現(xiàn)代機械的先進加工工藝與制造技術的應用*

胡明祥

(鄂州職業(yè)大學，湖北鄂州 436000)

現(xiàn)代機械的先進加工工藝與制造技術的應用*

胡明祥

(鄂州職業(yè)大學，湖北鄂州 436000)

機械工業(yè)是為國民經(jīng)濟提供技術裝備，為人民生活提供耐用消費品的產(chǎn)業(yè)，機械制造業(yè)是國家的支柱產(chǎn)業(yè)之一，其生產(chǎn)能力和技術水平是衡量一個國家或地區(qū)科技水平和經(jīng)濟實力的重要標志，其技術水平取決于機械制造裝備的性能和質量，而產(chǎn)品的性能和質量則與制造過程的工藝技術和工藝系統(tǒng)裝備的水平直接相關。本文就現(xiàn)代機械先進加工工藝進行分析，并就其制造技術應用略作論述。

機械制造;加工工藝;工業(yè)加工;機械工業(yè)

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，機械制造技術在現(xiàn)代工業(yè)中的地位越來超重要。機械制造工藝及工裝是機械制造技術的重要內(nèi)容。機械制造的過程是將原材料經(jīng)過工藝系統(tǒng)的各種加工變成機械產(chǎn)品的過程。機械制造工藝及工裝課程就是以制造過程為主線，包括零件機械加工工藝、機床夾具設計及裝配工藝等，為國民經(jīng)濟各部門提供冶金機械、礦山及工程機械、石油化工機械、各類運輸機械、機床工具及儀器儀表、紡織及包裝輕工機械、農(nóng)牧業(yè)加工機械等，為人民提供的耐用消費品，如洗衣機、電冰箱、空調(diào)、縫紉機、轎車等。從其應用的廣泛性可見，不論傳統(tǒng)還是新興產(chǎn)業(yè)都離不開各種各樣的機械裝備。經(jīng)過半個多世紀的努力，尤其是改革開放以來，通過引進吸收與自主開發(fā)，我國的機械工業(yè)已經(jīng)基本形成門類齊全、具有相當規(guī)模及技術開發(fā)能力的支柱產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)業(yè)的結構正向著臺理化方向發(fā)展，先進的制造技術不斷在生產(chǎn)中應用推廣，機電及相關高效技術產(chǎn)品生產(chǎn)基地正在逐步形成。大型成套設備的裝備能力提高了，如我國已能自行設計制造60萬kw火力發(fā)電機組、70萬kw水力發(fā)電機組、500萬t的大型鋼鐵成套設備等。通過引進技術的消化吸收，一批先進的高精密制造技術也在我國生產(chǎn)中應用和普及。

一、當前我國機械制造加工發(fā)展情況

進入21世紀，我國己基本建立社會主義市場經(jīng)濟體制。全球性的產(chǎn)業(yè)結構重新組合和國際分工不斷深化，科學技術在突飛猛進地發(fā)展，各國都把提高產(chǎn)業(yè)競爭能力及發(fā)展高新技術，搶占未來經(jīng)濟的制高點，作為科技工作的主攻方向。在機械制造技術方面我國與世界各國的聯(lián)系日益緊密，中國市場與國際市場進一步接軌，面對國內(nèi)外市場的激烈競爭，我國企業(yè)對技術的需求更加迫切和強烈。新產(chǎn)品的開發(fā)水平提高了大批重點骨干企業(yè)在關鍵工序增加了先進、精密、高效的關鍵設備，從而進入到高技術開發(fā)企業(yè)行業(yè)研制出如超重型數(shù)控龍門銑、高精度五軸數(shù)控鏜銑床、sx—T大規(guī)模集成電路光柵數(shù)顯儀、大噸位超重水壓機等;制造技術水平不斷提高，船泊制造精度可達5微米，高精度外圓磨達o．25微米、粗糙度達0．08微米，精密及超精密加工精度已達到亞微米級和亞納米級，已形成完整的先進數(shù)控機床、新型刀具開發(fā)的制造體系。

二、現(xiàn)代機械的先進加工工藝與制造技術的應用

進入21世紀來，機械制造業(yè)迎來的是一個更為激烈的競爭和生存環(huán)境。新知識、新概念的不斷涌現(xiàn)和新產(chǎn)品、新工藝的迅速更新加速了市場的變化，企業(yè)面臨著更加嚴峻的挑戰(zhàn)。特別是在市場不斷高速變化的21世紀，企業(yè)不僅需要有對市場變化的快速反應能力，而且還需要通過技術創(chuàng)新和產(chǎn)品更新來不斷開拓市場、引導市場的能力?，F(xiàn)代制造技術就是為了適應這種競爭環(huán)境而產(chǎn)生的。它是在傳統(tǒng)制造技術的基礎上，不斷吸收和發(fā)展機械、電子、能源、材料、信息及現(xiàn)代管理等技術成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢驗、管理、服務等生產(chǎn)周期的全過程，以實現(xiàn)“優(yōu)質、高效、低耗、靈活、清潔”的生產(chǎn)技術模式，取得理想技術經(jīng)濟效果的制造技術的總稱。

(一)現(xiàn)代機械的先進加工工藝特點

隨著計算機技術、微電子技術、傳感技術、自動控制技術和機電一體化技術的迅速發(fā)展及其在機械制造方面的應用，由系統(tǒng)論、信息論和控制論所組成的系統(tǒng)科學和方法論與機械制造科學的密切結合，組成了機械制造系統(tǒng)，并形成了現(xiàn)代制造工程學。制造系統(tǒng)就是人、機器以及物料流和信息流的一個組合體?，F(xiàn)代制造技術特別強調(diào)入的主體作用，強調(diào)入、技術和管理三者的有機結合，因此，現(xiàn)代制造技術具有以下特征:

1．現(xiàn)代機械制造技術己成為一門綜合性學科?，F(xiàn)代制造技術是由機械、電子、計算機、材料、自動控制、檢測和信息等學科的有機結合而發(fā)展起來的一門跨學科的綜合性學科。現(xiàn)代制造技術的各學科、各專業(yè)間不斷交叉融合，并不斷發(fā)展和提高。

2．產(chǎn)品設計與機械制造工藝一體化。傳統(tǒng)的機械制造技術通常是指制造過程的工藝方法，而現(xiàn)代制造技術則貫穿了從產(chǎn)品設計、加工制造到產(chǎn)品的銷售、服務、使用維護等全過程，成為“市場調(diào)查十產(chǎn)品設計十產(chǎn)品制造十銷售服務”的大系統(tǒng)。如并行工程就是為了保證從產(chǎn)品設計、加工制造到銷售服務一次成功而產(chǎn)生的，已成為面向制造業(yè)設計的一個新的重要方法和途徑。

3．現(xiàn)代機械制造技術是一個系統(tǒng)工程?，F(xiàn)代制造技術不是一個具體的技術，而是利用系統(tǒng)工程技術、信息科學、生命科學和社會科學等各種科學技術集成的一個有機整體，已成為一個能駕馭生產(chǎn)過程的物科流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。

4．現(xiàn)代機械制造技術更加重視工程技術與經(jīng)營管理的有機結合?，F(xiàn)代制造技術比傳統(tǒng)制造技術更加重視制造過程的組織和管理體制的簡化和合理化，由此產(chǎn)生了一系列技術與管理相結合的新生產(chǎn)方式。如制造資源計劃(MRP)、準時生產(chǎn)(HT)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)和全面質量管理(TQC)等。

5．現(xiàn)代機械制造技術追求的是最佳經(jīng)濟效果。現(xiàn)代制造技術追求的目標是以產(chǎn)品生命周期服務為中心，以新產(chǎn)品開發(fā)速度快、成本低、質量好、服務佳、靈活性強取勝，并獲得最佳的經(jīng)濟效果。

6．現(xiàn)代機械制造技術特別強調(diào)環(huán)境保護?，F(xiàn)代制造技術必須充分考慮生態(tài)平衡、環(huán)境保護和有限資源的有效利用，做到人與自然的和諧、協(xié)調(diào)發(fā)展，建立可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。未來的制造業(yè)將是“綠色”制造業(yè)。

(二)現(xiàn)代機械的先進加工工藝應用分類

現(xiàn)代制造技術的分類及發(fā)展大體上可從5個方面來論述。

1．制造系統(tǒng)的自動化、集成化、智能化

機械制造自動化的發(fā)展經(jīng)歷了單機自動化、剛性自動線、數(shù)控機床和加工中心、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計算機集成制造等幾個階段，并向柔性化、集成化、智能化進一步發(fā)展。

2．精密工程和特種加工方法

超精密加工和納米加工三個檔次。精密加工和超精密加工特種加工方法又稱非傳統(tǒng)加工方法，它是指一些物理的、化學的加工方法。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離于束加工等。特種加工方法的主要對象是難加工的材料，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達分子級加工單位或原于級單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段*。

3．快速成形(零件)制造

零件是一個三維空間實體，它可由在某個坐標方向上的若干個“面”疊加而成。因此，利用離散/堆積成形概念，可將一個王維空間實體分解為若干個二維實體制造出來，再經(jīng)堆積而構成三維實體，這就是快速成形(零件)制造的基本原理，其具體制造方法很多，較成熟的商品化方法有疊層實體制造法和立體光刻等。如疊層實體制造，根據(jù)各疊層幾何信息，用數(shù)控激光機在鋪上一層箔材上切出本層輪廓，去除非零件部分，再鋪上一層箔材，用加熱輥輾壓，以固化粘接劑，使新鋪上的—層箔材牢固地粘接在己成形體上，再切割該層的輪廓，如此反復多次直至加工完畢。

4．零件的分類編碼系統(tǒng)

零件分類編碼是對零件相似性進行識別的一個重要手段，也是GT的基本方法。是用數(shù)字來描述零件的幾何形狀、尺寸和工藝特征，即零件特征的數(shù)字化。零件分類是根據(jù)零件特征的相似性來進行的，這些特征主要分為以下三個方面;

1)結構特征。零件的幾何形狀、尺寸大小、結構功能、毛坯類型等。

2)工藝特征。零件的毛坯形狀及材料、加工精度、表面粗糙度、機械加工方法、定位夾緊方式、選用機床類型等。

3)生產(chǎn)組織與計劃特征。加工批量，制造資源狀況，工藝過程跨車間、工段、廠際協(xié)作等情況。

零件的特征用相應的標志表示，這些標志由分類系統(tǒng)中的相應環(huán)節(jié)來描述。零件各種特征的標識按一定規(guī)則排成若干個“列”，每“列”就稱為碼位，也叫縱向分類環(huán)節(jié);在每個列(碼位)內(nèi)又安排若干“行”，每一“行”稱為“項”，也叫橫向分類環(huán)節(jié)。零件分類編碼系統(tǒng)是實施成組技術的基礎和重要手段*對零件進行分類成組，可以便零件設計標準化、系列化和通用化，輔助人工或計算機編制工藝過程和進行成組加工車間的平面設計，改進數(shù)控加工的程序編制，使工藝設計合理化:促進工裝和工藝路線標準化，為計算機輔助制造打下基礎，進一步以成組的方式組織生產(chǎn)。

零件的分類編碼反映了零件固有的名稱、功能、結構、形狀和工藝特征等信息。類碼對于每種零件而言不是唯一的，即不同的零件可以擁有相同的或接近的分類碼，由此能劃分出結構相似或工藝相似的零件組來加工。它的特點是從毛坯到產(chǎn)品多數(shù)可在同一種類型的設備上完成，也可僅完成其中某幾道工序的加工。如在轉塔車床、自動車床加工的中小零件，多半屬于這種類型。這種組織形式是最初級的形式，最易實現(xiàn)，但對較復雜的零件，需用多臺機床完成時，其效果就不顯著。值得一提的是，自從出現(xiàn)加工中心以來，成組單機加工又重新得到重視。

5．柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)一般是指用一臺主機將各臺數(shù)控機床連接起來，配以物料流與信息流的自動控制生產(chǎn)系統(tǒng)。它一方面進行自動化生產(chǎn)，而另一方面又允許相似零件組中不同零件，經(jīng)過少量調(diào)整實現(xiàn)不同工序的加工。這一組織生產(chǎn)的方式，代表著現(xiàn)代制造技術的發(fā)展方向。值得一提的是，成組技術是計算機輔助工藝設計(CAPP)的基礎之一，在成組技術基礎上發(fā)展起來的派生cAPP設計方法，已成為工藝現(xiàn)代化的一種主要方法。另外，成組技術作為一種生產(chǎn)哲理，對柔性制造技術和集成制造技術的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。

三、結語

總之，現(xiàn)代機械的先進加工工藝與制造技術的應用以新興微電子、光電技術為基礎，著力發(fā)展重型成套設備裝備能力，提高轎車大批量制造技術的水平，提高生產(chǎn)優(yōu)質高效的精密儀器及工藝裝備的能力，為新產(chǎn)品的投產(chǎn)及形成規(guī)模提供新工藝、新裝備，形成合理比例的常規(guī)制造技術、先進制造技術及高新技術并存的多層次結構，這將成為我國機械加工技術近期發(fā)展的戰(zhàn)略任務。機械工業(yè)科技發(fā)展正面臨著挑戰(zhàn)與機遇并存的新形勢，我們應當抓住機遇，迎接挑戰(zhàn)，堅決貫徹“以科技為先導，以質量為主體”的方針，進一步推動我國機械工業(yè)的發(fā)展。

［1］鄒慶華．數(shù)控高效加工理論研究［J］．機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2010，(1)．

［2］周莉．高速加工機床的現(xiàn)代CNC控制技術［J］．模具制造，2009，(4)．

［3］陳良驥，王永章．整體葉輪五軸側銑數(shù)控加工方法的研究［J］．計算機集成制造系統(tǒng)，2007，(1)．

2012－03－07

胡明祥(1970－)，男，湖北鄂州人，講師。