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人類在漫長的發(fā)展過后,，仍然在使用著那些他們剛剛從樹上走向草原時所用的方法。吃力但是有效的改變著這個世界,。
幾百萬年前,，人類從樹上爬下來的時候，茂密的草叢遮住了他們得實現(xiàn),，從而讓猿猴逐漸的抬高自己的前肢來觀察隱藏在暗處的危險,。久而久之，他們變得更加適應(yīng)直立行走,，這就像是經(jīng)過長期訓(xùn)練的狗狗也會做起來或者站起來向主人表達自己的愛意一樣,。但是那時候的人卻得到了提早發(fā)現(xiàn)危險的技能。這個改變直接導(dǎo)致了人類雙手的解放,。這是一個小小的改進,，但是對于人類的發(fā)展邁出了巨大的一步--人類第一次擁有了一個可以改變世界的工具——手。手的出現(xiàn)對歷史的發(fā)展是有推進意義的,，客觀上它的出現(xiàn)讓四肢有了除了行走以外的意義,，而主觀上，它讓人類有了一個發(fā)揮自己想象力和創(chuàng)造力的工具,。讓人類腦容量變大，也變得更加聰明,。在哪個茹毛飲血的年代里面人類有了第一個可以靠自己的聰明才智來對抗惡劣環(huán)境的利器,。在進化的激烈競爭中邁出了堅實的第一步。機械由此而生,，他們把石頭或者骨頭用磨削或者干脆砸斷選取比較銳利的部分來打獵,、制作自己所需要的東西。文明開始了,。
而第二個突破則是人類對于火的馴服,，這一大自然的生靈直到現(xiàn)在還對很多野獸有著發(fā)自本能的壓制力。它讓人類擁有了光明和溫暖,，熟食帶來的大量蛋白質(zhì)讓遠古人變得強壯聰明,。經(jīng)過高溫后的食物也是安全的、干凈的,、容易消化的,。那時候的人或許不知道，高溫會使蛋白質(zhì)變性,。但是他們?nèi)匀辉诶眠@個原理得到了更加美味的食物,。文明的發(fā)展也越來越離不開火。比如中國古代的哲人認為金木水火土是構(gòu)成世界的元素,。而隨著火而來的不只是食物,，還有陶器的制作,。人們把柔軟的泥土捏成自己想要的樣子，曬干,，放入火中燒一段時間,，泥土就變成了堅硬的敲上去有回聲的陶器，借助陶器人們燒水做飯,。似乎歷史總是在沿著同樣的規(guī)律向前,。當(dāng)你在現(xiàn)代車間里看到火紅的鋼鐵在各式各樣的冷卻液里面呲哇亂叫的時候會不會有心情去想那第一個想用火去燒泥巴來制作陶器的人。再想一想現(xiàn)代的萬噸水壓機是不是就是那個當(dāng)初捏泥巴的那雙手,。
想了很久不知道如果將工藝轉(zhuǎn)化成機械,。古代的能工巧匠是從什么時候制造出來那些現(xiàn)在仍然感覺十分精巧的機關(guān)呢。他們沒有《機械 原理》《機械設(shè)計》這些系統(tǒng)的課程,，又是樣在一次又一次的制作過程中逐漸積累起這些知識,？這或許還是一個量變引起質(zhì)變的絕佳案例。這時候的他們可以制作簡單的工具,，也可以煉制低熔點的青銅,，也可以用青銅工具精細的加工木材，從而制造出不需要一顆釘子完全靠材料互相擠壓鎖死而堅硬的房子,，車子,。鑄造工藝在青銅時代就已經(jīng)發(fā)展出來了，只是還比較粗糙只能鑄造錢幣,，大鍋（又叫做鼎）,。大型鑄件則是用了到現(xiàn)在仍有應(yīng)用的失蠟法。就是先用蠟在上面雕刻出和產(chǎn)品一樣的樣子,，然后放到一個大盒子里面,，裝入沙子、泥土等可以保持形狀的材料里面,，加熱融化里面固體的蠟,，使之流出，之后再將熔融的金屬加入里面,，過個幾天的時間把外面的泥土敲掉就留下了一個堅硬的成品,。“收天下之兵,，鑄金人十二”秦時代的金屬讓秦在混亂的戰(zhàn)爭中取得了極大的優(yōu)勢,，最具代表的就是秦兵陣中的弩，這是在當(dāng)時最為先進和精細的能大量生產(chǎn)金屬產(chǎn)品,，而仿制難度極高的特性也讓秦在戰(zhàn)爭中所向睥睨,。正所謂科技就是生產(chǎn)力。戰(zhàn)爭推進科技的進步,。
鐵的發(fā)現(xiàn)在中國似乎是顯得有點雞肋,，冶煉難度大,，而所用的地方也和青銅差不多。好在他有很高的硬度才不會被歷史所拋棄,，開始做農(nóng)具或者一些武器,。就像和面一樣改變內(nèi)部晶格結(jié)構(gòu)的鍛造出現(xiàn)了，鍛造使鐵有了很好的韌性和硬度,，并且在捶打的過程中原本含碳量很高的鐵,，在高溫和空氣的作用下變成了性能更加優(yōu)秀的鋼，每一個小縣城都有一個一直每天在叮叮當(dāng)當(dāng)響個不停的鐵匠鋪,。而鐵匠成了一個受人尊敬的職業(yè),。中國也有了很多比如好鋼用在刀刃上的俗語。熱處理終于因為鐵的出現(xiàn)而變得可能,。匠人們通過控制不同的冷卻時間逐漸掌握了熱處理的技巧還發(fā)現(xiàn)了一些比如烤藍的表面處理的工藝,。這個可以讓鐵表面生成一層致密的氧化膜防止生銹。磨加工,，似乎是人類在還在用骨頭獵殺猛獸是就會的一種工藝,，在這個鐵的時代，當(dāng)然也起到了提高武器鋒利程度的作用,，而鐵棒成針的這個成語則反映了它的另外一個特性,，那就是太慢啦。并且小時候如果家里有磨刀石的話就會知道,，磨刀石有的軟有的硬,，硬的磨刀石磨出來的不是那么的鋒利，而軟的則可以磨出來非常鋒利的效果�,，F(xiàn)在加工工藝中，磨似乎是對一些超級硬的材料唯一的加工手段（機械加工）,。以柔克剛，以軟克硬，但是這個加工對自己的傷害是很大的,。畢竟沒人家硬只能用量取勝了,。
古人似乎在火藥和火銃的出現(xiàn)后就有了開始的公差的概念。而木器之中大多都是緊配合,，而車軸里面大多都是間隙很大的松配合,，并在里面設(shè)計巧妙的結(jié)構(gòu)用油脂來潤滑。這些都是可見的間隙,。但是火銃的要求就比較高了,，火銃內(nèi)部要求直，和一定的孔徑,，而彈丸又不能像木器和車軸一樣一個一個配,，為了解決這個問題開始就是往里面塞鐵砂,。然后做越來越大的彈丸。但是太大的彈丸會爆炸或者裝不進去,。而太小的彈丸有沒有足夠的力氣,，所以那些就要控制住不能太大也不能太小，即現(xiàn)在的基孔制偏差為負的間隙配合,。而火銃內(nèi)部的孔,，則要有圓柱度，直線度,，表面粗糙度等衡量的無基準的外形公差,。無基準很好理解，就是他衡量的是他們這個形狀而不是位置,。位置是必須要有基準的,，比如圓柱的基準的垂直度，它是必須要有基準的,，要不然和誰垂直,。孔最大實體時效尺寸的意思就是,，孔這一部分把各種公差都加上,，材料最多的時候的樣子。而各種各樣的類似包容要求的各種東西,，就是一個圓柱可以通過還是只是一個圓形的薄片可以通過的差別,。
但是手工時代的精度仍然是很粗糙的，因為定位和驅(qū)動全靠的是手,，他們得精度完全取決于工匠的手感和他們胳膊是不是足夠有勁,。雖然已經(jīng)有了類似現(xiàn)在的木質(zhì)車床但是進給完全是靠感覺。比如現(xiàn)在仍然有一家用古代的工藝,，來車木碗,，他用的那個車床就是軸上纏線然后用腳踏板來來回拉扯它實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動的。
于是我們把視線轉(zhuǎn)到工業(yè)革命剛剛發(fā)生的英國,。工業(yè)革命發(fā)生在手工機器的發(fā)明上,，這個時候傳統(tǒng)的機械原理基本成型，新機器的發(fā)明呈現(xiàn)了一種風(fēng)雨欲來的態(tài)勢,。他們都在等著一個強力而且高效的原動機,，而那時候的原動機仍然是人力和水力。這極大的限制了工廠的發(fā)展,。而蒸汽機給了工業(yè)生產(chǎn)一個巨大的動力,，讓人以前所未有的力量和速度去加工機械和生產(chǎn)產(chǎn)品。而蒸汽機和其他機械的精度要求已經(jīng)遠遠超過手工能夠達到的極限,，于是現(xiàn)代意義上的通過螺紋來增大力矩和提高進給精度的機床產(chǎn)生了,。有人會問,，現(xiàn)在的高精度的機床是怎么做的。而第一代機床肯定特別的粗糙,，而整個過程則是通過精度迭代這個過程來慢慢的提高的,。就像精度低的機床可以加工出比機床精度要高的零件一樣，升級就是這樣慢慢的進行,。而這個過程的代價仍然是很大的往往制造了很多個零件,，但是只有一個剛好可以滿足要求。其他的就丟掉或者回爐重造,。很多人說中國機床的精度低,，容易壞，并把它當(dāng)成一個國外的月亮比中國月亮圓的很好的例子,。但是就我的理解而言,，零件的精度必須和它的功能和尺寸相適應(yīng)，一味的追求高精度,，只是往自己的臉上涂脂抹粉,。而其內(nèi)涵則不言自明。有時候?qū)τ谝粋�比較大的零件,，溫度變化所導(dǎo)致的尺寸變化就已經(jīng)超過了尺寸公差,。這樣的設(shè)計是非常不負責(zé)任的。仔細想一想為什么有些零件的裝配需要那么高的精度呢,。木工的精度幾乎是沒有錯個幾毫米也是可以塞進去的,，但是緊配合的銷軸幾微米的誤差都有可能插不進去。很明顯我們發(fā)現(xiàn)另外一個道理,，那就是加工精度的要求是和所用的材料的特性有關(guān)的,。關(guān)于提高金屬材料的特性則更是玄學(xué)。零點幾的組份偏差都有可能造成金屬機械特性的巨大改變,。這個就需要豐富的實驗和大量的積累,。是一個國家工業(yè)底蘊的表現(xiàn)。是不那么容易就追上的,。所以，要給中國工業(yè)足夠的成長時間,，等材料好了,，精度自然就會變高了。
工業(yè)革命的發(fā)生給機械加工技術(shù)帶來了巨大的突破,。經(jīng)典的機械設(shè)計和分析方法也因此變成了一個系統(tǒng)性工程,。社會生產(chǎn)生活需要大量的機械也催生了這一產(chǎn)業(yè)。制造業(yè)變成了一個國家想要發(fā)展必須要有的行業(yè),。在模擬城市中,，一個地區(qū)是不是蘊含了豐富的資源,，是不是有足夠多的錢去開發(fā)這些資源成了限制一個地區(qū)是不是能做大做強的首要條件。另外從另一方面也凸顯了制造業(yè)的一個非常關(guān)鍵的特點,。那就是資本密集和環(huán)境不友好,。工業(yè)生產(chǎn)帶來的巨大污染到現(xiàn)在困擾著中國的前進，也帶來了倫敦毒霧事件巨大的社會矛盾,。環(huán)保成了一個地區(qū)是不是發(fā)展工業(yè)的重要考量,。就像在模擬城市中重工業(yè)會讓整個地區(qū)污染加大，居民健康惡化一樣�,，F(xiàn)實中的工業(yè)除了帶來了大量的勞動崗位也會對人的健康帶來很大的傷害,。
可以使用的發(fā)電機對人類的發(fā)展起到了巨大的推進作用。對于制造業(yè)來說,，它改變了機械加工的動力方式,。使能量可以傳遞的更加方便，距離更遠,。電的發(fā)現(xiàn)和使用對人類的貢獻則體現(xiàn)在其他的方面,。比如照明，更好的更精確的溫度控制,。它的巨大作用在信息傳遞方面要比機械加工方面體現(xiàn)的更加完善,。機械永遠不是一個單一學(xué)科，它是這一時期,，整個社會綜合科技實力的體現(xiàn),。而在有了精細的機械加工和強有力的材料之后，以前因為材料瓶頸和加工瓶頸的發(fā)明就到了春天,。各種各樣的發(fā)明像雨后春筍一樣出現(xiàn),。各種奇葩的讓人啼笑皆非的東西也是這個時候出現(xiàn)的。
例子太多,，實在是無法一一的舉出來,。可以這樣說,，往窗外望去,，只要是那些沒有復(fù)雜芯片的動力設(shè)備都是電力革命的福利。起重機,，各種用凸輪連桿構(gòu)成的機械自動化設(shè)備,。你用日常生活用品。幾乎全是,！而電力革命的母雞,，大容量電機，也是機械產(chǎn)品。
電被發(fā)現(xiàn)了,，人類的發(fā)展從此再也離不開這一種看不見的東西,。
電子技術(shù)發(fā)展的前提是電的發(fā)現(xiàn)，在科技樹上的這一枝因為有了三極管和半導(dǎo)體器件的發(fā)明開始擺脫了只能做電動機電燈泡的尷尬局面,。電力開始自成一枝,，獨立發(fā)展。
在開始人們想去控制一個機器的話只能用機械構(gòu)件,，借由凸輪連桿螺旋的特點來控制機器的啟停和坐標(biāo),。前面說了人手的精度是很有限的，絲杠齒輪用等角速度或者斜坡原理將人手的精度提高了很多,。但是傳動效果也和絲杠齒輪它本身的精度有關(guān),，并且在高精度的情況下，機床本身的震動,，溫度引起的熱應(yīng)力更是讓機械加工在提高精度的路上遇到了天花板,。工程師們開始絞盡腦汁設(shè)計了很多的結(jié)構(gòu)來避免這些東西，但是人手的本身缺陷讓進步很難,。并且絲杠齒輪本身不能聯(lián)動,，不能加工復(fù)雜形狀的零件。現(xiàn)在急需一種可以加工任意曲面又有很高精度的技術(shù),。
就在這時,，電力，這一從加工分出去的旁支開始反哺機械加工,。步進電機,，伺服電機，光電編碼盤的發(fā)明使人們可以精確的控制電機的旋轉(zhuǎn)角度,。代替了人手之后,，機床的進給精度上升了一個新的臺階。高精度母雞產(chǎn)生的高精度機床又使半導(dǎo)體行業(yè)進一步發(fā)展,。人們有了高精度的機械就可以在一塊小小的芯片上面放上成千上萬個邏輯單元,。人們再也不用在用龐大費電的晶體管計算機了。計算機變身成為了電腦,。依靠著芯片內(nèi)部龐大的邏輯單元,，人類第一次有了用手中的工具去對坑無限的可能。
這次它對人類的改變更加的徹底,。他用龐大的計算能力分析材料,，生成更加科學(xué)的材料配方。3d建模軟件讓設(shè)計師在沒有生產(chǎn)之前就清晰的看到自己設(shè)計的東西,。有限元和物理的發(fā)展，讓人可以通過優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)來避免產(chǎn)品發(fā)生意外,，節(jié)省了大量的實驗費用,。
工業(yè)革命優(yōu)化了控制,，設(shè)計，但機械加工的開端則是很久很久以前第一個捏泥巴的那個人,。
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發(fā)表于 2018-5-17 12:40:08
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