淺析機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展

摘要：機(jī)械制造技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志，也是各國科技競爭的重點(diǎn)。本文對我國現(xiàn)有的機(jī)械制造技術(shù)進(jìn)行了分析，并闡述了未來的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造 技術(shù)特點(diǎn)發(fā)展分析

0 引言

目前，我國的機(jī)械制造技術(shù)與美、英、俄等發(fā)達(dá)國家相比，還有一定的差距，而科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展，仍面臨著巨大的挑戰(zhàn)。因此，我國現(xiàn)有的機(jī)械制造業(yè)已不能沿用20世紀(jì)時(shí)的，以凸輪及其機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)的專用機(jī)床、專用夾具、專用刀具組成的流水式生產(chǎn)，而要向著自動(dòng)化（數(shù)控高速切削加工）、計(jì)算計(jì)綜合自動(dòng)化（CIM）發(fā)展。本文就機(jī)械制造技術(shù)、發(fā)展分析等，作進(jìn)一步的研究和探討[1]。

1 機(jī)械制造技術(shù)

機(jī)械制造技術(shù)是研究制造生產(chǎn)裝備過程中的基本原理、技術(shù)和方法的一門學(xué)科。隨著科技發(fā)展，對機(jī)械制造技術(shù)提出了更高的要求，例如，要求達(dá)到納米（10-6mm）的超精密加工，大規(guī)模集成電路硅片的超微細(xì)加工重型裝備超大型件的加工，難加工材料和具有特殊物理性能材料的加工等。要想提高產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低其成本，提高市場的競爭力，就必須采用先進(jìn)的制造技術(shù)[2]。

1.1 隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促使常規(guī)技術(shù)與精密檢測技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、傳感技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、伺服技術(shù)等相互結(jié)合，使機(jī)械制造業(yè)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

1.2 隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、柔性化、智能化、集成化生產(chǎn)加工，使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到提高。

1.3 隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求，許多零件的形狀越來越復(fù)雜，精度要求越來越高，表面粗糙度要求越來越低。相繼出現(xiàn)了化學(xué)機(jī)械加工、電化學(xué)加工、超聲波加工、激光加工、超精密研磨與拋光、納米加工等特種加工、超精密加工技術(shù)和復(fù)合加工技術(shù)。

2 發(fā)展分析

我國機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展：一是精密加工技術(shù)，二是CIMS計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)，三是發(fā)展模式[3]。

2.1 精密加工技術(shù)。精密加工的核心主要體現(xiàn)在對尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。要實(shí)現(xiàn)高速切削與強(qiáng)力切削，必須有與之相適應(yīng)的機(jī)床和切削刀具。目前數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)5000r/min，加工中心主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)20000r/min，磨削速度已達(dá)40～60r/s，高的可達(dá)80～120r/s。例如，電火花加工的精度要求可達(dá)±2-3μm、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于Ra0.3μm。而鏡面加工效果且能夠完成微型接插件、IC塑封、手機(jī)、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。

例如，運(yùn)用數(shù)控高速切削技術(shù)(High Speed Machining，HSM，或High Speed Cutting，HSC)，可提高加工效率和加工質(zhì)量[4]。

2.1.1 高速切削。高速切削技術(shù)綜合了機(jī)床的高速主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料以及高性能CNC數(shù)控系統(tǒng)等諸多相關(guān)硬件和軟件技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)高速切削與強(qiáng)力切削，必須有與之相適應(yīng)的機(jī)床和切削刀具。目前數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)5000r/min，加工中心主軸轉(zhuǎn)速已達(dá)20000r/min，磨削速度已達(dá)40～60r/s，高的可達(dá)80～120r/s。

2.1.2 生產(chǎn)效率。高速切削加工技術(shù)提高了切削加工的生產(chǎn)效率，表現(xiàn)在：①切削力?。涸阢娤骷庸ぶ?，主軸軸承、刀具、工件受到的徑向切削力得到大幅度減少。②材料切除率高：在相同時(shí)間內(nèi)的材料切除率相應(yīng)提高。③工件熱變形?。阂?yàn)槭歉咚偾邢鳎蟛糠值那邢鳠醽聿患皞鹘o工件就被高速流出的切屑帶走，所以，加工表面的受熱時(shí)間短，不會(huì)導(dǎo)致熱變形，提高了表面精度。④精度高：由于高速切削力小于常規(guī)切削，加工系統(tǒng)的振動(dòng)降低，加工過程平穩(wěn)，提高了加工精度。⑤環(huán)保：由于高速切削可實(shí)現(xiàn)干式切削，減少了切削液用量，從而使污染和能耗降低。

2.1.3 實(shí)際應(yīng)用。高速切削技術(shù)在精密制造中的實(shí)際應(yīng)用，主要表現(xiàn)在：①非曲直對于薄壁類零件和細(xì)長的工件。②采用數(shù)控高速切削加工，廣泛應(yīng)用于汽車、模具、航天航空等制造領(lǐng)域。③采用數(shù)控高速切削技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)在一臺機(jī)床上對復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件同時(shí)進(jìn)行粗、精加工。

2.1.4 關(guān)鍵技術(shù)。實(shí)現(xiàn)數(shù)控高速切削的關(guān)鍵技術(shù)，主要包括：切削機(jī)理、切削機(jī)床、切削刀具和切削工藝[5]。

①切削機(jī)理：研究各種材料在高速加工條件下，形成的切削力、切削熱的變化規(guī)律，刀具磨損規(guī)律及對加工表面質(zhì)量的影響規(guī)律，有利于促進(jìn)高速切削工藝規(guī)范的確定和切削用量的選擇，為具體零件和材料的加工工藝制定提供理論基礎(chǔ)。②切削機(jī)床：高速切削機(jī)床主要包括：主軸系統(tǒng)、快速進(jìn)給系統(tǒng)和CNC控制系統(tǒng)。a主軸。一般主軸轉(zhuǎn)速在10000r/min以上，最高可達(dá)60000－100000r/min，具有良好的動(dòng)態(tài)和熱態(tài)性能。b高速進(jìn)給。機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)能夠滿足快速移動(dòng)和快速準(zhǔn)確定位。③切削刀具：由于切削速度的大幅度提高，對切削刀具材料、刀具幾何參數(shù)、刀體結(jié)構(gòu)等都提出了新的要求，高速切削刀具材料和刀具制造技術(shù)都有了新的變化。高速切削加工時(shí)，不僅要保證高的生產(chǎn)率和加工精度，還要保證人身的安全和產(chǎn)品的可靠性。因此，高速切削加工的刀具系統(tǒng)必須具有良好的幾何精度、重復(fù)定位精度、裝夾剛度、高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)良好的平衡狀態(tài)和安全可靠性。需要注意的是：要盡可能減輕刀體質(zhì)量，使其在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)所受的離心力小，可提高高速切削時(shí)的安全性，改進(jìn)刀具的夾緊方式。④切削工藝：高速切削在實(shí)際生產(chǎn)加工中，缺乏可供參考的應(yīng)用實(shí)例，也沒有實(shí)用的切削用量和加工參數(shù)數(shù)據(jù)庫，高速加工的工藝參數(shù)優(yōu)化是加工技術(shù)的關(guān)鍵。例如，數(shù)控高速切削的零件NC程序，要求在整個(gè)切削過程中保證載荷穩(wěn)定，而在使用CNC軟件中發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)編程功能不能滿足這一的要求，需要由人工編程加以補(bǔ)充和優(yōu)化。因此，必須研制開發(fā)新的編程方式，使切削數(shù)據(jù)適合高速主軸的功率特性曲線。

2.2 CIMS計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化技術(shù)。CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化，是基于CIM哲理構(gòu)成的新型生產(chǎn)實(shí)體，是信息時(shí)代的一種新型生產(chǎn)制造模式。CIMS是通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等軟硬件技術(shù)，把企業(yè)生產(chǎn)過程中經(jīng)營管理、生產(chǎn)制造、售后服務(wù)等環(huán)節(jié)聯(lián)系在一起，構(gòu)成了一個(gè)能適應(yīng)市場需求變化和生產(chǎn)環(huán)境變化的大系統(tǒng)[6]。

隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的應(yīng)用和開發(fā)，整個(gè)生產(chǎn)過程在計(jì)算機(jī)的數(shù)控下，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、智能化、集成化，不僅使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率得以提高，且縮短了生產(chǎn)周期，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2.2.1 智能化。智能制造技術(shù)IMT是將人工智能融入制造過程的各個(gè)環(huán)節(jié)能自動(dòng)監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)，在受到外界干擾或內(nèi)部激勵(lì)時(shí)能自動(dòng)調(diào)整其參數(shù)以達(dá)到最佳狀態(tài)和具備自組織能力。例如，新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了模糊控制技術(shù)和專家系統(tǒng)智能控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)是由計(jì)算機(jī)監(jiān)測來判定電火花加工間隙的狀態(tài)在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動(dòng)選擇使加工效率達(dá)到最高的加工條件自動(dòng)監(jiān)控加工過程實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的加工過程的控制技術(shù)。

2.2.2 自動(dòng)化。自動(dòng)操作過程不需人工干預(yù)可以提高加工精度、效率。機(jī)床的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。例如，對于批量較大的生產(chǎn)的自動(dòng)化，可通過機(jī)床自動(dòng)化改裝、應(yīng)用自動(dòng)機(jī)床、專用組合機(jī)床、自動(dòng)生產(chǎn)線來完成。小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化，可通過NCMCCAMFMSCIMIMS等來完成。為了提高生產(chǎn)效率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，盡可能地用機(jī)械作業(yè)替代人力勞動(dòng)成為一種發(fā)展趨勢，為適應(yīng)這種工程作業(yè)環(huán)境使用要求，小型及微型工程機(jī)械的需求將迅速增長。微型產(chǎn)品不但其外形尺寸受到具體約束，同時(shí)其外觀形態(tài)、色調(diào)等方面的設(shè)計(jì)愈來愈體現(xiàn)了與自然、環(huán)境的融合。

2.2.3 高效化。要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。例如，手機(jī)外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領(lǐng)域都要求減少輔助時(shí)間，如編程時(shí)間、電極與工件定位時(shí)間等，同時(shí)又要降低粗糙度從原來的Ra0.8μm改進(jìn)到Ra0.25μm使放電后不必再進(jìn)行手工拋光處理。

2.2.4 信息化。隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化與通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在制造系統(tǒng)中的應(yīng)用信息的作用越來越重要。制造過程的實(shí)質(zhì)是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)。因此，可以把信息看作是一種產(chǎn)業(yè)包括在制造之中。

2.2.5 集成化。集成化的目的是實(shí)現(xiàn)制造企業(yè)的功能集成，功能集成要借助現(xiàn)代管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)。實(shí)現(xiàn)技術(shù)集成同時(shí)還要強(qiáng)調(diào)人的集成，由于系統(tǒng)中不可能沒有人，系統(tǒng)運(yùn)行的效果與企業(yè)經(jīng)營思想、運(yùn)行機(jī)制、管理模式都與人有關(guān)，在技術(shù)上集成的同時(shí)還應(yīng)強(qiáng)調(diào)管理與人的集成。

2.2.6 柔性化。柔性是指一個(gè)制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力它與系統(tǒng)方案、人員和設(shè)備有關(guān)。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務(wù)完成數(shù)量和時(shí)間要求的適應(yīng)能力。設(shè)備柔性是指機(jī)床能在短期內(nèi)適應(yīng)新零件的加工能力。例如，在通用產(chǎn)品的基礎(chǔ)上增加模塊化的功能部件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的多樣化，或通過全新的模塊化設(shè)計(jì)、制造以及不同模塊之間的柔性化組合，實(shí)現(xiàn)功能多樣化。應(yīng)用機(jī)電液一體化技術(shù)、電子計(jì)算機(jī)技術(shù)、監(jiān)測控制技術(shù)，使工程機(jī)械的信息化、智能化，可以提高工程機(jī)械各種故障的自我診斷和修復(fù)能力，降低施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率和工程質(zhì)量。

2.2.7 綠色化。綠色制造、環(huán)境意識的設(shè)計(jì)與制造、生態(tài)工廠、清潔化生產(chǎn)等概念是全球可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在制造業(yè)中的體現(xiàn)。依靠科技進(jìn)步，節(jié)約資源，關(guān)愛生命，提高效益，減少廢物排放，促進(jìn)部分資源循環(huán)利用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境和諧的發(fā)展。例如，行業(yè)可通過生產(chǎn)設(shè)施和生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)安全清潔生產(chǎn);通過采用新技術(shù)、新工藝、新材料，優(yōu)化、創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)，減少產(chǎn)品資源消耗與廢物排放，降低產(chǎn)品噪聲，增加操作人員的舒適程度;通過研究新材料、材料表面工程技術(shù)開展再制造技術(shù)、回收技術(shù)，實(shí)現(xiàn)廢舊工程機(jī)械的回收與再利用。

2.3 發(fā)展模式。企業(yè)發(fā)展規(guī)?；?、專業(yè)化、集約化和柔性化。如大型工程機(jī)械整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)或企業(yè)集團(tuán)可通過內(nèi)生增長和外延擴(kuò)張等方式，迅速發(fā)展，擴(kuò)大規(guī)模，增加產(chǎn)品種類，成長為綜合性的工程機(jī)械企業(yè)，同時(shí)，行業(yè)的集中度將進(jìn)一步提高。零部件企業(yè)將由目前的規(guī)模小、分布散、企業(yè)多和依附于主機(jī)企業(yè)的狀況，向?qū)I(yè)化、與主機(jī)企業(yè)形成伙伴關(guān)系的方向發(fā)展；主機(jī)廠的非核心零部件業(yè)務(wù)將逐步剝離，零部件企業(yè)將迅速成長，并逐步形成與主機(jī)企業(yè)同步、甚至超前開發(fā)模塊化部件的能力，推動(dòng)主機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展[7]。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國機(jī)械制造技術(shù)應(yīng)順應(yīng)國際市場大環(huán)境的需求，不斷加強(qiáng)微電子技術(shù)、信息技術(shù)、光電技術(shù)、新材料技術(shù)與機(jī)械制造技術(shù)之間的結(jié)合、融合，促進(jìn)產(chǎn)品向多樣化、智能化、綠色化發(fā)展，從而進(jìn)一步提高我國機(jī)械制造技術(shù)的創(chuàng)新和攻關(guān)能力，爭取在較短的時(shí)間內(nèi)，使我國機(jī)械制造技術(shù)達(dá)到世界先進(jìn)水平[8]。

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作者簡介：陳明，男（1978），遼寧省錦州人，碩士研究生，工程師，研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)、化工設(shè)備與機(jī)械。