機(jī)械制造自動化技術(shù)的特點分析

唐安琦 湖南省永州市第四中學(xué)

1 引言

機(jī)械制造自動化技術(shù)是一項應(yīng)用計算機(jī)協(xié)助工程技術(shù)人員完成產(chǎn)品設(shè)計和制造的新興技術(shù)。其技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展，是為了實現(xiàn)機(jī)械制造生產(chǎn)的自動化、智能化，節(jié)約產(chǎn)品生產(chǎn)成本，同時提高機(jī)械加工效率。制造業(yè)作為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，推動了生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和人民生活水平的提高，但若要得到進(jìn)一步的技術(shù)突破并實現(xiàn)《中國制造2025》制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的目標(biāo)，仍需不斷向他國學(xué)習(xí)，提升自主創(chuàng)新能力，努力向前發(fā)展。近年來，在機(jī)械制造自動化技術(shù)中出現(xiàn)兩個顯著的特點，一是3D打印；二是計算機(jī)輔助設(shè)計(CAD)。3D打印是指以材料累積的方式制造零件，與傳統(tǒng)的去除材料的加工方法不同。計算機(jī)輔助設(shè)計主要是指利用計算機(jī)分析和處理機(jī)械制造自動化過程中的設(shè)計和制造環(huán)節(jié)，例如以SolidWorks、CATIA、CAXA等代替手工制圖以實現(xiàn)無圖紙工廠，進(jìn)一步實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。

2 機(jī)械制造自動化技術(shù)的優(yōu)點

2.1 提高產(chǎn)品質(zhì)量

機(jī)械制造自動化技術(shù)由于其智能化、可以由計算機(jī)控制操作這一特點決定了其生產(chǎn)的精確性。在生產(chǎn)產(chǎn)品時，由人工操作可能造成約0.1cm的偶然誤差，若改用計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行智能化操作，則誤差可縮小至約0.0001cm，僅為人工誤差的0.1%。計算機(jī)操縱生產(chǎn)大大減小產(chǎn)品的偶然誤差，大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量。通過計算機(jī)輔助設(shè)計，可以預(yù)先對制造的零件進(jìn)行受力分析，確定出材料在加工過程中的工藝最優(yōu)路線，以達(dá)到零件缺陷的最低化，如減小材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，以及減小材料中的孔隙率等。

2.2 縮短生產(chǎn)周期

在中國乃至世界，大部分知名企業(yè)已實現(xiàn)產(chǎn)品的半自動化生產(chǎn)，正逐步向全自動化發(fā)展。自動化生產(chǎn)由于其全過程由機(jī)械設(shè)備操作、計算機(jī)電腦控制，加快了生產(chǎn)流程，加速了生產(chǎn)線的運(yùn)作，不再需要人工進(jìn)行流水作業(yè)，生產(chǎn)效率的提高使得生產(chǎn)周期得以縮短。在傳統(tǒng)的機(jī)械制造過程中，一個復(fù)雜的零件需要經(jīng)過車銑刨磨及熱處理工序，費(fèi)時費(fèi)力；而采用3D打印技術(shù)后，可以一次性對復(fù)雜零件進(jìn)行成型加工，大大縮短了生產(chǎn)周期。

2.3 提高勞動者素質(zhì)

自動化技術(shù)需要利用的人力資源類型已不同以往。在過去，電子裝配大多由人工完成，為產(chǎn)品進(jìn)行裝配的勞動者只需掌握基本的裝配技能即可上崗工作；而今，部分企業(yè)已經(jīng)采用了自動化的電子裝配設(shè)備，此時不再需要的體力勞動人員，轉(zhuǎn)而對產(chǎn)品流程控制的技術(shù)型勞動者有了大量需求。這一流程的轉(zhuǎn)變使得勞動者開始意識到：唯有不斷提升自身科學(xué)技能和文化素質(zhì)，才能適應(yīng)社會現(xiàn)代化的發(fā)展。

3 機(jī)械制造自動化技術(shù)的特點

3.1 激光增材制造（3D打印）

3D打印技術(shù)目前已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的塑料等高分子材料的制造[3,4]，開始逐步面向金屬材料發(fā)展。在金屬增材制造領(lǐng)域，研究人員利用電弧噴涂的方法制備了鈦合金板，殘余應(yīng)力試驗表明用增材制造的方法制造出來的鈦合金板內(nèi)部的殘余應(yīng)力比傳統(tǒng)工藝制造的小很多，并且殘余應(yīng)力分布更均勻即應(yīng)力集中部位更小，更小更均勻的殘余應(yīng)力能夠有效地阻止裂紋在材料內(nèi)部的生長。

3.2 計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）

計算機(jī)輔助設(shè)計旨在將產(chǎn)品的信息（如幾何尺寸、材料類型等）轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C(jī)代碼，最終反映在實際的零件加工中，是目前機(jī)械制造自動化技術(shù)的一大特點。設(shè)計人員可以直接在計算機(jī)上設(shè)計圖紙，并將零件的信息傳送給機(jī)床，機(jī)床計算機(jī)根據(jù)零件的形貌特點等參數(shù)在經(jīng)驗數(shù)據(jù)庫里搜索相似的加工工藝路線，最終根據(jù)優(yōu)化原則選擇最優(yōu)的加工路徑。

4 結(jié)論

即便3D打印的出現(xiàn)給機(jī)械自動化技術(shù)的發(fā)展注入了嶄新的活力，但仍存在很多問題需要研究人員深入研究：如目前3D打印受到零件尺寸的限制，和傳統(tǒng)的鍛壓工藝相比，3D打印技術(shù)只能生產(chǎn)小型零部件，因此提高零件的打印尺寸是未來需要解決的一個問題；其次，市面上的3D打印技術(shù)多以高分子材料為主，對于金屬或者合金的3D打印還存留在實驗室階段，如何在打印過程中有效的控制材料內(nèi)部的缺陷生長（如裂紋、位錯等）也亟待科研人員去解決。其次，機(jī)械制造自動化技術(shù)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它集合了多學(xué)科研究領(lǐng)域：如機(jī)械科學(xué)需要解決零件的設(shè)計問題，包括造型、尺寸以及生產(chǎn)工藝；材料科學(xué)需要根據(jù)零件的實際工況特點進(jìn)行材料的選擇（例如對于汽車輕量化的發(fā)展發(fā)動機(jī)零部件多采用鎂鋁合金，飛機(jī)機(jī)翼等多采用高分子復(fù)合材料等）以及在材料成型過程中材料的組織形態(tài)的轉(zhuǎn)變（例如控制鋼中的含碳量和奧氏體、馬氏體、鐵素體等的形態(tài)來生產(chǎn)不同硬度的鋼材，可以應(yīng)用于結(jié)構(gòu)件、刀具等不同場合）；計算機(jī)科學(xué)主要解決計算機(jī)輔助設(shè)計過程中的人因工程學(xué)，考慮如何將人們的生活習(xí)慣轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵匦?，進(jìn)而生產(chǎn)出更適合人類使用的工具；自動化科學(xué)主要解決制造過程中零件工藝的自動化問題，通過計算機(jī)的手段實現(xiàn)自動投料、自動換刀等等。因此機(jī)械制造自動化技術(shù)的發(fā)展需要多學(xué)科領(lǐng)域的研究人員通力合作，才能有望實現(xiàn)全面的制造自動化過程，加快我國實現(xiàn)制造強(qiáng)國的目標(biāo)。