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

王詩(shī)禹

【摘? 要】 為了提升機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝，創(chuàng)新精密加工技術(shù)，文章針對(duì)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及精密加工技術(shù)進(jìn)行研究。研究采用資料收集、文獻(xiàn)資料分析、實(shí)例研究等多種方法對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝以及精密加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀、具體應(yīng)用以及未來(lái)發(fā)展進(jìn)行分析。經(jīng)研究結(jié)果表明，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造開(kāi)始應(yīng)用3D、PLC、VR、納米加工等新型技術(shù)，加工效率和精度全面提升。在未來(lái)我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝要注重技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，朝智能化方向發(fā)展，確保新時(shí)期我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域領(lǐng)先全球。

【關(guān)鍵詞】 現(xiàn)代化；機(jī)械設(shè)計(jì)制造；精密加工技術(shù)

一、現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝簡(jiǎn)要介紹

傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝已經(jīng)無(wú)法匹配新時(shí)期社會(huì)發(fā)展需求，應(yīng)時(shí)代要求，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝得到了廣泛研究和應(yīng)用，當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝主要包括以下幾種。

（一）技術(shù)介紹

3D技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中應(yīng)用的新型技術(shù)，該技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)二維平面設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了突破，有效解決了傳統(tǒng)二維平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)不具備空間感的缺陷。在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)用3D技術(shù)能夠展示三維設(shè)計(jì)圖，設(shè)計(jì)者可以在3D模型中觀察設(shè)計(jì)是否存在問(wèn)題，并且利用3D模型整改技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)制造進(jìn)行整改，從而提升設(shè)計(jì)效果。目前，機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用新型3D軟件。如某機(jī)械設(shè)計(jì)公司成功研究應(yīng)用Solid Edge軟件，該軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程中，建立農(nóng)機(jī)三維模型，利用建模數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估。最后，機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)，利用 Solid Edge Simulation 優(yōu)化設(shè)計(jì)，有利于提高機(jī)械性能和耐用性，同時(shí)盡可能降低材料成本。

（二）技術(shù)應(yīng)用分析

3D技術(shù)已經(jīng)在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造生產(chǎn)中成熟應(yīng)用，以汽車工藝行業(yè)為例，已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用3D打印技術(shù)完成發(fā)動(dòng)機(jī)鑄造。3D打印成型技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)成型工藝，保證各項(xiàng)工藝應(yīng)用良好完成，提升打印施工效果。以下是對(duì)某品牌汽車關(guān)鍵零件和結(jié)構(gòu)的3D打印技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行分析研究。

1. 變速箱殼體生產(chǎn)的過(guò)程中，采用3D打印技術(shù)進(jìn)行金屬澆模的過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)三維掃描數(shù)據(jù)對(duì)比，并且對(duì)毛坯和成品進(jìn)行泄漏檢測(cè)，確認(rèn)無(wú)泄漏和毛刺之后才可以實(shí)施澆筑，從而提升澆筑制訂。通過(guò)生產(chǎn)加工研究發(fā)現(xiàn)，加工中應(yīng)用3D加工技術(shù)，能使加工生產(chǎn)效率更高，質(zhì)量精度更高。加工實(shí)施的過(guò)程中，整個(gè)變速箱尺寸為420mm×250mm×130mm，重量10.5kg、使用AC4C材料，整個(gè)制作周期為3天，在利用該技術(shù)后，非加工面粗糙度為Ra6.3，而鑄件尺寸精度為CT8。

2. 變缸汽缸體加工生產(chǎn)也采用3D打印技術(shù)。該結(jié)構(gòu)依舊采用3D打印技術(shù)進(jìn)行三維建模，并且利用三維坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)模型的坐標(biāo)進(jìn)行反復(fù)確認(rèn)，確認(rèn)坐標(biāo)精度后進(jìn)行澆筑和加工。整個(gè)加工的過(guò)程中，采用3D打印技術(shù)的檢測(cè)行為對(duì)精度進(jìn)行檢測(cè)，確認(rèn)實(shí)際情況完善監(jiān)督打印，保證各項(xiàng)工作良好。經(jīng)過(guò)加工效果對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，變缸氣缸加工精度能夠達(dá)到CT8，非加工面粗糙度為Ra6.3。

3. 汽車轉(zhuǎn)向器零部件的加工。對(duì)該汽車的轉(zhuǎn)向器零部件進(jìn)行加工也采用了專業(yè)的加工工藝，加工過(guò)程中，零部件重量為34kg。采用傳統(tǒng)鑄造方式一般為熔模鑄造，此種方式需要經(jīng)過(guò)修蠟、澆筑、沾漿等多道工藝，工藝復(fù)雜，并且每個(gè)工藝在加工的過(guò)程中至少要應(yīng)用5～6次，導(dǎo)致加工受到影響，整個(gè)加工的過(guò)程中，加工工藝受到的影響極大，不利于專業(yè)化的加工管理。而采用3D打印加工技術(shù)之后，整個(gè)加工工作更加受到重視，整個(gè)加工的過(guò)程中，將留長(zhǎng)縮短為砂型設(shè)計(jì)、打印以及金屬液澆筑等多個(gè)模塊，縮短了加工工藝的生產(chǎn)周期，同時(shí)也能夠利用3D技術(shù)輸出數(shù)字文件，方便加工修改，提升加工快速響應(yīng)更改速度，實(shí)現(xiàn)快速調(diào)試和控制，保證加工更加高效。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用3D加工技術(shù)，零部件加工精度和效率有所提升，加工速度提升2倍，加工達(dá)到CT8級(jí)別，符合加工要求。

二、現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

通過(guò)上述研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝在機(jī)械制造領(lǐng)域已經(jīng)全面應(yīng)用。與傳統(tǒng)的工藝相比，現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在現(xiàn)代化機(jī)械制造領(lǐng)域具有無(wú)可替代的作用。

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝在機(jī)械生產(chǎn)中應(yīng)用具有提高機(jī)械生產(chǎn)效率的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，機(jī)械制造領(lǐng)域已經(jīng)開(kāi)始推廣應(yīng)用PLC、人工智能等多種新型加工技術(shù)，新技術(shù)與傳統(tǒng)人工或者半機(jī)械加工技術(shù)具有高效率優(yōu)勢(shì)。以工業(yè)生產(chǎn)PLC技術(shù)為例，該技術(shù)一般應(yīng)用于機(jī)械零件加工，可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)機(jī)械零件加工，加工中應(yīng)用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了零部件和關(guān)鍵機(jī)構(gòu)的精密切削、精密研磨，提升加工精度，滿足客戶需求。另外，部分機(jī)械加工制造利用PLC新技術(shù)已經(jīng)形成機(jī)械設(shè)計(jì)制造加工生產(chǎn)一體化流水線，解決了傳統(tǒng)分散加工模式下零件運(yùn)輸和組裝浪費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題，工農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)制造效率有了很大提升。

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝降低了生產(chǎn)成本?，F(xiàn)代化制造加工工藝的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化加工。精細(xì)化加工之后，機(jī)械設(shè)備零部件精度更高，故障率有所降低，提升了機(jī)械設(shè)備的使用壽命，從而控制了維修和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)了總體成本節(jié)約。

三、精密加工技術(shù)工藝的現(xiàn)狀分析

（一）精密加工技術(shù)工藝簡(jiǎn)要介紹

精密加工技術(shù)也是現(xiàn)代機(jī)械制造生產(chǎn)中應(yīng)用的新型技術(shù)。現(xiàn)代化工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)開(kāi)始精細(xì)化生產(chǎn)，精細(xì)化生產(chǎn)也要求機(jī)械本身具有精細(xì)化特點(diǎn)。因此，現(xiàn)代化精密加工技術(shù)開(kāi)始廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造生產(chǎn)。通過(guò)文章研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，常見(jiàn)的精密加工技術(shù)包括納米加工技術(shù)，SPDT技術(shù)以及CCOS技術(shù)等，以下是對(duì)多種精密機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行研究。

1. 納米精密加工技術(shù)

納米精密加工技術(shù)是以納米技術(shù)為基礎(chǔ)的一種新型機(jī)械生產(chǎn)加工技術(shù)。該技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，利用納米精密材料進(jìn)行加工，從而提升微型結(jié)構(gòu)的加工精度和效率。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代納米精密加工技術(shù)廣泛應(yīng)用現(xiàn)代化機(jī)械電子設(shè)備加工領(lǐng)域，加工精度可以達(dá)到0.1—100nm，完全符合工業(yè)發(fā)展要求，對(duì)機(jī)械生產(chǎn)制造發(fā)展也有著重要的意義。

2. SPDT精密加工技術(shù)

SPDT精密加工技術(shù)在現(xiàn)代化機(jī)械制造中應(yīng)用非常常見(jiàn)。該技術(shù)起初是由美國(guó)研發(fā)，該技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)加工的過(guò)程中，能夠完成微小曲面的快速加工，提升機(jī)械生產(chǎn)加工效率。傳統(tǒng)機(jī)械制造加工技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，通常對(duì)微小曲面加工無(wú)能為力，加工精度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，影響機(jī)械總體質(zhì)量。而在應(yīng)用SPDT精密加工技術(shù)之后，該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的零部件加工修改。面型精度峰谷值（Peak to valley，PV）達(dá)到0.25μm，表面粗糙度Ra 7.6nm。精密加工技術(shù)應(yīng)用后使生產(chǎn)完全滿足機(jī)械加工需求，符合現(xiàn)代機(jī)械生產(chǎn)加工標(biāo)準(zhǔn)。

3. CCOS精密加工技術(shù)

CCOS精密加工技術(shù)也是現(xiàn)代機(jī)械制造中應(yīng)用的常見(jiàn)高精度加工技術(shù)。該技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)完成光學(xué)表面控制，從而實(shí)現(xiàn)零件的綜合加工。機(jī)械加工實(shí)施的過(guò)程中，利用CCOS精密加工技術(shù)能夠提升面型加工精度。實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，CCOS精密加工技術(shù)在機(jī)械生產(chǎn)加工中應(yīng)用，其面型精度可以達(dá)到0.04μm，加工表面粗糙度Ra小于5nm。目前，該技術(shù)主要應(yīng)用醫(yī)療機(jī)械設(shè)備的加工。

（二）精密加工技術(shù)工藝應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

精密加工技術(shù)與傳統(tǒng)的加工技術(shù)相比最主要的優(yōu)勢(shì)是提升機(jī)械加工精度，使機(jī)械設(shè)備零件尺寸更加精細(xì)，減少傳統(tǒng)機(jī)械裝備尺寸不精細(xì)而存在的磨損問(wèn)題，影響到了精密加工效率。而實(shí)際上，精密加工在機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中應(yīng)用正在促使機(jī)械裝置微型化。傳統(tǒng)機(jī)械裝置較大，不易搬運(yùn)、維修困難，同時(shí)也在生產(chǎn)中造成諸多不便，更重要的是大型裝置能耗較高，不符合節(jié)能環(huán)保理念。而在廣泛應(yīng)用精密加工技術(shù)之后，可以利用精密加工技術(shù)將機(jī)械設(shè)備的尺寸減小，使機(jī)械設(shè)備微型化，從而助力了機(jī)械設(shè)備全面發(fā)展。

（三）精密加工技術(shù)工藝發(fā)展方向探索

當(dāng)前精密加工技術(shù)已經(jīng)是機(jī)械生產(chǎn)制造領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)之一。因此，機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域開(kāi)始重視精密加工技術(shù)的全面發(fā)展。例如，除了上述幾種精密加工技術(shù)，機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域更是已經(jīng)全面應(yīng)用多種加工生產(chǎn)工藝。相關(guān)專家在對(duì)SPDT和CCOS精密加工技術(shù)進(jìn)行研究后提出了SLP以及MRF等新型精密加工技術(shù)，以上兩種加工技術(shù)也是面形誤差控制技術(shù)，實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，能夠?qū)⒚嫘握`差降低為0.01λ，真正實(shí)現(xiàn)高精度加工，促進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展。

四、現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝及精密加工技術(shù)發(fā)展建議

現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造對(duì)工藝的加工效率和加工精度有著更高的要求，尤其是在現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展背景下，對(duì)工農(nóng)業(yè)的機(jī)械生產(chǎn)要求更高，機(jī)械設(shè)計(jì)制造需要朝新方向發(fā)展。相關(guān)部門、企業(yè)以及有關(guān)專家都應(yīng)該重視機(jī)械設(shè)計(jì)制造發(fā)展，把握機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的發(fā)展方向，探索多條路徑以促進(jìn)技術(shù)發(fā)展。

第一，相關(guān)部門應(yīng)為機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝發(fā)展指明方向。我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝目前還落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，部分關(guān)鍵技術(shù)未實(shí)現(xiàn)自主化，從而導(dǎo)致我國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造成本較高。同時(shí)，國(guó)家技術(shù)部門應(yīng)該采取多項(xiàng)措施促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝發(fā)展。相關(guān)部門可開(kāi)展自主研發(fā)，組建機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝研究團(tuán)隊(duì)，針對(duì)我國(guó)機(jī)械加工制造技術(shù)進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新。此外，有關(guān)部門可以出臺(tái)相關(guān)政策，支持機(jī)械企業(yè)進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新研發(fā)，有關(guān)部門和企業(yè)建立聯(lián)合技術(shù)研究體系，實(shí)現(xiàn)我國(guó)機(jī)械制造關(guān)鍵技術(shù)的自主化，縮小與發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)差距，降低技術(shù)成本，從而保證生產(chǎn)達(dá)到最佳效果，提升生產(chǎn)質(zhì)量。政策方面，建議我國(guó)有關(guān)部門可以為機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)的技術(shù)研發(fā)給予一定的補(bǔ)貼，包括技術(shù)補(bǔ)貼和資金補(bǔ)貼，使二者資源有效融合，以便快速研發(fā)機(jī)械設(shè)計(jì)制造新技術(shù)。

例如，我國(guó)福建泉州市為加強(qiáng)機(jī)械制造技術(shù)研發(fā)，制訂了《2023年泉州市加快機(jī)械裝備產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)申報(bào)指南》，該指南中明確規(guī)定智能制造試點(diǎn)示范項(xiàng)目補(bǔ)助涵蓋了三個(gè)方向。其中，獲評(píng)國(guó)家、省級(jí)智能制造示范工廠的項(xiàng)目，分別給予一次性100萬(wàn)元、50萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)；獲評(píng)國(guó)家智能制造優(yōu)秀場(chǎng)景的項(xiàng)目，一個(gè)場(chǎng)景給予一次性20萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)，累計(jì)最高不超過(guò)60萬(wàn)元；獲評(píng)省級(jí)智能制造優(yōu)秀場(chǎng)景的項(xiàng)目，一個(gè)場(chǎng)景給予一次性10萬(wàn)元獎(jiǎng)勵(lì)，累計(jì)最高不超過(guò)30萬(wàn)元。通過(guò)不斷地鼓勵(lì)創(chuàng)新，為區(qū)域內(nèi)的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)研究打好基礎(chǔ)，有利于激發(fā)技術(shù)研發(fā)動(dòng)力，促進(jìn)機(jī)械設(shè)計(jì)制造技術(shù)全面發(fā)展。

第二，機(jī)械設(shè)計(jì)制造企業(yè)應(yīng)該明確自身責(zé)任。在市場(chǎng)化發(fā)展背景下，掌握核心技術(shù)就是掌握市場(chǎng)命脈，保證企業(yè)獲取收益，長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的核心。因此企業(yè)自身也需要成立技術(shù)攻關(guān)部門，針對(duì)PLC、智能化機(jī)械制造、精密加工技術(shù)等重點(diǎn)工藝進(jìn)行研究，力爭(zhēng)做到技術(shù)創(chuàng)新。同時(shí)也要有技術(shù)專利意識(shí)，在研發(fā)成功新技術(shù)后立刻申請(qǐng)專利。企業(yè)在研究新型機(jī)械制造加工技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)該從市場(chǎng)和社會(huì)發(fā)展兩個(gè)角度創(chuàng)新。此處特別建議國(guó)有企業(yè)在研發(fā)新技術(shù)的過(guò)程中，一定要重視自身的社會(huì)責(zé)任，明確自身立場(chǎng)，以為人民服務(wù)為宗旨，展開(kāi)機(jī)械化制造加工技術(shù)創(chuàng)新研究，確保機(jī)械化制造加工技術(shù)快速轉(zhuǎn)化為社會(huì)型技術(shù)，造福于我國(guó)社會(huì)，為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)助力。

第三，有關(guān)專家在機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝和精密加工技術(shù)研究的過(guò)程中要樹立宏觀目標(biāo)，以回報(bào)社會(huì)、熱愛(ài)創(chuàng)新、熱愛(ài)祖國(guó)的信念開(kāi)展技術(shù)研究，在獲取技術(shù)攻關(guān)的同時(shí)，也應(yīng)將技術(shù)回饋于社會(huì)，以促進(jìn)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展為核心目標(biāo)。

五、結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝和精密加工技術(shù)是機(jī)械生產(chǎn)加工的核心技術(shù)，對(duì)未來(lái)機(jī)械領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。通過(guò)本研究，提出了多種新型技術(shù)，并對(duì)技術(shù)發(fā)展進(jìn)行了展望，希望能夠?qū)ξ覈?guó)機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝和精密加工技術(shù)發(fā)展有所幫助。