硬核！上到航天器，下到车珠子...大小物件都是怎么被车、铣、磨、刨的？ | 有趣的制造

上个月在《从丑出天际到栩栩如生，占领了全国各大商场的「泡沫雕塑」，怎么造？》中介绍过用「电阻丝热切割」融化泡沫，做出各种造型~

做个大熊，只需要先在电脑中建模，然后让泡沫每次转动一定的角度，接着电热丝每走一次线，都切掉最底边的多余材料了。

还介绍了给泡沫做减法的「雕刻机」，讲到了数控坐标系的 2、3、4、5 轴…

处理相当复杂的曲面，比如下图这种罗马雕像，连鼻孔都能挖出来...

有小可爱想看更多机械加工…这一篇就用车珠子的例子和超简单的几个动图，给你弄懂机械中对待金属的各种削铁如泥法~虽然有点硬核，但别担心，我们尽量写明白！

先车个珠子

以前老是听人开玩笑说「那谁谁，一言不合就车珠子」，这「车」字面上指的是「车削加工」，但常见的「车珠子」更准确应该叫做「铣（xǐ）珠子」...「铣」指的是机械中的「铣削加工」，动词。

录制者： 巧手匠心

下图才是真正的「车珠子」。车削的关键在于，是要让需要加工的工件旋转起来的，然后再让刀具贴近工件表面沿着直线移动往复抹除了，往复的距离越来越短，珠子就慢慢成形了…

录制者：来宾动漫神

来来来，进入车、铣、磨、刨的正文啦！

车削加工

车削，是工件先被卡盘固定在机床上，被电机一带动，就高速旋转了。有没有想到我们在《切片水果不止有老奶奶...还有能引起极大舒适的超多流水线呀！》里的削西瓜皮…

而这转速，可以按照我们对加工的要求去控制。控制着刀具往前走，这就是在工件表面「走刀」了。

录制者：This Old Tony

除了车外表面，如果使用「镗刀」的话（看下图的刀口朝向），还可以在工件已经有孔的地方，对内表面进行精加工~

录制者：This Old Tony

结合上两张图来看，我们大概就知道车削是用来处理曲面的了，得让它转起来嘛。

常见车刀

把车刀头处理成不同的形状，可以满足不同的加工要求，下面是更全些的基础车刀：

除了形状，另一个影响切削质量的就是车刀原材料了！最常见的车刀是用「高速钢」或「硬质合金」制成的，我们在《60 年过去了，全世界还这么造美工刀》介绍过~

现在市面上也广泛用的刀具，有一个是我们在《削肉如泥，但一砍就脆的陶瓷刀是怎么做出来的？》中介绍过的超耐磨「陶瓷刀具」；还有一个是我们在《钻石切割：只有我自己，才能切割和打磨我自己！》中介绍过的：过去是天然钻石的边角料涂覆了作刀具，后来直接用更物美价廉的「人造金刚石」涂覆做刀具。

有没有发现，全天下的制造都在相互关联...

铣削加工

说完了「车」，来看看「铣」~也还是用旋转的加工方式，只不过这回轮到铣刀在转了。

传统的铣削加工有两种相对运动方式（这个「传统」我们等下再解释...），一种就是像下图这样，被加工的工件固定不动，完全依靠铣刀坐上来自己旋转和平移。

录制者：DatronCNC

另一种如下图所示，铣刀孤芳自赏地做旋转运动，这次轮到工件自己动，去沿着前后、左右、上下这三个方向移动。山不来就我，我便去就山…这两种加工都能达到同样的铣削效果~

录制者：Glacern Machine Tools

常见铣刀

铣刀呢，其实是一种多刃的刀具，我们仔细看刀头：每一转的铣，每个刀刃都参与一次切削。这和单刃（就一个尖尖去怼工件）的车刀一比，铣刀的切削效率就高太多了。

不同形状的铣刀，完全胜任做各种平面、台阶面、凹槽、腔体等的加工。

刨削加工

刨削加工的工作原理一目了然，最简单的往返运动了。与车削、铣削相比生产效率极低...也正因为设备和工具结构简单，使用起来就非常方便，目前还在用于粗糙处理工件的表面。

录制者：Non Jicholson

磨削加工

磨削加工是用砂轮、砂带之类的磨具对工件表面进行切削加工的。还记得我们那个「切割钻石」中，人造金刚石一样可以涂覆在磨具表面上。在现今的加工中，磨削头已经可以很成熟地集成到数控机床的「加工中心」里了。

录制者：DMG MORI

数控机床

总算出现了「数控机床」！这个词似乎总是会和「汽车维修」、「挖掘机」之类的东西并列出现、惹人瞎联想...

首先认识下「普通机床」。看下图的那些像是方向盘的曲柄啊、左上角能扳动换转速的把手啊、右边还能转的小把手等等，这些在加工操作时，还要很大程度的依靠工人手动操作。这就好比是开手动挡的车，你不老练的话，车还会熄火，烦的很...

而「数控机床」呢，就是把这些操作全都变成了「自动挡车」。在实际加工前，你可以先用 CAD 软件在计算机上直接设计制图，再来一道 CAM 软件模拟整个加工过程。电脑上模拟着跑一遍都没问题了，就可以把编制好的加工程序导到下图这样的「数控机床」中了。装大象的有以下几个步骤：

1. 安装工件；
2. 关好保护舱门；
3. 等它被自动加工；
4. 拿走你设计的零件...

光是做到自动的加工，还真不算什么...数控机床还可以加上「刀库」，升级成更高效和酷炫的「加工中心」！

加工中心

首先在整个加工过程中，工件是会一直固定在夹具上的，这样一来加工的基点不会转移（坐标系不乱）。在削铁如泥的时候，几十种刀具任你自由切换。一会儿车削、一会儿铣削、一会儿再磨削...换刀也完全不会影响到加工精度，怎么高效怎么来，想想都刺激！

加工中心的刀库与换刀过程

录制者：Ingo Klein

看了半天全都是简单造型，最后来看一个过瘾的全金属头盔，无疑是炫技了...这个头盔的加工就用到了「5轴铣削加工」（这就是不传统的铣削加工了)，工件和铣刀的运动方式都超级灵活，简直是精雕细琢...

录制者：DAISHIN SEIKI RYOSUKE OMACHI

等等！Cast 还有话说

我大学金工实习的时候，前排同学在车床上夹紧了工件后，忘记把紧固卡盘的小工具取下来...然后一开机，那个车床转速得多大啊你想，小工具直接朝我激射而来...我是听到 duang 的巨响，都快吓尿了...赶紧关机去看情况，我操作的车床前面铁板...已经被砸出个一个大凹坑...这角度要是再偏一些凹的就是我脑袋了...

现在的「创客文化」也很流行，DIY 爱好者们也都有机会直接在机械设备上操作，我还是要不厌其烦的安全提示下！小心驶得万年船，严谨 = 安全！「削铁如泥」的舒爽动图背后，请一定不要忘记机械加工的安全风险，加工不规范，亲人两行泪！

开机之前，多复习几遍加工流程，佩戴好护目镜，扎结实长头发，再想一次加工流程！然后也注意看看边上有没有看着就不靠谱的坑货，离 ta 远一点...

最后来一个危险动作，请勿模仿的思考题：下图中的卓别林，体现了哪种加工方式？（误）

电影《摩登时代》中的表演

扩展阅读：

本文首发于果壳网，编辑：窗敲雨

校对：江小丧