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标题: 机械发展历程，自己写的 [打印本页]

作者: 我是卡戎 时间: 2018-5-17 12:40
标题: 机械发展历程，自己写的
   人类在漫长的发展过后，仍然在使用着那些他们刚刚从树上走向草原时所用的方法。吃力但是有效的改变着这个世界。

   几百万年前，人类从树上爬下来的时候，茂密的草丛遮住了他们得实现，从而让猿猴逐渐的抬高自己的前肢来观察隐藏在暗处的危险。久而久之，他们变得更加适应直立行走，这就像是经过长期训练的狗狗也会做起来或者站起来向主人表达自己的爱意一样。但是那时候的人却得到了提早发现危险的技能。这个改变直接导致了人类双手的解放。这是一个小小的改进，但是对于人类的发展迈出了巨大的一步--人类第一次拥有了一个可以改变世界的工具——手。手的出现对历史的发展是有推进意义的，客观上它的出现让四肢有了除了行走以外的意义，而主观上，它让人类有了一个发挥自己想象力和创造力的工具。让人类脑容量变大，也变得更加聪明。在哪个茹毛饮血的年代里面人类有了第一个可以靠自己的聪明才智来对抗恶劣环境的利器。在进化的激烈竞争中迈出了坚实的第一步。机械由此而生，他们把石头或者骨头用磨削或者干脆砸断选取比较锐利的部分来打猎、制作自己所需要的东西。文明开始了。

   而第二个突破则是人类对于火的驯服，这一大自然的生灵直到现在还对很多野兽有着发自本能的压制力。它让人类拥有了光明和温暖，熟食带来的大量蛋白质让远古人变得强壮聪明。经过高温后的食物也是安全的、干净的、容易消化的。那时候的人或许不知道，高温会使蛋白质变性。但是他们仍然在利用这个原理得到了更加美味的食物。文明的发展也越来越离不开火。比如中国古代的哲人认为金木水火土是构成世界的元素。而随着火而来的不只是食物，还有陶器的制作。人们把柔软的泥土捏成自己想要的样子，晒干，放入火中烧一段时间，泥土就变成了坚硬的敲上去有回声的陶器，借助陶器人们烧水做饭。似乎历史总是在沿着同样的规律向前。当你在现代车间里看到火红的钢铁在各式各样的冷却液里面呲哇乱叫的时候会不会有心情去想那第一个想用火去烧泥巴来制作陶器的人。再想一想现代的万吨水压机是不是就是那个当初捏泥巴的那双手。

   想了很久不知道如果将工艺转化成机械。古代的能工巧匠是从什么时候制造出来那些现在仍然感觉十分精巧的机关呢。他们没有《机械原理》《机械设计》这些系统的课程，又是样在一次又一次的制作过程中逐渐积累起这些知识？这或许还是一个量变引起质变的绝佳案例。这时候的他们可以制作简单的工具，也可以炼制低熔点的青铜，也可以用青铜工具精细的加工木材，从而制造出不需要一颗钉子完全靠材料互相挤压锁死而坚硬的房子，车子。铸造工艺在青铜时代就已经发展出来了，只是还比较粗糙只能铸造钱币，大锅（又叫做鼎）。大型铸件则是用了到现在仍有应用的失蜡法。就是先用蜡在上面雕刻出和产品一样的样子，然后放到一个大盒子里面，装入沙子、泥土等可以保持形状的材料里面，加热融化里面固体的蜡，使之流出，之后再将熔融的金属加入里面，过个几天的时间把外面的泥土敲掉就留下了一个坚硬的成品。“收天下之兵，铸金人十二”秦时代的金属让秦在混乱的战争中取得了极大的优势，最具代表的就是秦兵阵中的弩，这是在当时最为先进和精细的能大量生产金属产品，而仿制难度极高的特性也让秦在战争中所向睥睨。正所谓科技就是生产力。战争推进科技的进步。

   铁的发现在中国似乎是显得有点鸡肋，冶炼难度大，而所用的地方也和青铜差不多。好在他有很高的硬度才不会被历史所抛弃，开始做农具或者一些武器。就像和面一样改变内部晶格结构的锻造出现了，锻造使铁有了很好的韧性和硬度，并且在捶打的过程中原本含碳量很高的铁，在高温和空气的作用下变成了性能更加优秀的钢，每一个小县城都有一个一直每天在叮叮当当响个不停的铁匠铺。而铁匠成了一个受人尊敬的职业。中国也有了很多比如好钢用在刀刃上的俗语。热处理终于因为铁的出现而变得可能。匠人们通过控制不同的冷却时间逐渐掌握了热处理的技巧还发现了一些比如烤蓝的表面处理的工艺。这个可以让铁表面生成一层致密的氧化膜防止生锈。磨加工，似乎是人类在还在用骨头猎杀猛兽是就会的一种工艺，在这个铁的时代，当然也起到了提高武器锋利程度的作用，而铁棒成针的这个成语则反映了它的另外一个特性，那就是太慢啦。并且小时候如果家里有磨刀石的话就会知道，磨刀石有的软有的硬，硬的磨刀石磨出来的不是那么的锋利，而软的则可以磨出来非常锋利的效果。现在加工工艺中，磨似乎是对一些超级硬的材料唯一的加工手段（机械加工）。以柔克刚，以软克硬，但是这个加工对自己的伤害是很大的。毕竟没人家硬只能用量取胜了。

   古人似乎在火药和火铳的出现后就有了开始的公差的概念。而木器之中大多都是紧配合，而车轴里面大多都是间隙很大的松配合，并在里面设计巧妙的结构用油脂来润滑。这些都是可见的间隙。但是火铳的要求就比较高了，火铳内部要求直，和一定的孔径，而弹丸又不能像木器和车轴一样一个一个配，为了解决这个问题开始就是往里面塞铁砂。然后做越来越大的弹丸。但是太大的弹丸会爆炸或者装不进去。而太小的弹丸有没有足够的力气，所以那些就要控制住不能太大也不能太小，即现在的基孔制偏差为负的间隙配合。而火铳内部的孔，则要有圆柱度，直线度，表面粗糙度等衡量的无基准的外形公差。无基准很好理解，就是他衡量的是他们这个形状而不是位置。位置是必须要有基准的，比如圆柱的基准的垂直度，它是必须要有基准的，要不然和谁垂直。孔最大实体时效尺寸的意思就是，孔这一部分把各种公差都加上，材料最多的时候的样子。而各种各样的类似包容要求的各种东西，就是一个圆柱可以通过还是只是一个圆形的薄片可以通过的差别。

   但是手工时代的精度仍然是很粗糙的，因为定位和驱动全靠的是手，他们得精度完全取决于工匠的手感和他们胳膊是不是足够有劲。虽然已经有了类似现在的木质车床但是进给完全是靠感觉。比如现在仍然有一家用古代的工艺，来车木碗，他用的那个车床就是轴上缠线然后用脚踏板来来回拉扯它实现旋转运动的。

   于是我们把视线转到工业革命刚刚发生的英国。工业革命发生在手工机器的发明上，这个时候传统的机械原理基本成型，新机器的发明呈现了一种风雨欲来的态势。他们都在等着一个强力而且高效的原动机，而那时候的原动机仍然是人力和水力。这极大的限制了工厂的发展。而蒸汽机给了工业生产一个巨大的动力，让人以前所未有的力量和速度去加工机械和生产产品。而蒸汽机和其他机械的精度要求已经远远超过手工能够达到的极限，于是现代意义上的通过螺纹来增大力矩和提高进给精度的机床产生了。有人会问，现在的高精度的机床是怎么做的。而第一代机床肯定特别的粗糙，而整个过程则是通过精度迭代这个过程来慢慢的提高的。就像精度低的机床可以加工出比机床精度要高的零件一样，升级就是这样慢慢的进行。而这个过程的代价仍然是很大的往往制造了很多个零件，但是只有一个刚好可以满足要求。其他的就丢掉或者回炉重造。很多人说中国机床的精度低，容易坏，并把它当成一个国外的月亮比中国月亮圆的很好的例子。但是就我的理解而言，零件的精度必须和它的功能和尺寸相适应，一味的追求高精度，只是往自己的脸上涂脂抹粉。而其内涵则不言自明。有时候对于一个比较大的零件，温度变化所导致的尺寸变化就已经超过了尺寸公差。这样的设计是非常不负责任的。仔细想一想为什么有些零件的装配需要那么高的精度呢。木工的精度几乎是没有错个几毫米也是可以塞进去的，但是紧配合的销轴几微米的误差都有可能插不进去。很明显我们发现另外一个道理，那就是加工精度的要求是和所用的材料的特性有关的。关于提高金属材料的特性则更是玄学。零点几的组份偏差都有可能造成金属机械特性的巨大改变。这个就需要丰富的实验和大量的积累。是一个国家工业底蕴的表现。是不那么容易就追上的。所以，要给中国工业足够的成长时间，等材料好了，精度自然就会变高了。

   工业革命的发生给机械加工技术带来了巨大的突破。经典的机械设计和分析方法也因此变成了一个系统性工程。社会生产生活需要大量的机械也催生了这一产业。制造业变成了一个国家想要发展必须要有的行业。在模拟城市中，一个地区是不是蕴含了丰富的资源，是不是有足够多的钱去开发这些资源成了限制一个地区是不是能做大做强的首要条件。另外从另一方面也凸显了制造业的一个非常关键的特点。那就是资本密集和环境不友好。工业生产带来的巨大污染到现在困扰着中国的前进，也带来了伦敦毒雾事件巨大的社会矛盾。环保成了一个地区是不是发展工业的重要考量。就像在模拟城市中重工业会让整个地区污染加大，居民健康恶化一样。现实中的工业除了带来了大量的劳动岗位也会对人的健康带来很大的伤害。

   可以使用的发电机对人类的发展起到了巨大的推进作用。对于制造业来说，它改变了机械加工的动力方式。使能量可以传递的更加方便，距离更远。电的发现和使用对人类的贡献则体现在其他的方面。比如照明，更好的更精确的温度控制。它的巨大作用在信息传递方面要比机械加工方面体现的更加完善。机械永远不是一个单一学科，它是这一时期，整个社会综合科技实力的体现。而在有了精细的机械加工和强有力的材料之后，以前因为材料瓶颈和加工瓶颈的发明就到了春天。各种各样的发明像雨后春笋一样出现。各种奇葩的让人啼笑皆非的东西也是这个时候出现的。

   例子太多，实在是无法一一的举出来。可以这样说，往窗外望去，只要是那些没有复杂芯片的动力设备都是电力革命的福利。起重机，各种用凸轮连杆构成的机械自动化设备。你用日常生活用品。几乎全是！而电力革命的母鸡，大容量电机，也是机械产品。

   电被发现了，人类的发展从此再也离不开这一种看不见的东西。

   电子技术发展的前提是电的发现，在科技树上的这一枝因为有了三极管和半导体器件的发明开始摆脱了只能做电动机电灯泡的尴尬局面。电力开始自成一枝，独立发展。

   在开始人们想去控制一个机器的话只能用机械构件，借由凸轮连杆螺旋的特点来控制机器的启停和坐标。前面说了人手的精度是很有限的，丝杠齿轮用等角速度或者斜坡原理将人手的精度提高了很多。但是传动效果也和丝杠齿轮它本身的精度有关，并且在高精度的情况下，机床本身的震动，温度引起的热应力更是让机械加工在提高精度的路上遇到了天花板。工程师们开始绞尽脑汁设计了很多的结构来避免这些东西，但是人手的本身缺陷让进步很难。并且丝杠齿轮本身不能联动，不能加工复杂形状的零件。现在急需一种可以加工任意曲面又有很高精度的技术。

   就在这时，电力，这一从加工分出去的旁支开始反哺机械加工。步进电机，伺服电机，光电编码盘的发明使人们可以精确的控制电机的旋转角度。代替了人手之后，机床的进给精度上升了一个新的台阶。高精度母鸡产生的高精度机床又使半导体行业进一步发展。人们有了高精度的机械就可以在一块小小的芯片上面放上成千上万个逻辑单元。人们再也不用在用庞大费电的晶体管计算机了。计算机变身成为了电脑。依靠着芯片内部庞大的逻辑单元，人类第一次有了用手中的工具去对坑无限的可能。

   这次它对人类的改变更加的彻底。他用庞大的计算能力分析材料，生成更加科学的材料配方。3d建模软件让设计师在没有生产之前就清晰的看到自己设计的东西。有限元和物理的发展，让人可以通过优化产品结构来避免产品发生意外，节省了大量的实验费用。

   工业革命优化了控制，设计，但机械加工的开端则是很久很久以前第一个捏泥巴的那个人。

作者: 梦回旧时光 时间: 2018-5-17 13:03
题目太大……

作者: wryp 时间: 2018-5-17 13:52
以此文为纲目，展开后写一下，可以出一本书了！
支持楼主！

作者: yzhflypig 时间: 2018-5-17 14:47
加油出本书

作者: 毒蛊啦 时间: 2018-5-17 14:48
学习了

作者: 猜猜我_HbsAU 时间: 2018-5-17 18:01
NB的人，可以出书了

作者: 菜鸡攻城狮 时间: 2018-5-17 19:51
太长，粗略瞄几眼

作者: 韩寒11 时间: 2018-5-17 20:39
国外发达国家的机床精度可以达到小数点以后四位，咱们国家还差的远一点，小数点后三位还不太容易保证，所以我们国家的机械发展历程还是比较晚一点

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