1、机械发展史,机械发展史,机械是什么？,机械（machine），源自于希腊语mechine及拉丁文mecina，原指“巧妙的设计”，作为一般性的机械概念，可以追溯到古罗马时期，主要是为了区别于手工工具。现代中文之“机械”一词为机构为英语之（mechanism）和机器（machine）的总称。直观地说，机械就是机器和机构的统称。,当今社会，我们的生活无不与机械有关。早晨起床，穿在身上的衣服是用机械织成的布制作的；喝茶时，使用的开水也是用工厂里制造出来的燃气煤气烧开的；去上班时，乘坐的汽车等也都是机械，而且，道路也是借助于机械修筑的。另外，我们居住的房子，工作的办公楼也都是用机械盖起来的。因此，我们
2、的生活处处享受着机械带来的恩惠。,那么，这些机械是怎么发展到现在的呢？最初的机械又是什么样的？现在的机械发展水平如何？机械的将来又将如何发展？,回望过去,据世界考古学家发现，公元前7000年，在巴勒斯坦地区犹太人建立杰里科城，城市文明首次出现在地球上，最早的机械车轮或许是此时诞生的。车轮是人类的伟大发明，由于它的诞生，才使车成为人类的重要运输工具。但最早的车轮是用来制陶的。,大约公元前3000年，埃及的凯奥普斯法老修建了巨大的坟墓金字塔。此时的人类文明已进入青铜器时代，作为世界第七大奇迹的金字塔，正是从埃及巴达里人发明的搬运重物的工具如滚子、撬棒和滑撬等之后慢慢建立起来的。,随着美索不达米亚人
3、和埃及人对青铜器的不断普及，相继出现了很多广泛应用的青铜工具如凿子、铜刀、马车和两轮战车等。此后，随着各种材料的发现和使用，机械的种类愈加丰富。公元前600年，学者希罗著书阐明了关于五种简单机械杠杆、尖劈、滑轮、轮与轴、螺纹（见下图）推动重物的理论。这是已知的最早的机械理论书籍，机械的设计从而有了理论的指导，机械的多样性和实用性、合理性得到了进一步的发展。,公元前513年，希腊罗马地区木工工具有了很大改进，除木工常用的成套工具如斧、弓形锯、弓形钻、铲和凿之外，还发展了球形钻、能拔铁钉的羊角锤、伐木用的双人锯等。此时，长轴车床和脚踏车床已开始广泛使用，用来制造家具和车轮辐条。其中，脚踏车床一直沿
4、用到中世纪，为近代车床的发展奠定了基础。此后，随着人类对不同材料的成功开发和应用以及如阿基米德原理等理论的产生，机械开始由简单走向复杂化。,在世界机械迅速发展的同时，中国古代劳动人民也以自己的智慧发明了许多机械来帮助提高生产效率。下面大家看到的是中国古代的一些机械成就。,中国机械史上第一件机械耒耜（li s）。它最早出现于公元前5000年，是原始的耕地工具。,东汉以后记里鼓车有一套减速齿轮系，通过鼓镯的音响分段报知里程。,汉代纺织技术和纺织机械不断发展，绫机已成为相当复杂的纺织机械。,张衡利用漏壶的等时性制成水运浑象。以漏水为动力通过齿轮系使浑象每天等速旋转一周。,三国时期，马钧创制了新式提水
5、机具翻车，能连续提水，效率高又十分省力。,公元132年，张衡创制了世界上第一台地震仪候风地动仪。,着手现在,近代机械的发展状况,17501900年，发生了引起世界巨变的工业革命，其主要标志是用生产能力大和产品质量高的大机器，取代了手工工具和简陋机械；用蒸汽机和内燃机等无生命动力，取代了人和牲畜的肌肉动力；用大型的集中的工厂生产系统，取代了分散的手工业作坊。至此，机械工业在世界范围内出现了飞速的发展，并获得了广泛的应用。,右图是英国著名发明家詹姆斯瓦特（1736119 1819825）和他于1769年改进的蒸汽机。,瓦特蒸汽机的发明的重要性是难以估量的。它被广泛地应用在工厂，成为几乎所有机器的动
6、力，改变了人们的工作生产方式，极大地推动了技术进步并拉开了工业革命的序幕。它使得工厂的选址不必再依赖于煤矿而可以建立在更经济更有效的地方，也不必依赖于水能从而能常年地运转，这进一步促进了规模化经济的发展，大大提高了生产率的同时也使得商业投资更有效率。蒸汽机为一系列机密加工的革新提供了可能，更高的工艺保证各种机器包括蒸汽机本身的性能提高。经过不断的努力，引入更高气压的蒸汽，蒸汽火车蒸汽轮船便很快相继问世。,蒸汽机车加快了19世纪的运输速度：蒸汽机蒸汽轮机发电机，蒸汽为第二次工业革命即电力发展铺平了道路。,在瓦特制作蒸汽机的时候，最辛苦的工作就是加工汽缸。汽缸里要放进活塞，并使之动作。但是，如果汽
7、缸和活塞之间没有间隙的话，就不能灵活地动作了。间隙过大，则会漏汽、堵塞。这就要求汽缸于活塞之间精密配合。然而，精确地切削汽缸，在当时来说，是一项十分困难的工作。1774年，英国人威尔金森改造了斯密顿的镗床，创制了炮筒镗床。,瓦特在制造蒸汽机的时候，委托威尔金森用他改造的镗床加工汽缸。于是，瓦特的蒸汽机比以前大幅度提高了效率，动作也十分灵活了。在这以后大约20年的时间里，瓦特制作的蒸汽机的全部汽缸都是由威尔金森加工制作的。就这样，威尔金森的炮筒镗床成了世界上第一台真正的机床加工机器的机器。,右图是美国著名工程师罗伯特富尔顿（1765.11.141815.2.23）和他1807年的发明克莱蒙特号。
8、,“克莱蒙特”号是近代造船史上第一艘真正的汽船。它以铁为新型造船材料，以蒸汽机为新的动力系统，以螺旋桨为新的推进系统，开创了造船史的新纪元。“克莱蒙特”号标志了帆船时代的结束，汽船时代的开始。,1799年，法国数学家加斯帕尔蒙日（17461818）发表画法几何学一书，。从此，画法几何成为机械制图的投影理论基础。值得一提的是，蒙日的大炮制造工艺在机械制造界影响颇大。,在接下来的将近一个世纪左右，随着材料力学，弹性力学，流体力学，机械力学，疲劳力学，疲劳强度理论，验应力分析方法等理论与方法的提出与完善，各种制造机械的机械如龙门刨床，卧式铣床，木工圆锯机，榫槽机和开榫机等的发明，给机械的发展注入了许
9、多催化剂。,机械发展史上另一个具有里程碑意义的发明蒸汽机车（即火车），由英国发明家乔治史蒂芬逊（1781年6月9日 1848年8月12日）于1814年研制完成。,乔治史蒂芬逊的“火箭号”在当时可是名副其实的“火箭”，它在最大装载的情况下时速达38.5公里。“火箭号”的诞生，使人类的速度更快，大大提高了运输速度和效率，同时节约了大量的人力和畜力。这在很大程度上推动了当时社会的发展。,史蒂芬逊曾就铁路的发展前途这样说过，“铁路运输将要取代其他任何一种运输工具，邮政马车将来也要被铁路运输所取代，对于劳动者来说，比用脚行走还要廉价的乘火车旅行的时代为时不远了。”若干年后，他的预言一一实现，发展至今，更
10、是出现了比火车更快速更高效的运输工具飞机。,右图，奥维尔莱特（18718191948130）维尔伯莱特（18674161912530 ）与他们的“飞行者-1号”。,像鸟儿一样在天空飞翔，自古以来就是人类的梦想。为了它的实现，人们付出了多年坚持不懈的努力，甚至许多先驱者生命的代价。终于在1903年12月17日，世界上第一架载人动力飞机在美国北卡罗来纳州的基蒂霍克飞上了蓝天。莱特兄弟的第一次有动力的持续飞行，实现了人类渴望已久的梦想，人类的飞行时代从此拉开了帷幕 。同时，这也是机械发展史上的伟大成就。,近代还有很多机械方面的伟大成就，就不一一详细介绍，但下面将选取一些欣赏。,现代机械发展状况,19
11、17年11月7日，当俄国“十月革命”的大旗插在资本主义政府上面时，人类历史发生了转折，现代史开幕了。为了满足资本主义的疯狂扩张，人们更加主意生产效率的提高及大批量生产的实现。此时的机械，已经不能再“独来独往”，必须结合光、电、计算机等学科来实现自身的发展与飞跃。同时，传统的生产方法与管理模式已满足不了大批量生产的高要求。,在人类进入21世纪后，随着微电子、计算机和信息等高新技术的不断发展，机械发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化和全球化的方向发展。,为了实现大批量生产，从十九世纪开始，人类就开始探索。一开始的大批量生产主要应用在军事领域，人们采取了互换式的生产
12、方法。其后，各种新式互换式机床也应运而生。在制造机床的同时，为了保证车床的精确度，千分尺等一大批测量器具被设计并制造出来。在对管理模式的研究下，机械的制造开始走向自动化。例如，辛辛那提公司制造的液压式平面磨床，就具有自动循环系统；而在米尔沃尔基的工厂，钻床实现了自动化，工件的安装和移动，钻头的转动和进给，工作台的移动等动作均是自动进行,的。并且，随着电子科技的发展，机械的自动化程度越来越高，1952年，美国帕森斯公司制成第一台数字控制机床。1962年，美国本迪克斯公司首次在数控铣床上实现最佳适应控制（ACO）。1967年，美国的福克斯首次提出机构最优化概念。英国莫林斯公司根据威廉森提出的柔性制
13、造系统的基本概念研制出“系统24”。1976年，日本发那科公司首次展出由四台加工中心和一台工业机器人组成的柔性制造单元。,这一时期，最重要的发明无疑是电脑。电脑的出现及在生产中的应用，使机械的生产效率、精确度提高到了一个前所未有的高度。下面介绍一些现代的机械加工机床。,下图所示分别为普通车床和数控车床。车床是主要用车刀在工件上加工旋转表面的机床 。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。数控机床是机电一体化的新型机床，是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一。,下图
14、所示分别为普通铣床和数控铣床。铣床指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件(和)铣刀的移动为进给运动。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。,下图所示分别为普通磨床和数控磨床。磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。,下图所示分别为普通钻床和数控钻床。钻床指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。
15、钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩、锪孔，铰孔或进行攻丝等加工。加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动(主运动)。钻床的特点是工件固定不动，刀具做旋转运动。,下图所示分别为普通镗床和数控镗床。镗床指主要用镗刀对工件已有的预制孔进行镗削的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。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。使用不同的刀具和附件还可进行钻削、铣削、切它的加工精度和表面质量要高于钻床。镗床是大型箱体零件加工的主要设备。螺纹及加工外圆和端面等。,加工中心（
16、又叫电脑锣）,简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。,下图所示为数控电火花切割机。数控电火花线切割机属于电加工范畴，主要用于对各类模具、电极、精密零部件制造，硬质合金、淬火钢
17、、石墨、铝合金、结构钢、不锈钢、钛合金、金刚石等各种导电体的复杂型腔和曲面形体加工。,值得一提的是，要提高生产效率，配合大批量生产的要求，光有先进高速的机床是不够的，还需要提高单个工人的生产效率。于是，泰勒，原先为美国费拉德尔菲尔机械工厂的工人，经过对工作时间的研究，改进了塞兹发明的车床，发明了高速钢，极大地提高了金属的切削速度，随后又发明了一种计算尺，使得一个技术熟练的一流机械技师凭十几年的长期经验方能完成的生产量，一下子提高了二倍。同时，泰勒还进行了大量的其他工作，如从,事时间研究、发明了工具钢和计算尺等。但是，这些工作都是为在工厂里建立管理制度而进行的。泰勒创立的管理制度被布朗戴斯命名为
18、“科学管理法”，采用这种管理法可以使工人更快地加工，是最适合机械加工的管理方法。那么，泰勒的“科学管理法”究竟是什么呢？大体可分为以下四个方面： （1）管理者要把工作细划分成要素，分门别类地进行科学研究，要尽量避免靠经验办事那种模棱两可的态度。,（2）管理者必须根据科学性的资料来选拔人员，训练他们，使其熟练地掌握技术。 （3）管理者必须和工人齐心合力根据上述原则出色地完成任务。 （4）管理者和工人应有明确的工作分工，做到各尽其职。 泰勒的这种管理方法，即使在当今社会看来，也是十分有利于提高生产效率的。,展望未来,机械发展到如今，早已不再是马克思时代定义的“原动机+传动机+工作机”，而是需要会“
19、自行思考”。人类自从用机械代替简单工具，使手和足的“延长”在更大程度上得到了发展，但是人还以头脑为其独有的特征。为了使头脑的功能得以“延伸”，于是人类发明了控制理论、计算机科学、人工智能科学和信息科学。随着这些现代技术的发展，未来的机械将更加智能化，也许，不论什么机械，都将发展成为机器人。计算机将不再只是用于计算的工具，而会成为机器人的头脑。,其实，机器人这个概念早在1920年，就由捷克作家卡雷尔查培克在其剧本洛桑万能机器人中提出了。剧中所说的机器人，是捷克语中“劳动”的意思。该剧描写了一家公司为了减轻人的劳动而制造除了一种机器人的故事。该剧本首次演出，便受到了国内外的好评，并立刻闻名于世。从
20、那以后，人们都对书中描写的这种自动人产生了极大的兴趣。那么，所说的机器人究竟是什么呢？,机器人（Robot）是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。虽然被叫做“人”，但机器人并不一定要具有人的形态。之所以在人们的印象中机器人跟普通人外观一样，原因是最初的机器人制作成了大体上和人相同的样子。并且，最初的机器人展览价值远大于其实用价值。,其实在当今社会，已经有很多各式各样的机器人已经诞生并应用于各行各业了。,下图所示是由日本产业技术综合研究所近日开发
21、出一款可以学习和模仿人类唱歌的美女机器人 HRP-4。身高1.58米的她不仅能够像真人那样唱出优美动听的歌，还可以模仿人类歌手丰富的面部表情。为了让美女机器人更加逼真，研究团队还专门根据人类的呼吸声进行建模，从而帮助“HRP-4”能够像人类一样自然地呼吸。,以上介绍的都是已经被研发出来的机器人，他们或用于农业，或用于军事，或用于工业，或用来娱乐。总之，他们都是为人类服务的。那么，未来的机器人会是什么样呢？我们不得而知。不过，也许，我们可以从科幻大片中略窥一二。,机器人瓦力和他的女朋友伊娃。未来的机器人，也许真的有如人类一般的自我意识,以上都是一些科幻电影中的机器人形象。不管他们是什么形象，都遵
22、守着美国科幻巨匠艾萨克阿西莫夫著名的“机器人三定律”： （1）机器人不应伤害人类； （2）机器人应遵守人类的命令，与第一条违背的命令除外； （3）机器人应能保护自己，与第一条相抵触者除外。 虽然这只是科幻小说里的创造，但这是给机器人赋予的伦理性纲领。机器人学术界一直将这三原则作为机器人开发的准则 。,机械文明的最后一幕,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发展到高级先进的。特别是第二次世界大战之后，各种先进机床先后发展起来，人们的生活水平也得到了空前的提高。甚至有人预测说，未来的机械文明的乌托邦一定会到来。但是，问题很快就出现了。在内燃机技术突飞猛进地
23、发展的同时，带来了大量的废气污染，与此同时，加铅汽油的使用，也带来了严重的铅污染；随着机械行业的不断发展，金属冶炼技术也快速地发展,着，由此带来的金属污染和水质污染正在悄悄地侵蚀着人们的健康；各种新机械层出不穷，淘汰的机器、汽车造成了大量的固体废弃物污染，严重破坏了人们的生存环境；其他的如海洋油污染、聚氯乙烯污染等也在严重地危害着人类自身以及其他生物的生存。机械的发展离不开资源的开发和利用。但是，现在的我们简直就是毫无节制地在使用各种资源。资源始终是有限的，各种重要的资源如煤炭、石油、天然气等都在殆尽之中。,面临如此多的问题，机械的未来不免令人担忧。为此，1987年世界环境与发展委员会在我们共同的未来报告中第一次阐述了可持续发展（Sustainable Development），为未来的发展带来了希望。,世界机械的发展史也是人类文明的发展史，为了能使机械行业能够不断向前发展，更为了使人类本身的可持续发展，我们都需要做出自己的努力。,谢谢观赏！祝大家兔年吉祥！,
