机械工程与文化.

工（如图2-16），主要用于各种平面与沟槽加工，也可用于直线成形面的加工。

⑥镗削；镗床系指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动（如图2-17）。它主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。

图2-16 刨削 图2-17 镗削

六、机电一体化的概念及主要特征

机电一体化是随着生产和技术的发展，在以机械、电子技术为主的多学科相互渗透、相互结合的过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘学科。它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信息处理技术、自动控制技术、传感与测试技术、电力电子技术、伺服驱动技术、系统总体技术等现代高新技术群体基础上的一种高新技术。

机电一体化产品与传统机械产品相比，有如下一些显著特征：

（1）机械结构简单化。一台传统的机械设备往往需要采用机械传动系统来连接各个执行构件，采用机电一体化技术后，可以用多台电动机分别驱动，用电子器件、微机来控制和实现各执行构件的动作，完成工艺动作过程。

(2)提高了加工工艺的精度。由于机械传动部件的减少，机械磨损及间隙配合等所引起的动作误差大为减少，通过微机控制系统可以精确地按照预先给定量，使间隙和各种干扰因素造成的误差自行校正、补偿，从而可以达到单纯机械方法所实现不了的加工精度。

(3)工艺过程的柔性化。由于机电一体化产品采用微机控制，因此，只要改变计算机程序，就能改变设备的加工能力和加工工艺流程，以适应迅速改变被加工产品结构、满足多品种小批量生产的需要，使设备具有柔性化。

(4)操作自动化。采用微机控制系统可实现一台机器各个相关传动机构的动作及它们的功能的协调关系，实现机器操作的全部自动化。例如，一般数控机床加工零件时，将被加工零件的工艺过程、工艺参数、机床运动要求，用数控编码记录在数控介质(如磁盘等)上，然后输入到数控装置，再由数控装置控制机床运动，从而实现加工自动化。

(5)调整维修更加方便。机电一体化产品在使用现场安装调试时，一般均可通过控

制程序的变更来实现工作方式、动作过程的变动，以适应各个用户工作对象及现场工作参数变化的需要。

七、零件的几何形状与互换性

零件是组成机器的基本单元，也是加工制造的最小单元。任何机器都可以看作是由各种各样零件组成的集合体。

1、零件的形体构成及几何形状特征 虽然零件随其功用、形状、尺寸和精度、表面质量诸因素的不同而千变万化，但组成零件形体的表面是基本一致的，常见的有外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形、成型面以及各种沟槽等。按零件的结构一般又可分为5类，即轴套类、盘盖类、支架箱体类、板块类和特殊类零件，如图2-18所示。其中轴套类、

盘盖类和支架箱体类是最常见的3类零件。 a)轴套类 b)盘盖类 c)板块类d)支架箱体类 e)特殊类 从零件几何特征上看，轴套类零件和 图2-18 零件的分类 盘盖类零件的几何特征有外圆、柱体、端面、键槽、螺纹、齿形、倒角、锥体等。板块类零件的几何特征可分为槽类、孔类、凹腔类、凸起类、台阶类等。正确的认识零件的形状与几何特征对零件制造是很重要的，是正确制造出零件几何形状的前提。零件几何形状是由常见的表面构成的，常见表面的生产方法奠定了零件表面加工的原理和方法。

2、零件的互换性与公差

零件的互换性概念在日常生活中到处都能遇到。例如，灯泡坏了，可以换个新的；自行车、缝纫机、钟表的零部件坏了，也可以换个新的。之所以这样方便，是因为这些合格的产品和零件具有在尺寸、功能上能够彼此互相替换的性能。

在机械工业生产中，经常要求产品的零部件具有互换性。什么叫机械产品零部件的互换性呢？零部件的互换性就是同一规格的零部件按规定的技术要求制造，能够彼此相互替换使用而效果相同的性能。但零件在加工过程中，由于种种因素的影响，零件各部分的尺寸、形状、方向和位置以及表面粗糙度等几何量难以达到理想状态，总是有或大或小的误差。但从零件的功能看，不必要求零件几何量制造的绝对准确，只要求同一规格的零件几何量在某一规定误差范围内变动，保证同一规格的零件彼此充分相似。这个允许变动的误差范围叫做公差。

设计零件时要规定公差大小，而加工时也会产生加工误差，因此要使零件间具有互换性，就应把完工零件的误差控制在规定的公差范围内。因此机械产品设计者的任务就在于正确地确定公差，并把公差在图样上明确表示出来。这就是说，互换性要用公差来保证。显然，在满足零件功能要求前提下，公差应尽量规定的大些，以获得最佳的技术

经济效益。

在产品设计中，零部件具有互换性，就可以最大限度地采用标准件和通用件，可大大简化绘图及计算等工作，缩短设计周期，有利于计算机辅助设计和产品品种的多样化。在产品制造过程中，互换性有利于组织专业化生产，有利于采用先进工艺和高效率的专业设备和计算机辅助制造，有利于实现产品加工过程和装配过程机械化、自动化，从而提高劳动生产率，提高产品质量，降低生产成本。在产品使用与维修方面，零部件具有互换性，可以及时更换已经磨损或损坏了的零部件，减少机械设备的维修时间及费用，保证机器能连续而持久地运转，从而提高机械设备的使用价值。

为了保证零件的互换性，我国制订有《公差与配合》国家标准。

第五节 机械文明的辩证思考

机械是从简单的工具开始、逐渐发展成为复杂的机械的，其性能也是从低级幼稚阶段逐渐成为高级先进的，特别是第二次世界大战后，各种机床都迅速地发展起来，人们的生活也空前地提高，甚至有人预测说，未来机械文明的乌托邦一定会来到。

但是，从1970年左右，所谓污染成了一个大问题，人们开始议论，这样发展机械文明是否合适，对于那些陶醉于机械文明的光辉业绩，这确实是一个突如其来的难题，所谓污染问题，对于大多数机械技术人员来说，则是一个晴天霹雳。

一、加铅汽油的使用

汽油发动机的性能逐渐提高，热球式发动机和狄塞尔式发动机等相继问世，虽然内燃机多少有些缺点，但是，其用途不断地扩大，特别是它实现了人类多年来的梦想，制成了空中飞行的机械——飞机。

1914年，第一次世界大战爆发以后，内燃机的性能得到了迅速提高。尽管如此，飞机用汽油仍然是原样使用直接蒸溜天然原油制品。一点也没有添加物。从1920年起，为解决所谓爆炸现象，英国的利卡尔德开始了有关研究，最后发现了甲苯和苯的抗爆性十分优良。以此为开端，美国开始了添加物的研究，研究了近千种化合物，最后于1930年左右选中了四乙铅。

从第二次世界大战后，在汽车用汽油中开始使用了加有四乙铅的汽油，使用加铅的汽油，发动机的性能迅速地提高，压缩比也逐渐增加。

加四乙铅的高辛烧值汽油，在军用或竞赛汽车上使用也可能是有利的，但是，对于我们日常乘坐的汽车来说，是毫无价值的，我们日常所使用的汽车完全没有必要使用含铅汽油。尽管如此，人们却说加铅的高辛烷值汽油有某种好处，并大量上市，由于那些认为使用这种汽油好的人过多地使用这种汽油，排出的废气中含有的铅逐渐危及人体。

二、废气的大量排放

由于机械产业的不断发展，金属原材料使用量大大增加，从18世纪中叶起，世界工业开始逐渐发展起来，建立了很多的工厂，从矿石中提炼出金属的工厂数目也在不断地

增加。

19世纪初，世界上的铜产量每年大约9000吨，其中四分之三是在威尔士的斯温希溪谷的塔威河堤岸边精炼的。其后，随着需要量的增加，铜的生产也日益增加，到了19世纪中叶左右，年产量达55000吨，其中有15000吨是在斯温希生产的，斯温希成了世界铜工业的中心地。1860年左右为最盛时期，在塔威河堤岸有600多座精炼铜用炉。

因这600座炉子放出的煤的燃烧气体和亚硫酸气的混合气体，而出现了公害问题。住在高炉附近的村落的居民受到了这种废烟污染。因为这些公害而出现了多起诉讼案件，但是，这些诉讼事件最后没有一件得到解决。

另外，各种车辆尾气排放逐渐增加，二氧化碳、二氧化硫等气体排到空气中，引起各种疾病，形成温室效应等，对环境形成严重威胁。

三、资源的大量消耗

现在各种机械源源不断地生产出来，所有的机械都需要矿物金属作材料，所有的机械动力都直接或间接的来源于地下能源，这些矿物金属、地下能源就是我们所说的资源。地球上到底有多少这样的资源呢？我们看几个数据。

今天作为工业材料使用最多的是铁，铁的量，按照每年使用量固定不变，现有的埋藏数量能使用240年，但是，每年的使用量不是不变的，使用量在逐年增加，如果按每年l.8%的速度增长下去的话，铁资源用九十三年就要枯竭了。

现在，我们几乎在无限制地使用铁和石油。但是，地球却是一个有限的物体。当然，地球里蕴藏的石油也不是无限的。十分明显，很快就会用光的。经过统计，能源在30年或者50年的时间里将用完。

我们发展科学与技术是为了让生活更美好，但是，如果资源用光了，还谈什么技术呢。

四、机械发明成果的盗用

在18世纪中期，已经有了专利法，大体上能维护发明家的利益。但是，因人们对这种法律的理解能力很差，所以，当时尽管有这样的法律，而很多人却不理解其宗旨，甚至还有很多人几乎不知道有这种法律，而另一方面，在这个时代，还有不少技术人员知道自己的成果被盗用后，不愿意利用法律，怕走法律程序浪费时间，且需要一定的费用。现在，知识产权被盗用的情况屡见不鲜，特别是文字性的知识产权（论文、专利、书籍等），所以，知识产权人要学会使用法律维护自己的切身利益。

第六节 21世纪机械工程展望

现代复杂的机械的产生，尤其是电子计算机的发明与自动控制理论的发展，使得现代机械文明得以体现，但现代机械文明也给人类带来一定的消极影响。

综上所述，机械工程的发展在推动人类社会的发展、在提高人类物质文明和生活水平的同时，也对自然环境起了巨大的破坏作用，为了人类社会的可持续发展，必须加快