淺析精密機(jī)械加工技術(shù)趨勢(shì)

姚敏

摘要：精密機(jī)械加工是一種精細(xì)化加工制造工藝，精細(xì)化程度代表著一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的發(fā)展水平。精密機(jī)械加工是推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)深化發(fā)展的重要條件，對(duì)增強(qiáng)國(guó)家綜合國(guó)力，提升國(guó)家國(guó)際地位的關(guān)鍵支撐，新時(shí)代背景下，世界諸國(guó)對(duì)精密機(jī)械加工技術(shù)越來(lái)越重視，我國(guó)機(jī)加行業(yè)也要加快轉(zhuǎn)變觀念，大力發(fā)展精密工藝，推進(jìn)節(jié)能減排，提升資源利用率，并增強(qiáng)機(jī)械加工制造后勁。本文首先分析了精密機(jī)械加工的種類(lèi)、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、影響因素，其次探討了精密機(jī)械加工技術(shù)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)，希望能有利于促進(jìn)我國(guó)機(jī)加工業(yè)的更好發(fā)展。

Abstract： Precision machining is a kind of fine manufacturing technology， and the degree of refinement represents the development level of a country's manufacturing industry. Precision machining is an important condition to promote the further development of machinery manufacturing industry. It is the key support to enhance the comprehensive national strength and enhance the international status of the country. Under the background of the new era， countries all over the world pay more and more attention to precision machining technology. China's machinery processing industry should also speed up the change of concept， vigorously develop precision technology， promote energy conservation and emission reduction， improve the utilization rate of resources， and increase the utilization rate of resources Strong mechanical processing manufacturing aftereffect. This paper first analyzes the types of precision machining， technical advantages， influencing factors， and then discusses the future development trend of precision machining technology， hoping to promote the better development of China's machining industry.

關(guān)鍵詞：精密機(jī)械;加工技術(shù);發(fā)展趨勢(shì)

Key words： precision machinery;processing technology;development trend

中圖分類(lèi)號(hào)：TH16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）23-0118-02

0? 引言

隨著社會(huì)的進(jìn)步，機(jī)械工業(yè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了飛速發(fā)展，尤其是自動(dòng)化技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，促使工業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)技術(shù)精度得到極大提升。當(dāng)前“中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證”（China National Standards，CNS），正逐漸向“計(jì)算機(jī)/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)”（Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS）進(jìn)行轉(zhuǎn)變，為機(jī)械加工制造行業(yè)的高層次發(fā)展起到了極好的支撐作用，并受到了世界諸國(guó)的普遍關(guān)注。發(fā)展精密機(jī)械加工技術(shù)，既是市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境對(duì)機(jī)加行業(yè)的要求，又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障，已經(jīng)成為一種必然趨勢(shì)。筆者分析了精密機(jī)械加工的種類(lèi)，加工工藝和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，以及影響精密加工的主要因素，最后對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)予以探討。

1? 精密機(jī)械加工的種類(lèi)及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

通常而言根據(jù)機(jī)械加工的特點(diǎn)和技術(shù)原理，可將其分為：復(fù)合加工、特種加工、磨料加工以及刀具切削加工幾種。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工逐漸向自動(dòng)化、模塊化方向發(fā)展，精細(xì)化加工成為主流，基于零部件適用性和加工成形機(jī)理的不同要求，我們可以將精密加工分成：變形加工、結(jié)合加工以及去除加工三種主要形式。[1]其中變形加工是依靠擠壓力、牽引力、離心力等外力作用，以及原材料加工中的分子運(yùn)動(dòng)等內(nèi)力作用，促使材料的外形、體量、整體性能發(fā)生改變，常見(jiàn)加工工藝技術(shù)有：精密下料、精密鍛造、精密鑄造、精密軋制、冷擠壓和粉末冶金等，其中冷擠壓技術(shù)特別適用于對(duì)復(fù)雜零部件的加工制造，對(duì)提升原材料的利用率也有機(jī)大意義，利用率可高達(dá)90%以上，同時(shí)成型零部件的剛度也非常高;結(jié)合加工，是通過(guò)物理和化學(xué)的方法把其他材質(zhì)附著、注入或焊接到零部件的表面上，是一種組合加工方式，常見(jiàn)類(lèi)型為焊接、粘黏、電鍍等;去除加工即是分離加工，是對(duì)零部件或原材料按成形要求進(jìn)行切削、打磨、刨除、開(kāi)鑿打孔、分割等，常見(jiàn)數(shù)控機(jī)床全自動(dòng)機(jī)械切鉆加工或工業(yè)機(jī)器人激光切鉆加工。精密機(jī)械加工對(duì)加工設(shè)備的要求極高，機(jī)床集合了鉆、銑、磨、切、壓花等多種功能，且自動(dòng)化程度非常高，比常規(guī)機(jī)械加工速度要快4～6倍，并且對(duì)于人工的需求量較少，可有效節(jié)省生產(chǎn)成本，提升機(jī)械加工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?？傊啾扔趥鹘y(tǒng)機(jī)械加工工藝，精密機(jī)械加工更精細(xì)、更優(yōu)質(zhì)、更高效，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)顯著。

2? 精密機(jī)械加工的主要影響因素

機(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量既與加工設(shè)備的先進(jìn)程度、原材料的質(zhì)量、加工技術(shù)人員水平等因素的影響又與生產(chǎn)加工的環(huán)境有關(guān)。精密機(jī)械加工多針對(duì)核心零部件，它對(duì)加工設(shè)備、加工技術(shù)、操作人員、作業(yè)環(huán)境以及原材料等的要求更高，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

2.1 原材料質(zhì)量

材料質(zhì)量是保證精密機(jī)械加工產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)，精密機(jī)械加工需要選取化學(xué)性能好、物理結(jié)構(gòu)完整、加工性能等符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)質(zhì)原材料，如果材料的理化性能不達(dá)標(biāo)那么在機(jī)械加工中就難以確保其加工精度、產(chǎn)品性能，可能出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

2.2 加工機(jī)理

精密機(jī)械加工一般有兩種類(lèi)型，一是在傳統(tǒng)加工工藝上進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化工藝結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化;二是特種機(jī)械加工技術(shù)。以傳統(tǒng)加工技術(shù)為基礎(chǔ)的精密機(jī)械加工工藝如：精密砂帶切削、金剛石刀具切削、精密高速切削等，特殊加工技術(shù)諸如：激光切削、電子束加工、激光雕刻、電化學(xué)加工等。此外，還有超聲波珩磨、磁力拋光、電解研磨等先進(jìn)工藝。[2]

2.3 質(zhì)量檢測(cè)

所有機(jī)械加工的零部件都必須要經(jīng)過(guò)質(zhì)量檢測(cè)，檢測(cè)方式包括離線檢測(cè)、在線檢測(cè)或者在位檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)水平越高，檢測(cè)的準(zhǔn)確度就越高，對(duì)零部件的質(zhì)量控制就越好，其精密度也就更好。

2.4 加工設(shè)備

先進(jìn)的加工設(shè)備是保障精密機(jī)械加工的重要基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)床的剛度、精密度、穩(wěn)定性、自動(dòng)化程度等的要求也非常高。常見(jiàn)設(shè)備包括金剛石材質(zhì)的砂輪、刀具以及立方氮化硼刀具等。

2.5 操作環(huán)境

精密機(jī)械加工對(duì)作業(yè)環(huán)境的要求很?chē)?yán)格，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、抗震蕩性、清潔度、防電磁干擾性等因素都會(huì)影響到加工質(zhì)量，一般精密加工需要在專(zhuān)業(yè)精密加工車(chē)間內(nèi)進(jìn)行。[3]

3? 精密機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

精密機(jī)械加工工藝是生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的必然產(chǎn)物，也必然隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步，新時(shí)代背景下工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、人工智能技術(shù)、納米技術(shù)、新能源技術(shù)等相繼出現(xiàn)和發(fā)展，為精密機(jī)械加工行業(yè)注入了新的活力，其精密程度更高，主要發(fā)展趨勢(shì)如下：

3.1 高精度發(fā)展趨勢(shì)

隨著工業(yè)市場(chǎng)的不斷繁榮，工業(yè)領(lǐng)域?qū)C(jī)械加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，其中加工精度是最重要的一個(gè)內(nèi)容，因?yàn)楦呔燃庸げ粌H能提升產(chǎn)品性能，還能提高生產(chǎn)效率，更能增強(qiáng)加工企業(yè)的生產(chǎn)能力，獲得更強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。[4]一方面，精度趨勢(shì)逐步加強(qiáng)，機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展推進(jìn)了精密機(jī)械加工工藝的進(jìn)步，精密機(jī)械加工精度開(kāi)始朝著微米級(jí)和亞微米級(jí)方向發(fā)展，未來(lái)發(fā)展將呈現(xiàn)為普通加工——精密加工——超精密加工的過(guò)渡模式，其精度也由1μm發(fā)展到0.01μm再到1nm，甚至精確到0.1nm。另一方面，工藝整合度更高，面對(duì)當(dāng)前國(guó)際國(guó)內(nèi)的激烈競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，機(jī)加工企業(yè)和準(zhǔn)備制造企業(yè)越來(lái)越重視提升生產(chǎn)效率和增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量，在精密機(jī)械加工方面于是出現(xiàn)了“以磨代研”甚至“以磨代拋”的現(xiàn)象，使用一臺(tái)設(shè)備同時(shí)完成多種加工（如車(chē)削、鉆削、銑削、磨削、光整）的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。

3.2 智能化發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，將傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝逐步過(guò)渡到全自動(dòng)化和智能化機(jī)械加工，進(jìn)一步優(yōu)化了工藝形式，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。比如智能化數(shù)控機(jī)床（CNC）、工業(yè)機(jī)器人激光焊接和切割等都是精密機(jī)械加工的發(fā)展趨勢(shì)。[5]這些精密器件在航天航空制造領(lǐng)域、衛(wèi)星通信領(lǐng)域、航運(yùn)船舶工業(yè)、醫(yī)療器械、智能汽車(chē)制造領(lǐng)域等方面都得到了廣泛應(yīng)用，并成為了企業(yè)應(yīng)對(duì)國(guó)際化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的核心部分。

3.3 定制化發(fā)展趨勢(shì)

根據(jù)《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，定制化將是未來(lái)機(jī)械零件加工的發(fā)展趨勢(shì)之一，因?yàn)殡S著2025規(guī)劃目標(biāo)的有效實(shí)施，未來(lái)智能機(jī)械零件加工的應(yīng)用將擴(kuò)大至航空航天、船舶、機(jī)器人、軌道交通、電力、新能源、農(nóng)業(yè)等眾多行業(yè)，眾多的領(lǐng)域意味著CNC零件加工需要應(yīng)對(duì)的差異化因素也在增多，對(duì)于定制化的發(fā)展要求也就愈發(fā)明顯。[6]同時(shí)定制化精密加工也是最大化滿足客戶(hù)需求，提升機(jī)械加工服務(wù)精準(zhǔn)性的關(guān)鍵內(nèi)容。

3.4 大型化與微型化趨勢(shì)

基于某些新興特殊工業(yè)的發(fā)展，精密機(jī)械加工為滿足各種生產(chǎn)和零部件裝配的實(shí)際需求，呈現(xiàn)大型化精密加工和微型化精密加工同步發(fā)展的趨勢(shì)，比如加工航空、航天、宇航等領(lǐng)域的大型光電子器件，就必須要建立大型超精密加工設(shè)備，才能加工生產(chǎn)需求;而加工家電產(chǎn)品、微型電子機(jī)械、光電信息等領(lǐng)域的微型器件，卻需要使用微型超精密加工平臺(tái)。根據(jù)加工需要靈活選用適當(dāng)?shù)木軝C(jī)械加工設(shè)備和工藝是確保工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，最大化滿足時(shí)代發(fā)展需求的關(guān)鍵。[7]

3.5 綠色化發(fā)展趨勢(shì)

傳統(tǒng)粗放型工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，以資源消耗換經(jīng)濟(jì)發(fā)展，以環(huán)境破壞求效益，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，威脅到人與自然的和諧發(fā)展。隨著人類(lèi)生態(tài)意識(shí)的覺(jué)醒，開(kāi)始探索經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)協(xié)調(diào)的互利模式，而以更先進(jìn)的工藝技術(shù)來(lái)替代傳統(tǒng)的加工生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)資源合理、高效利用便是一個(gè)最佳途徑，于是“綠色加工制造”理論應(yīng)運(yùn)而生。如今，生態(tài)環(huán)保成為一個(gè)世界性問(wèn)題，“綠色制造”“可持續(xù)發(fā)展”是整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域所要考慮的重心，綠色化機(jī)械加工制造將成為未來(lái)的發(fā)展大方向。引入最先進(jìn)的機(jī)械加工技術(shù)，使用環(huán)保新材料、清潔新能源、加工新技術(shù)可進(jìn)一步降低生產(chǎn)污染，降低資源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的和諧統(tǒng)一。[8]常見(jiàn)的綠色加工技術(shù)和工藝諸如：MQL潤(rùn)滑的準(zhǔn)干式切削技術(shù)、離子束鍍膜技術(shù)和環(huán)保表面涂裝技術(shù)、水噴射加工技術(shù)、風(fēng)冷切削技術(shù)等。

4? 結(jié)語(yǔ)

精密機(jī)械加工技術(shù)是推動(dòng)機(jī)械制造業(yè)深化發(fā)展的源動(dòng)力，是工業(yè)4.0時(shí)代的核心動(dòng)能，未來(lái)精密機(jī)械加工技術(shù)將朝著高精度、智能化、定制化、綠色化的方向持續(xù)發(fā)展。機(jī)械加工制造行業(yè)各經(jīng)濟(jì)主體應(yīng)認(rèn)清發(fā)展形勢(shì)，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)營(yíng)管理觀念，緊跟時(shí)代潮流，不斷提升自身的精密機(jī)械加工工藝，生產(chǎn)更多高精度的機(jī)械零部件，從而獲得更大的市場(chǎng)生產(chǎn)空間。

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