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

貴州省機(jī)械職業(yè)技術(shù)學(xué)校 □錢 峻

現(xiàn)代化機(jī)械制造在大量新設(shè)備、 新技術(shù)的支持下， 無(wú)論是設(shè)計(jì)， 還是加工， 均朝著精密型、實(shí)用型、 集成型方向發(fā)展， 使得技術(shù)自動(dòng)化、 智能化水平不斷提升; 同時(shí)， 整個(gè)行業(yè)朝著品質(zhì)化、 規(guī)?；?現(xiàn)代化的目標(biāo)邁進(jìn)， 有利于推動(dòng)我國(guó)機(jī)械制造健康發(fā)展。

(1) 柔性化

從機(jī)械設(shè)計(jì)制造來(lái)看， 秉承柔性化的生產(chǎn)理念， 讓設(shè)計(jì)與制造體系的自動(dòng)化日益成熟與完善， 例如: 數(shù)字化機(jī)床、 工業(yè)機(jī)器人等; 并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求不斷優(yōu)化， 融入了更多人性化元素， 例如: 人機(jī)交互設(shè)計(jì)、 柔性制造單元等。 以數(shù)控設(shè)備為例， 例如， 設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)， 結(jié)合實(shí)際需求， 通過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)線、 柔性制造系統(tǒng)以及制造單元達(dá)成預(yù)期目標(biāo)。 柔性技術(shù)集自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)于一身， 能夠?qū)υO(shè)計(jì)、 制造、 運(yùn)營(yíng)相對(duì)獨(dú)立的狀態(tài)進(jìn)行改變， 在計(jì)算機(jī)技術(shù)、 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的支持下， 可以構(gòu)建覆蓋全過(guò)程機(jī)械制造的柔性控制網(wǎng)絡(luò)， 使機(jī)械制造可以結(jié)合客觀環(huán)境變化進(jìn)行改善， 例如， 按照機(jī)械制造新流程、 新工藝、 新要求、 新理念等， 對(duì)機(jī)械制造計(jì)劃、 機(jī)械制造資源等方面進(jìn)行調(diào)整與優(yōu)化， 可形成風(fēng)險(xiǎn)最低、 投入最小的機(jī)械制造體系。 柔性技術(shù)與剛性技術(shù)是相對(duì)的概念， 基于剛性技術(shù)的機(jī)械制造雖然可以大批量進(jìn)行生產(chǎn)， 但是存在著生產(chǎn)模式單一化的問(wèn)題， 也就無(wú)法滿足個(gè)性化需求。 基于柔性技術(shù)的機(jī)械制造能夠讓設(shè)備、 工藝、 制造等各個(gè)環(huán)節(jié)變得柔性， 便可以靈活完成任務(wù)。 現(xiàn)階段， 柔性技術(shù)已經(jīng)構(gòu)建多種類型的機(jī)械制造線，其中FML (柔性制造性) 比較突出， 整個(gè)生產(chǎn)線擁有CNC 機(jī)床， 具備加工中心通用率高的優(yōu)勢(shì)， 與中小批量多種柔性生產(chǎn)線相對(duì)比， FML對(duì)于物料搬運(yùn)柔性機(jī)制的要求并不高， 具體是通過(guò)分散型控制體系、 離散型生產(chǎn)模式等， 可以柔性化、 自動(dòng)化生產(chǎn)， 滿足各種生產(chǎn)需求。

(2) 高精度

隨著時(shí)代的發(fā)展， 市場(chǎng)對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝提出更高的要求， 因此， 高精度設(shè)計(jì)、 制造以及加工是現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的重要目標(biāo)。從機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)、 制造、 加工來(lái)看， 在先進(jìn)技術(shù)以及先進(jìn)設(shè)備的支持下， 可以實(shí)現(xiàn)高精度的目標(biāo)， 可以進(jìn)一步提升產(chǎn)品質(zhì)量。

(3) 組合性

為了確保機(jī)械設(shè)計(jì)制造以及加工能夠達(dá)到預(yù)期要求， 有時(shí)候僅依靠一種生產(chǎn)工藝無(wú)法達(dá)到要求， 所以需要聯(lián)合眾多生產(chǎn)工藝， 因此現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝具有組合性特征。 在組合的過(guò)程中， 需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析， 結(jié)合特征與需求做好精密性設(shè)計(jì)， 以此為依據(jù)， 對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行組合，例如， 結(jié)合需求， 可以將現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝與信息技術(shù)進(jìn)行結(jié)合， 這是目前常見(jiàn)形式， 可以將設(shè)計(jì)、 制造、 加工等與信息系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，由系統(tǒng)給出指令完成自動(dòng)化設(shè)計(jì)制造， 不僅可以提升設(shè)計(jì)制造效率， 而且能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量。

(1) 自動(dòng)化焊接

從現(xiàn)代機(jī)械制造來(lái)看， 自動(dòng)化焊接屬于常用技術(shù)， 主要是結(jié)合實(shí)際需求， 進(jìn)而將相關(guān)工件自動(dòng)化焊接起來(lái)。 值得注意的是， 焊接過(guò)程中， 電弧周圍會(huì)有氣體， 能夠保護(hù)焊頭、 工件表面， 達(dá)到分離空氣、 電弧等目標(biāo)。 在氣體保護(hù)作用下，會(huì)進(jìn)一步減少外部空氣對(duì)于自動(dòng)化焊接帶來(lái)的負(fù)面影響， 而焊接電弧充分燃燒能夠得到保障。 對(duì)于自動(dòng)化焊接工藝而言， 主要工藝是氣焊， 在相應(yīng)的程序支持下， 按照預(yù)先的需求與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工作。 同時(shí)， 因?yàn)楹附用芊庑院茫?所以可以在封閉環(huán)境中開(kāi)展， 經(jīng)過(guò)保溫處理之后， 可以對(duì)焊后的回火溫度進(jìn)行有效控制并消除應(yīng)力。 自動(dòng)化焊接主要還是依托PLC 控制系統(tǒng)來(lái)合理控制焊弧、 焊絲等。 同時(shí)， 基于特殊需求， 還有一種半自動(dòng)化的焊接技術(shù)， 也就是涉及人為操作， 一方面， 基于焊接需求， 由機(jī)械將焊絲送入目的地; 另外一方面， 由技術(shù)人員移動(dòng)焊弧， 可以達(dá)到焊接的要求。

(2) 毛坯車外圓自動(dòng)化校準(zhǔn)

其工作原理是: 將焊接工件在正負(fù)電極兩端合理擺放， 將電源接通之后， 此時(shí)焊接工件接觸部位就會(huì)出現(xiàn)“電長(zhǎng)效應(yīng)”。 同時(shí)， 會(huì)加快焊接物表面熔化速度， 在一定壓力之下， 可以達(dá)到預(yù)期焊接效果。 值得注意的是， 融合尺寸的合理性必須得到保障， 還要將焊點(diǎn)強(qiáng)度提升起來(lái)， 通?？梢越柚鶳LC 系統(tǒng)以及相關(guān)程序， 對(duì)焊接時(shí)間、焊接電流等進(jìn)行有效控制。 以某工件加工制造為例， 直徑為55mm， 長(zhǎng)度為2m， 在系統(tǒng)中輸入工件參數(shù)之后， 可以自動(dòng)將毛坯夾在卡盤(pán)之中，并完成找正。 隨后， 將車刀放入四方刀臺(tái)， 再利用頂尖將其找正之后夾緊， 通常是以毛坯的端面為基準(zhǔn)， 可以明確方向。 需要注意的是， 當(dāng)?shù)毒呖煲c毛坯圓心接觸時(shí)， 需要將多余的毛坯清除，然后對(duì)夾頭進(jìn)行切換以及將頂尖更換。 同時(shí)， 由毛坯頂住， 讓刀臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)， 可以達(dá)到自動(dòng)化的目標(biāo)。

(3) 螺柱焊智能生產(chǎn)工藝

螺柱焊屬于現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝中的常見(jiàn)技術(shù)， 有拉弧式與儲(chǔ)能式兩種焊接模式之分。對(duì)于儲(chǔ)能式焊接工藝而言， 熔深不大， 常用于薄板焊接; 對(duì)于拉弧式焊接模式而言， 熔深較大，常用于重工業(yè)領(lǐng)域。 整體來(lái)講， 該焊接工藝比較簡(jiǎn)單， 在實(shí)際操作的過(guò)程中， 可以省下一些操作， 例如， 鉆洞、 黏結(jié)、 打孔等， 所以能夠避免焊接物出現(xiàn)漏水、 漏氣等情況。 在智能技術(shù)的支持下， 該焊接工藝與調(diào)控器、 傳感器等進(jìn)行融合， 不僅可以智能監(jiān)測(cè)相應(yīng)的狀態(tài)， 而且可以根據(jù)參數(shù)， 發(fā)揮變壓器的作用達(dá)到降壓處理的目標(biāo)， 之后通過(guò)整流橋?qū)⒔涣麟娮兂芍绷麟姟?同時(shí)， 在雙向流管、 充電電阻等作用下， 能夠?yàn)殡娙莩掷m(xù)提供電量。 此外， 隨著智能芯片技術(shù)的完善， 可以結(jié)合實(shí)際需求， 讓儲(chǔ)能電容對(duì)電量進(jìn)行釋放， 也就達(dá)到了自動(dòng)化、 智能化目標(biāo)。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展， 機(jī)械設(shè)計(jì)制造類企業(yè)必須結(jié)合消費(fèi)者需求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化， 那么必須要滿足精密加工的要求。 隨著現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的完善， 精密加工技術(shù)跟隨市場(chǎng)需求而不斷發(fā)展， 在提升機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量方面發(fā)揮著非常重要的作用。 關(guān)于精密加工技術(shù)的應(yīng)用， 具體如下:

(1) 切削技術(shù)

從傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造來(lái)看， 該技術(shù)主要用于適當(dāng)處理加工原件， 從而確保精度達(dá)標(biāo)。 隨著現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的發(fā)展以及市場(chǎng)要求的提升， 傳統(tǒng)方式無(wú)法滿足當(dāng)前需求， 因此， 需要對(duì)切削技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化， 主要是將切削刀具對(duì)于機(jī)床加工的實(shí)際影響有效降低， 進(jìn)而朝著精密方向轉(zhuǎn)型， 逐漸形成了精密切削技術(shù)。 同時(shí)， 機(jī)床相關(guān)技術(shù)不斷更新與進(jìn)步， 轉(zhuǎn)速一分鐘可以達(dá)到幾萬(wàn)轉(zhuǎn)， 與系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合， 可以對(duì)切削過(guò)程進(jìn)行精密控制， 因此可以充分保障切削精度。 需要注意的是， 在制造以及加工機(jī)械的過(guò)程中， 需要對(duì)工件加工精度進(jìn)行充分控制， 尤其需要對(duì)切削進(jìn)行分析， 進(jìn)而明確重難點(diǎn)， 這樣才能保障產(chǎn)品質(zhì)量。同時(shí)， 為了能夠進(jìn)一步提升制造加工效率， 可以對(duì)零件軸徑表面進(jìn)行優(yōu)化， 所以需要配置拋光機(jī)， 可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械加工模式的不足。 此外， 為了保障加工精密度， 相關(guān)技術(shù)人員還需要不斷提升自己的能力， 對(duì)于技術(shù)難度較高的相關(guān)工件、 零部件等，應(yīng)該進(jìn)行針對(duì)性學(xué)習(xí)與提升， 確保技術(shù)人員能夠通過(guò)扎實(shí)的專用技能提升加工效率以及產(chǎn)品質(zhì)量。

(2) 研磨技術(shù)

在硅片生產(chǎn)過(guò)程中， 常常用到研磨技術(shù)。 具體來(lái)講， 結(jié)合硅片的生產(chǎn)要求來(lái)看， 表面的粗糙度應(yīng)該在0.1～0.2cm， 然后做拋光處理， 主要作用是調(diào)整工件表面， 特別是一些細(xì)節(jié)， 確保產(chǎn)品能夠達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。 隨著時(shí)代的進(jìn)步， 市場(chǎng)對(duì)于機(jī)械產(chǎn)品的精度提出更高的要求。 因此， 超精密研磨技術(shù)的價(jià)值日益突出， 從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看， 主要有彈性發(fā)射研磨技術(shù)、 機(jī)械化學(xué)研磨技術(shù)、 流壓懸浮研磨技術(shù)。 傳統(tǒng)研磨技術(shù)與超精密研磨技術(shù)相比， 后者對(duì)工件接觸進(jìn)行了改變。 因?yàn)閭鹘y(tǒng)模式下， 工件是直接接觸的模式， 而超精密研磨技術(shù)改變了直接接觸模式， 所以研磨設(shè)備不會(huì)對(duì)工件結(jié)構(gòu)、 表面等方面產(chǎn)生影響與損害， 也就可以進(jìn)一步保障研磨精度， 可以對(duì)工件表面加工存在的粗糙問(wèn)題進(jìn)行有效避免， 確保產(chǎn)品質(zhì)量符合預(yù)期要求。 超精密研磨技術(shù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(如圖1 所示)。

圖1 超精密研磨系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(3) 微機(jī)械技術(shù)

微機(jī)械與傳統(tǒng)機(jī)械相比， 前者不僅響應(yīng)速度很快， 而且操作更為簡(jiǎn)單， 因?yàn)榧庸ぞ扔兴Ｕ希?所以具有明顯的優(yōu)勢(shì)， 常用于機(jī)械產(chǎn)品加工領(lǐng)域。 從微機(jī)械技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀來(lái)看， 主要是服務(wù)于壓電元件， 其核心技術(shù)組成部分是靜電動(dòng)機(jī)構(gòu)所構(gòu)成的微驅(qū)動(dòng)器。 從微機(jī)械的產(chǎn)品規(guī)格來(lái)看， 通常比較小， 但是卻有著很強(qiáng)的信息捕捉能力。 例如， 在速度變化檢測(cè)等機(jī)械元件之中， 均可以看到微型電子元件、 部件加工制造等領(lǐng)域機(jī)械類產(chǎn)品。 該技術(shù)本身對(duì)精密性要求較高， 為了能夠充分保障精密度，通常還會(huì)與傳輸技術(shù)、 控制技術(shù)等進(jìn)行結(jié)合， 通過(guò)發(fā)揮技術(shù)協(xié)同效應(yīng)， 可以提升機(jī)械加工的效率。

綜上所述， 為了進(jìn)一步保障機(jī)械產(chǎn)品加工效率以及質(zhì)量， 則需要對(duì)現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝以及精密加工技術(shù)進(jìn)行充分應(yīng)用。 隨著現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)計(jì)制造工藝的發(fā)展與完善， 精密加工技術(shù)不斷發(fā)展， 為機(jī)械設(shè)計(jì)、 制造、 加工等方面提供多方面的支持， 將有利于提升機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量， 從而滿足廣大消費(fèi)者的需求。 同時(shí)， 能夠?qū)χ圃旃に嚿?jí)， 對(duì)制造工序進(jìn)行優(yōu)化， 讓人工操作從繁重機(jī)械制造活動(dòng)中抽離出來(lái)， 可以充分提升制造效率與質(zhì)量， 從而促進(jìn)機(jī)械制造企業(yè)健康發(fā)展。