐蚀掉，从而开创和发明了电火花加工方法。

线切割机也于1960年发明于前苏联，我国是第一个用于工业生产的国家。主要用于进行异形工件的加工。线切割分为快走丝和慢走丝，相应的加工的表面粗糙度不同。

07

加工中心

加工中心是由数控铣床发展而来的，它具有铣刀库，可以程序控制自动更换铣刀，所以相对自动化程度更高。此外部分加工中心具有车铣复合的功能，能够同时完成车床和铣床的工作。

现在，加工中心已经被广泛应用，有些高水平的机械加工厂加工中心的数量已经查过车床和铣床。加工中心对操作员的要求更高，不仅要了解机械加工工艺，还要求具有数字编程的能力。

08

3D打印机

3D打印（3DP）即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。 

3D打印技术是近年来十分火热的一种加工工艺，它通常是采用先通过计算机将要打印的物体进行建模，再通过3D打印机对工件进行打印。

由于3D打印的灵活性，这种工艺受到了广泛的关注，甚至提出3D打印可以打印一切。但是3D打印现在只是小规模的应用，主要受限于材料选择和加工尺寸。

0 1

物理所机械加工厂

物理所机械加工厂始建于北平研究院物理研究所严济慈先生任所长时期，历经几十年依然服务于物理研究一线。巅峰时期，物理所机械加工厂有员工百余人，加工工艺完备，工种齐全。

现在，数控车床、电火花线切割、四轴加工中心、五轴数控加工中心等现代化的加工设备一应俱全。作为大部分实验设备都靠自己搭建的博士生，加工厂成为我除了实验室和宿舍外，度过时间最长的地方。

物理所机械加工厂承担了许多物理所实验设备的加工工作，为科研人员开展实验研究做出了重要保障。

部分机械加工成果

0 2

机械制图软件

机械制图是完成机械加工的第一步，也是需要我们物理工作者根据实验情况完成自主设计。 

目前，最为流行的机械制图软件包括AutoCAD和Solidworks。其中Solidworks作为三维作图软件，更加容易上手。

虽然Solidworks上手简单，但是功能仍然强大，它可以通过装配多个零件将设备的完整形态展现出来，甚至可以做一些简单的流体和受力分析。用好Solidworks也成为一个实验物理工作者的一项基本功。

0 3

小结

机械加工是一个实践性很强的工作，完成机械制图仅仅是开始，我们还要多关注机械加工工艺的具体原理和流程。

如果有条件的话要多深入机械加工的一线，与工人多交流，每位工人都有自己的绝活。

此外，我们在设计零件时首先要考虑的就是如何完成零件的加工，注重零件的可加工性，这样加工出来的零件才能最大满足自己的设计，更重要的是——可以为导师节省经费呀！

参考资料：

1. 百度百科

2. 物理所机械加工厂

3. Solidworks

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作者：申见昕

审稿：闫丽琴

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