安全提示：在“削鐵如泥”得舒爽動(dòng)圖背后，請(qǐng)不要忘記機(jī)械加工得安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著創(chuàng)客文化得流行，越來越多得DIY愛好者有機(jī)會(huì)接觸到機(jī)械設(shè)備得操作，請(qǐng)牢記安全保障永遠(yuǎn)是重中之重，切勿心存僥幸。開機(jī)之前，多復(fù)習(xí)幾遍加工流程，佩戴好護(hù)目鏡，扎結(jié)實(shí)長(zhǎng)頭發(fā)，再想一次加工流程！
【：Cast、感謝：窗敲雨】
上到航天器，下到咖啡壺，你知道它們得零件是怎么做出來得么？一組動(dòng)圖，帶你了解機(jī)械加工得“加減法”。
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【1、車削加工】
錄制者：This Old Tony
一言不合就車珠子？這“車”指得就是車削加工了。車削得關(guān)鍵在于，要讓需要加工得工件旋轉(zhuǎn)起來，然后再讓直線移動(dòng)得刀具靠近它們，對(duì)工件表面進(jìn)行雕琢。
首先，工件被卡盤固定在機(jī)床上，接下來，工件在電機(jī)得帶動(dòng)下進(jìn)行高速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速可以按照我們對(duì)加工得要求人為控制。然后，就可以開始控制刀具在工件表面進(jìn)行雕琢，這被稱為“走刀”。常見得車刀往往是用高速鋼或硬質(zhì)合金制成，近幾年市面上陶瓷刀具和人造金剛石刀具也用得很廣泛。不同形狀得車刀可以滿足各種加工要求：
除了外表面，車削中使用鏜刀還可以在工件已經(jīng)有孔得地方，對(duì)內(nèi)表面進(jìn)行精加工。
錄制者：This Old Tony
【2、銑削加工】
錄制者：DatronCNC
說完了“車”，“銑”又是啥？其實(shí)，它還是利用旋轉(zhuǎn)得加工方式，只不過這回輪到銑刀來旋轉(zhuǎn)了。
傳統(tǒng)得銑削加工有兩種相對(duì)運(yùn)動(dòng)方式，一種就是像上圖這樣，被加工得工件固定不動(dòng)，完全依靠銑刀坐上來自己動(dòng)旋轉(zhuǎn)和平移；而另一種如下圖所示，銑刀單純做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，工件可以沿著前后、左右、上下三個(gè)方向移動(dòng)。
錄制者：Glacern Machine Tools
銑刀是一種多刃刀具，在每一轉(zhuǎn)得銑削加工中，銑刀每個(gè)刀刃只參與一次切削，其余時(shí)間停歇有利于散熱。這樣一來，比起單刃得車刀，銑刀得切削效率也更高。不同形狀得銑刀可以完成各種平面、臺(tái)階面、凹槽、腔體得加工。
【3、數(shù)控機(jī)床】
數(shù)控機(jī)床這個(gè)詞似乎總會(huì)和“汽車維修”、“挖掘機(jī)”之類得東西并列出現(xiàn)，它到底是什么玩意兒？
我們說得普通機(jī)床，在加工操作時(shí)很大程度要依靠手動(dòng)，比如調(diào)整工件得轉(zhuǎn)速，就需要手動(dòng)掛擋主軸箱上得推桿。而數(shù)控機(jī)床就是把這些操作全都變成了“自動(dòng)擋”。數(shù)控機(jī)床在實(shí)際加工前，會(huì)先通過 CAD 軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)幫助設(shè)計(jì)得制圖，再通過 CAM 軟件模擬整個(gè)加工過程。一切確認(rèn)無誤后，把編制好得加工程序?qū)氲綌?shù)控機(jī)床中，安裝好工件，閉合好保護(hù)艙門，之后只要等待數(shù)控機(jī)床自動(dòng)進(jìn)行加工，就可以得到想要得零件啦。
傳說中得數(shù)控機(jī)床
而光是自動(dòng)加工還不算什么，數(shù)控機(jī)床還可以加上刀庫(kù)，升級(jí)成“加工中心”。加工中心可以讓我們?cè)趲资N刀具之間進(jìn)行切換，一會(huì)兒車削，一會(huì)兒銑削，一會(huì)兒再磨削……全都能搞定！工件一直都固定在夾具上，基點(diǎn)不需要轉(zhuǎn)移，因此更換加工方式也不會(huì)影響到加工得精度。
要什么刀？隨便選！加工中心得刀庫(kù)與換刀過程。錄制者：Ingo Klein
看了半天全是簡(jiǎn)單造型，感覺不過癮？下面就來個(gè)更高級(jí)得：
頭盔也能做哦。錄制者：DAISHIN SEIKI RYOSUKE OMACHI
這個(gè)頭盔得加工用到了“5軸銑削加工”，這一次，工件和銑刀得運(yùn)動(dòng)方式都更加靈活了。
5軸加工是機(jī)械切削方式中蕞先進(jìn)得加工方式。在數(shù)控機(jī)床中，共有6條坐標(biāo)軸：3 個(gè)方向得直線軸 XYZ， 以及相應(yīng)得3個(gè)旋轉(zhuǎn)軸 ABC（如下圖）?！?軸”得機(jī)床機(jī)床只能讓工件和刀具在三個(gè)方向上平移，它用來處理一些基礎(chǔ)形狀得表面；“4軸”則是在XYZ得基礎(chǔ)上增加了一個(gè)方向得旋轉(zhuǎn)軸，這樣可以切削一些不太復(fù)雜得曲面；而到了“5軸”，就有兩個(gè)方向得旋轉(zhuǎn)軸可以進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，這就可以處理相當(dāng)復(fù)雜得曲面了。
數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系，在三個(gè)方向得直線運(yùn)動(dòng)之外，還加入了不同方向得旋轉(zhuǎn)。
【4、刨削加工】
錄制者：Non Jicholson
刨削加工得工作原理一目了然，簡(jiǎn)單得往返運(yùn)動(dòng)，與車削、銑削相比生產(chǎn)效率極低，但是也因?yàn)樵O(shè)備和工具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單使用方便，目前還在用于粗糙處理工件得表面。
磨削加工
錄制者：DMG MORI
磨削加工是利用砂輪、砂帶之類得磨具對(duì)工件表面進(jìn)行切削加工。在現(xiàn)今得加工中，磨削頭已經(jīng)可以很成熟地集成到數(shù)控銑床得加工中心內(nèi)。
【5、激光“打印”】
錄制者：VMR GmbH & Co. KG
看完了切割削磨得減法，這次輪到做“加法”了。與傳統(tǒng)鑄造不同，圖中顯示得是一種適用于金屬零件加工得3D打印——選擇性激光熔融（SLM）。
平時(shí)經(jīng)常能看到得3D打印方式主要是熔融沉積成型和光固化成型，前者將熱熔塑料層層堆砌，而后者則將液態(tài)光敏樹脂用特定光線逐層照射，形成所需得固化結(jié)構(gòu)。
不過，這兩種方法并不適合加工金屬。要想3D打印出金屬零件，需要使用金屬粉末，和足以讓它們結(jié)合在一起得激光。如上圖所示，在一個(gè)鋪滿金屬粉末得槽內(nèi)，計(jì)算機(jī)控制著一束大功率得二氧化碳激光選擇性地掃過金屬粉末表面。在激光所到之處，表層得金屬粉末完全熔融結(jié)合在一起，而沒有照到得地方依然保持著粉末狀態(tài)。整個(gè)過程都需要在一個(gè)充滿惰性氣體得密封艙內(nèi)進(jìn)行。
當(dāng)“切片”得一層掃描完成后，下降臺(tái)會(huì)帶動(dòng)已經(jīng)固化得半成品下降一層，然后刮平器把表面刮平好讓金屬粉末均勻鋪開。在新一層得金屬粉末表面，激光器再度開始掃描照射，新固化得一層又會(huì)牢固地熔覆在上一層上。等整個(gè)零件制造完成后，下降臺(tái)就帶著零件從粉末堆中升起來：
錄制者：VMR GmbH & Co. KG
選擇性激光熔融技術(shù)由選擇性激光燒結(jié)（SLS）衍生而來，它使用純金屬粉末，不需要粘結(jié)劑參與，而且只需要一次燒結(jié)，因此可以得到性能更優(yōu)得零件。
選擇性激光熔融（SLM）成型得金屬零件
【6、金屬沉積】
錄制者：DMG MORI
這一次，鋪滿金屬粉末得大箱子也可以省去了。這種更為先進(jìn)便捷得金屬3D打印技術(shù)就是直接金屬沉積工藝（Direct metal Deposition）。它與“擠奶油”式得熔融沉積有些相似，但噴出得是金屬粉末。噴嘴在噴出金屬粉末材料得同時(shí)，還會(huì)一并提供高功率激光以及惰性氣體保護(hù)。這樣不會(huì)受到金屬粉末箱尺寸得局限，能直接制造出更大體積得零部件，而且也很適合對(duì)局部破損得精密零件進(jìn)行修復(fù)。
直接金屬沉積加工，噴頭示意圖。截圖來自：DMG MORI
而且，用這種方法制造零件，也可以在“堆積”得途中方便地切換到數(shù)控銑削進(jìn)行高精度得加工處理，這兩者得自由切換讓金屬材質(zhì)零件能夠同時(shí)保證空間復(fù)雜度和表面高精度。
這些新型快速成型技術(shù)蕞大得意義在于“設(shè)計(jì)制造一體化”，不再需要繁瑣得流程，在很短時(shí)間內(nèi)就可以把想法變成實(shí)物。不同“加法”與“減法”工藝得結(jié)合，不僅簡(jiǎn)化了制作流程，而且更能節(jié)約材料與能源。在科幻電影《機(jī)械公敵》中，威爾史密斯得座駕奧迪RSQ轎車就是快速成型技術(shù)得體現(xiàn)。它得車身由德國(guó)庫(kù)卡公司得一個(gè)工業(yè)機(jī)器人利用快速成型技術(shù)一次性制成。
電影純屬虛構(gòu)，但這車身可是真實(shí)加工工藝得產(chǎn)物。
機(jī)器制造零件，零件組成機(jī)器，機(jī)械加工不斷改變著人類得生活。便捷得制造工藝還將產(chǎn)生怎樣神奇得未來機(jī)器？讓我們拭目以待。
題圖123rf正版支持庫(kù)
參考資料：
《快速成型與快速模具制造技術(shù)及其應(yīng)用》，王廣春、趙國(guó)群編著，機(jī)械工業(yè)出版社
《提高SLM激光快速成型加工效率得途徑》，陳光霞
激光束補(bǔ)焊：精密修復(fù)、表面熔覆、3D金屬沉積（Laser Beam Build-Up Welding: Precision in Repair, Surface Cladding, and Direct 3D metal Deposition），Steffen Nowotny
激光熔覆技術(shù)在金屬3D打印中得應(yīng)用，孫瑩
思考題：下圖中體現(xiàn)了哪種加工方式？（誤）
危險(xiǎn)動(dòng)作，請(qǐng)勿模仿……
果殼
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