提起機械加工，大家首先想到的可能是大學時期的金工實習，心裡或許還有一點被小錘子或者機器人手臂支配的恐懼。事實上，作為一名實驗物理工作者，機械加工還真的是一種不可或缺的技能。
馬克思講人與動物的根本區別就是會不會製造和使用工具。機械加工就是人類發展到近代以後，對金屬和其他材料進行處理重要工具。機械加工分類十分豐富，並且隨著技術進步，新的加工工藝也被逐漸開發出來，主要包括車、銑、刨、磨、鑽、線切割、3D打印等。
下面我們通過機械加工設備來了解每一種加工工藝。
加工設備
01
車床
車床是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鑽頭、擴孔鑽、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。
車床分為普通車床和數控車床，普通車床依靠工人人為控制零件的加工精度，對公認的操作水平要求更高；數控車床通過電腦編程來控制加工過程，加工效率和精度都更高。
02
銑床
銑床主要指用銑刀對工件多種表面進行加工的機床。通常銑刀以旋轉運動為主運動，工件和銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。
銑床和車床是機加工中應用最為廣泛的兩種設備，車床為加工件旋轉，車刀進動，適合加工圓形零件；銑床為銑刀旋轉，加工件進動，適合加工平面。
03
刨床
刨床是用刨刀對工件的平面、溝槽或成形表面進行刨削的直線運動機床。
使用刨床加工，刀具較簡單，但生產率較低（加工長而窄的平面除外），因而主要用於單件，小批量生產及機修車間，在大批量生產中往往被銑床所代替。
04
磨床
磨床是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。
大多數的磨床是使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數的是使用油石、砂帶等其他磨具和遊離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。
05
鑽床
鑽床指主要用鑽頭在工件上加工孔的機床。通常鑽頭旋轉為主運動，鑽頭軸向移動為進給運動。
鑽床結構簡單，加工精度相對較低，可鑽通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴、鍃孔，鉸孔或進行攻絲等加工。加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，並使刀具轉動（主運動）。
06
線切割機
前蘇聯拉扎聯科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象和原因時，發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而開創和發明了電火花加工方法。
線切割機也於1960年發明於前蘇聯，我國是第一個用於工業生產的國家。主要用於進行異形工件的加工。線切割分為快走絲和慢走絲，相應的加工的表面粗糙度不同。
07
加工中心
加工中心是由數控銑床發展而來的，它具有銑刀庫，可以程序控制自動更換銑刀，所以相對自動化程度更高。此外部分加工中心具有車銑複合的功能，能夠同時完成車床和銑床的工作。
現在，加工中心已經被廣泛應用，有些高水平的機械加工廠加工中心的數量已經查過車床和銑床。加工中心對操作員的要求更高，不僅要了解機械加工工藝，還要求具有數字編程的能力。
08
3D打印機
3D打印（3DP）即快速成型技術的一種，它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。
3D打印技術是近年來十分火熱的一種加工工藝，它通常是採用先通過計算機將要打印的物體進行建模，再通過3D打印機對工件進行打印。
由於3D打印的靈活性，這種工藝受到了廣泛的關注，甚至提出3D打印可以打印一切。但是3D打印現在只是小規模的應用，主要受限於材料選擇和加工尺寸。
01
物理所機械加工廠
物理所機械加工廠始建於北平研究院物理研究所嚴濟慈先生任所長時期，歷經幾十年依然服務於物理研究一線。巔峰時期，物理所機械加工廠有員工百餘人，加工工藝完備，工種齊全。
現在，數控車床、電火花線切割、四軸加工中心、五軸數控加工中心等現代化的加工設備一應俱全。作為大部分實驗設備都靠自己搭建的博士生，加工廠成為我除了實驗室和宿舍外，度過時間最長的地方。
物理所機械加工廠承擔了許多物理所實驗設備的加工工作，為科研人員開展實驗研究做出了重要保障。
部分機械加工成果
02
機械製圖軟件
機械製圖是完成機械加工的第一步，也是需要我們物理工作者根據實驗情況完成自主設計。
目前，最為流行的機械製圖軟件包括AutoCAD和Solidworks。其中Solidworks作為三維作圖軟件，更加容易上手。
雖然Solidworks上手簡單，但是功能仍然強大，它可以通過裝配多個零件將設備的完整形態展現出來，甚至可以做一些簡單的流體和受力分析。用好Solidworks也成為一個實驗物理工作者的一項基本功。
03
小結
機械加工是一個實踐性很強的工作，完成機械製圖僅僅是開始，我們還要多關注機械加工工藝的具體原理和流程。
如果有條件的話要多深入機械加工的一線，與工人多交流，每位工人都有自己的絕活。
此外，我們在設計零件時首先要考慮的就是如何完成零件的加工，注重零件的可加工性，這樣加工出來的零件才能最大滿足自己的設計，更重要的是——可以為導師節省經費呀！
參考資料：
1. 百度百科
2. 物理所機械加工廠
3. Solidworks
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作者：申見昕
審稿：閆麗琴
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編輯：椒鹽貓巨煩
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