現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及精密加工技術(shù)分析

郭宇峰

摘 要：現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝都是以自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)為主，其在當(dāng)今機(jī)械制造領(lǐng)域中的應(yīng)用愈加廣泛，同時(shí)還有很大的發(fā)展空間?，F(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝可以有效提高機(jī)械生產(chǎn)效率和質(zhì)量，對(duì)推動(dòng)我國機(jī)械化工業(yè)發(fā)展有著重要意義。基于此，文章首先提出現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)而提出自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的應(yīng)用效果，最后探究當(dāng)代一些精密加工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝；精密加工技術(shù)；自動(dòng)化；效果

中圖分類號(hào)：TH16 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）04-0101-02

Abstract： Modern mechanical design and manufacturing technology is based on automation technology， intelligent technology， its application in the field of machinery manufacturing is increasingly extensive， at the same time， there is a lot of room for development. Modern mechanical design and manufacturing technology can effectively improve the efficiency and quality of machinery production， which is of great significance to promote the development of mechanized industry in our country. Based on this， the paper first puts forward the development status of modern mechanical design and manufacturing process， and then puts forward the application effect of automatic mechanical design and manufacturing process， and finally explores some contemporary precision machining technology.

Keywords： mechanical design and manufacturing technology； precision machining technology； automation； effect

引言

科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力。在科技時(shí)代下，機(jī)械制造更多是采用現(xiàn)代化工藝，生產(chǎn)模式也逐漸朝向自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，不僅提高了機(jī)械設(shè)計(jì)制造質(zhì)量，同時(shí)還可以提高生產(chǎn)效能。由此可見，在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中，合理的應(yīng)用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)業(yè)升級(jí)，這也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化機(jī)械生產(chǎn)的重要渠道。想要有效強(qiáng)化機(jī)械制造水平，需要充分利用現(xiàn)代化技術(shù)，并在實(shí)踐當(dāng)中不斷加強(qiáng)新技術(shù)研發(fā)，推出性能更強(qiáng)的設(shè)備，提高機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1 現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的應(yīng)用現(xiàn)狀

采用現(xiàn)代化技術(shù)可以加強(qiáng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造水平，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)的再次升級(jí)，提高機(jī)械生產(chǎn)產(chǎn)品效益，創(chuàng)造出更具價(jià)值的機(jī)械產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的多元化，滿足市場(chǎng)多變的需求，更加精準(zhǔn)的掌握市場(chǎng)需求，針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造市場(chǎng)發(fā)展變化及時(shí)作出反應(yīng)。此外，無論是在機(jī)械設(shè)計(jì)還是機(jī)械制造方面，現(xiàn)代化技術(shù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)化模式，為了能夠保障最終產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)預(yù)期，需要不斷加強(qiáng)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的研究，設(shè)計(jì)人員也要樹立現(xiàn)代化生產(chǎn)理念，整合現(xiàn)有的資源，提高信息利用率，根據(jù)產(chǎn)品實(shí)際需求，采用更具創(chuàng)新的設(shè)計(jì)方案，滿足市場(chǎng)客戶個(gè)性化要求。

2 現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及其應(yīng)用效果

2.1 集成化生產(chǎn)模式

在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，自動(dòng)化基礎(chǔ)和機(jī)械技術(shù)的融合形成了現(xiàn)代化機(jī)械工藝技術(shù)，并從零散的自動(dòng)化逐漸朝向集成化方向發(fā)展，并衍生出了多項(xiàng)技術(shù)。在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)交叉作業(yè)，可以推動(dòng)整個(gè)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。集成化生產(chǎn)模式是多個(gè)子功能結(jié)合而成，構(gòu)成一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，從而降低對(duì)人工勞力的依賴性。在現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造理念下，采用機(jī)械系統(tǒng)工程實(shí)現(xiàn)機(jī)械生產(chǎn)優(yōu)化，結(jié)合數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以及對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，不斷對(duì)自動(dòng)化生產(chǎn)流程、程序進(jìn)行優(yōu)化，豐富自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)以及操作便捷性，將過去分散的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)單元整合為有機(jī)整體。自動(dòng)設(shè)計(jì)生產(chǎn)體系可以有效降低企業(yè)生產(chǎn)成本， 實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝的低碳升級(jí)，從而順應(yīng)行業(yè)發(fā)展進(jìn)程。

2.2 智能化機(jī)械生產(chǎn)

人工智能作為自動(dòng)化技術(shù)的衍生品與替代品，也是當(dāng)今各個(gè)行業(yè)改革發(fā)展的重點(diǎn)內(nèi)容。誠然人工智能技術(shù)如今發(fā)展還不成熟，這也表示智能化技術(shù)還有很大的潛能有待開發(fā)，機(jī)械制造領(lǐng)域需要進(jìn)一步加強(qiáng)智能化技術(shù)的研究。在現(xiàn)代化生產(chǎn)系統(tǒng)中加入人工智能技術(shù)，構(gòu)建智能、無人值守的生產(chǎn)系統(tǒng)，這樣即可實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化機(jī)械生產(chǎn)設(shè)計(jì)形式，只需要技術(shù)人員初步操作，如設(shè)定參數(shù)、輸入機(jī)械設(shè)計(jì)參數(shù)等，此時(shí)智能系統(tǒng)會(huì)對(duì)生產(chǎn)鏈條進(jìn)行分析，憑借智能終端替代人腦進(jìn)行判定和決策。人工智能技術(shù)突出了“智能”理念，也就是可以實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)（模糊理論），在自動(dòng)化生產(chǎn)中越用越聰明，不僅可以強(qiáng)化機(jī)械生產(chǎn)效率，還能夠有效降低資源浪費(fèi)，控制生產(chǎn)成本。

2.3 低碳化生產(chǎn)模式

傳統(tǒng)的高污染機(jī)械生產(chǎn)模式已經(jīng)無法適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)發(fā)展要求，想要減緩機(jī)械生產(chǎn)造成的環(huán)境污染問題，就必須要加強(qiáng)綠色生產(chǎn)技術(shù)的研究與應(yīng)用。習(xí)近平在十九大報(bào)告中明確指出：“加快生態(tài)文明建設(shè)與改革工作，構(gòu)建美麗新中國”。機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)作為推動(dòng)國民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的支柱型產(chǎn)業(yè)，要不斷對(duì)機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境展開綠色優(yōu)化，減少機(jī)械生產(chǎn)中“三廢”排放，盡可能讓機(jī)械生產(chǎn)對(duì)環(huán)境的影響降到最低，推動(dòng)機(jī)械生產(chǎn)行業(yè)長(zhǎng)足發(fā)展。傳統(tǒng)的機(jī)械生產(chǎn)由于技術(shù)上的不足、管理上的不足，“三廢”排放不受節(jié)制，造成“三重”問題，即污染嚴(yán)重、損耗嚴(yán)重、浪費(fèi)嚴(yán)重，低碳化生產(chǎn)模式可以做到“三低”，即污染低、排放量低、損耗低。通過科學(xué)的生產(chǎn)模式，縮短機(jī)械生產(chǎn)周期，從而降低碳排放，構(gòu)建綠色機(jī)械生產(chǎn)鏈。

3 現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的具體應(yīng)用

3.1 機(jī)械設(shè)計(jì)方面

在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)當(dāng)中，結(jié)合計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)以及自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)，以Auto CAD為例，Auto CAD軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)當(dāng)中主要包含的作用有：多維度平面開發(fā)、思維建模和仿真測(cè)試、設(shè)計(jì)與生產(chǎn)銜接。

在Auto CAD軟件開發(fā)之初，機(jī)械設(shè)計(jì)都是采用手繪二維平面設(shè)計(jì)。新時(shí)期下，Auto CAD也實(shí)現(xiàn)了三維建模與仿真測(cè)試功能，也就是在二維平面圖形基礎(chǔ)上升級(jí)成為了三維圖形，同二維模型一樣，在Auto CAD軟件中輸入機(jī)械三維信息，即可呈現(xiàn)出三維模型框架。設(shè)計(jì)人員只需要對(duì)三維框架進(jìn)行調(diào)整、填充即可得到三維設(shè)計(jì)圖像，還可以自主的對(duì)三維模型進(jìn)行上色處理。當(dāng)然，三維模型可以一鍵轉(zhuǎn)化成為二維模型，二維設(shè)計(jì)圖形也可以轉(zhuǎn)化成為三維圖形，從而完成設(shè)計(jì)。

當(dāng)今Auto CAD軟件技術(shù)已經(jīng)和機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了融合，這也是自動(dòng)化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，結(jié)合Auto CAD軟件中的特有插件，將二維圖像轉(zhuǎn)化為三維模型，并通過3D打印機(jī)將三維模型打出來，即可測(cè)試模擬生產(chǎn)效果，待到模型符合設(shè)計(jì)條件之后即可進(jìn)行批量生產(chǎn)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)自動(dòng)化水平，保障最終生產(chǎn)效率。

3.2 機(jī)械制造方面

以自動(dòng)化數(shù)控下料為例。充分利用Auto CAD自動(dòng)操縱控制軟件，根據(jù)機(jī)械板材加工特性，對(duì)確保機(jī)械制造更具針對(duì)性。Auto CAD平臺(tái)主要包含了零件、板材、生產(chǎn)工藝綜合管理模式，挖掘大數(shù)據(jù)相關(guān)信息，得出排樣模板，從中選擇出更加合理的設(shè)計(jì)方案，并應(yīng)用可視化技術(shù)生成工程圖，從Auto CAD軟件將模板圖導(dǎo)入，此時(shí)模板圖就可以呈現(xiàn)在軟件平面上，技術(shù)人員可以應(yīng)用DXF編輯圖形，在編輯完成之后點(diǎn)擊自動(dòng)生產(chǎn)按鍵即刻實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，保障生產(chǎn)率，提高管理效能。數(shù)控仿真技術(shù)可以在計(jì)算機(jī)中生成機(jī)械形態(tài)模型，采用Delphi（應(yīng)用程序開發(fā)工具）獲取平面圖的NC代碼（數(shù)控代碼），此時(shí)即可得到加工信息，包括規(guī)格、生產(chǎn)參數(shù)等，并通過智能化技術(shù)模擬機(jī)械的直線、圓弧加工軌道，還可以采用timer（定時(shí)器）控件、canvas（插件）控件對(duì)模擬模型進(jìn)行更改，在顯示屏上可以直接顯示出機(jī)械構(gòu)件實(shí)際形態(tài)。方針模型符合標(biāo)準(zhǔn)即可按照仿真編程代碼進(jìn)行現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，軟件可以對(duì)生產(chǎn)流程進(jìn)行校檢，考量程序和生產(chǎn)應(yīng)用的可行性、精準(zhǔn)性。

4 精密加工技術(shù)相關(guān)闡述

4.1 技術(shù)分類

（1）超精密切削。超精密切削是以SPDT（Vishay單片SPDT模擬開關(guān)）技術(shù)為核心，主要是采用了空氣軸承主軸、高剛性、氣動(dòng)滑板、高精度工具、反饋控制、環(huán)境溫度控制等，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)別的粗糙度。多數(shù)是應(yīng)用金剛石刀具銑削，在平面和非球面光學(xué)元件、有機(jī)玻璃、塑料制品、陶瓷、復(fù)合材料加工領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛。但是金剛石在使用中存在著損耗問題，未來會(huì)發(fā)展鍍膜技術(shù)改善金剛石刀具在加工硬化鋼材時(shí)的損耗。（2）超精密磨削。精密磨削在長(zhǎng)期發(fā)展中衍生出了超精密磨削，該項(xiàng)技術(shù)的核心就是金剛石砂輪修整，在實(shí)際生產(chǎn)中可以確保磨粒的微刃性、等高性。該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用十分廣泛，特別是在高精度機(jī)械構(gòu)件加工中可以充分發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。被磨削之后，工件表面的磨削痕跡幾乎不可見，之后再對(duì)工件進(jìn)行摩擦、拋光，最后即可生成超精度加工面，當(dāng)今超精密磨削可以加工出圓度為0.01μm工具，尺寸精度達(dá)到了0.1μm、表面粗糙度為Ra0.005μm圓柱零件。（3）超精密研磨。超精密研磨技術(shù)包括機(jī)械研磨、化學(xué)機(jī)械研磨、浮動(dòng)研磨、彈性發(fā)射加工、磁力研磨等多項(xiàng)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)“無振動(dòng)”研磨、精密溫控、潔凈環(huán)境、細(xì)小且均勻的研磨劑。該項(xiàng)技術(shù)所加工出的球面精度達(dá)到0.025μm，表面粗糙度為Ra0.003μm。

4.2 技術(shù)發(fā)展展望

（1）高精度、高效率。精密加工技術(shù)當(dāng)今更多是應(yīng)用在軍工、航天等特殊領(lǐng)域，未來會(huì)逐漸向民用機(jī)械產(chǎn)品方向發(fā)展，由于當(dāng)今精密加工技術(shù)生產(chǎn)效率低，未來會(huì)逐漸提升加工效率，采用EEM（嵌入式事件管理器）、CMP（單芯片多處理器）技術(shù)可以提升加工精度；（2）大型化與微型化。高精度機(jī)械部件生產(chǎn)需要大型精密加工設(shè)備，美國提出了加工直徑為2.4-4m的大型機(jī)械超精密加工機(jī)床，可以實(shí)現(xiàn)精密機(jī)械部件量產(chǎn)，再加上微型電子技術(shù)發(fā)展，精密加工也會(huì)朝向微型化方向發(fā)展，如微型傳感器、微型驅(qū)動(dòng)元器件等；（3）智能化。現(xiàn)代化機(jī)械依然處于自動(dòng)化朝向智能化過渡階段，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)可以提高機(jī)械生產(chǎn)的穩(wěn)定性，這一點(diǎn)在精密加工中更加明顯。

5 結(jié)束語

綜上所述，在新時(shí)期下，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝已經(jīng)成為機(jī)械行業(yè)主流趨勢(shì)，并且自動(dòng)化加工未來也會(huì)逐漸朝向智能化、集約化、綠色化方向發(fā)展?？傊?，充分利用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)可以提高機(jī)械生產(chǎn)效能、提高生產(chǎn)企業(yè)效益、提供個(gè)性化服務(wù)，是機(jī)械制造領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。

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