現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)解析

孟坤鵬　胡天帥

摘 要：機(jī)械制造行業(yè)對(duì)中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用，在當(dāng)前的機(jī)械加工領(lǐng)域中，超精密加工是一項(xiàng)十分重要且先進(jìn)的技術(shù)手段。隨著機(jī)械制造工藝不斷提高，技術(shù)人員把現(xiàn)代機(jī)械加工和電子，信息、管理與其他技術(shù)的集成，獲得了效率高，質(zhì)量好的制造工藝，為保證機(jī)械制造產(chǎn)品能夠適應(yīng)市場(chǎng)需求，需要加強(qiáng)機(jī)械制造工藝技術(shù)的研究與探索，并不斷優(yōu)化和創(chuàng)新加工技術(shù)，進(jìn)一步提高機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量，需要加強(qiáng)機(jī)械制造工藝和精密加工技術(shù)的研究，基于此，文章重點(diǎn)闡述了機(jī)械制造與精密加工當(dāng)中應(yīng)用的有關(guān)技術(shù)工藝，希望實(shí)現(xiàn)企業(yè)效益和社會(huì)效益的同步提升。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械 制造工藝 精密加工技術(shù)

1 引言

在經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的背景下，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)也在開展改革，目前，機(jī)械設(shè)計(jì)制造都采用現(xiàn)代化技術(shù)，在生產(chǎn)中所采用的工藝也基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化，現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)新增加了生產(chǎn)科技含量，促進(jìn)了工業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)出質(zhì)量的提升。就現(xiàn)階段而言，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)，現(xiàn)代化生產(chǎn)模式與管理理念要實(shí)現(xiàn)行業(yè)完美升級(jí)，必須充分運(yùn)用新興技術(shù)，并身體力行，不斷調(diào)整、強(qiáng)化新技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用，才能夠提升機(jī)械制造加工企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，增強(qiáng)生產(chǎn)能力。

2 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝

2.1 焊接技術(shù)

在機(jī)械制造過(guò)程中，焊接技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，主要是通過(guò)高溫高壓熔化金屬材料或者熱塑性材料，再與所需的連接材料進(jìn)行對(duì)接，使得它們?nèi)跒橐惑w。由于焊接技術(shù)具有良好的性能、方便操作等特點(diǎn)，焊接技術(shù)被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中。焊接技術(shù)的進(jìn)步，是機(jī)械制造工藝進(jìn)步的一個(gè)重要指標(biāo)。由于焊接設(shè)備價(jià)格昂貴，并且對(duì)操作工技術(shù)水平要求高，因此一直以來(lái)都沒(méi)有得到廣泛地應(yīng)用。隨著科技的進(jìn)步，技術(shù)人員研制出一種焊接機(jī)器人，既提高工作效率，又提高質(zhì)量，危險(xiǎn)系數(shù)也有所減小。當(dāng)前焊接操作中有三種較為典型的工藝，分別采用氣體保護(hù)焊接工藝、電阻焊接工藝及埋弧焊工藝[1]。

第一、氣體保護(hù)焊接工藝應(yīng)用最為廣泛。具有效率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。氣體保護(hù)焊接工藝最大的特點(diǎn)就是將金屬焊絲熔化后，采用二氧化碳?xì)怏w作保護(hù)氣，是焊接黑色金屬的一種重要手段。該工藝具有較高的工作效率，并且不會(huì)產(chǎn)生任何有害成分，所以被廣泛采用。氣體保護(hù)焊接工藝的費(fèi)用比較低廉，且工件前期加工更容易，焊接時(shí)抗銹較強(qiáng)，冷裂紋產(chǎn)生的可能性較小。其中二氧化碳?xì)怏w較為普遍，并且焊接時(shí)無(wú)色無(wú)味，便于操作人員的檢查與操控，還方便對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行清理，所以被廣泛的應(yīng)用于焊接領(lǐng)域中。

第二、電阻焊和電渣焊已經(jīng)成為目前焊接行業(yè)中最為普遍采用的兩種焊接工藝。電阻焊接工藝多采用大電流熔化待焊的兩焊件，當(dāng)電流停穩(wěn)時(shí)，使兩焊件快速組合，以滿足焊接要求，主要用于航天航空業(yè)等。電阻焊具有熱輸入小、熱源分布均勻、焊縫成形好等特點(diǎn)。具有熱量相對(duì)集中的優(yōu)勢(shì)，所需升溫時(shí)間短，焊件變形程度較低，焊接后無(wú)需校正。埋弧自動(dòng)焊工藝是通過(guò)對(duì)金屬熔池施加外加磁場(chǎng)來(lái)改變?nèi)鄢匦螤詈痛笮〉囊环N焊接方式。該焊接方式作業(yè)時(shí)技術(shù)手段較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率較高，不產(chǎn)生有毒氣體，比較適用于大批量加工。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，焊接技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展。

第三、埋弧焊工藝就是把電弧置于焊劑層之下進(jìn)行燒蝕的一種焊接方法，是機(jī)械化焊接中應(yīng)用最為廣泛的一種焊接方法。埋弧焊工藝能夠有效地防止飛濺、氣孔和裂紋等缺陷，并且焊縫質(zhì)量好，熱影響區(qū)很小。埋弧焊工藝焊接速度非?？?，工作效率高，焊接時(shí)要求電流大，加之焊劑，將導(dǎo)致焊件熔深較大，所以適合比較粗的焊件[2]。另外，埋弧自動(dòng)焊還可以通過(guò)控制送絲機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊縫成形要求。埋弧焊的最大優(yōu)點(diǎn)在于相對(duì)較少依賴技術(shù)人員操作水平，工藝參數(shù)見表1。

2.2 數(shù)控機(jī)床技術(shù)

當(dāng)前，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造業(yè)中占據(jù)主導(dǎo)地位，是機(jī)電一體化的典型代表。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的廣泛應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床已從最初的簡(jiǎn)單加工逐步發(fā)展成為集自動(dòng)化控制、智能化管理于一體的復(fù)雜系統(tǒng)。不但成功地取代了手工操作的傳統(tǒng)機(jī)床，同時(shí)也確保了各部件的準(zhǔn)確性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造領(lǐng)域得到廣泛推廣與應(yīng)用。數(shù)控機(jī)床主要包括機(jī)床與控制系統(tǒng)。在加工過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)[3]。在加工過(guò)程中，技術(shù)人員在設(shè)置好所需零件加工程序之后，操作人員僅需按固定程序操作機(jī)床。在數(shù)控編程過(guò)程中，使用數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制刀具軌跡，并對(duì)工件進(jìn)行精確的切削加工。數(shù)控機(jī)床較好地解決了零件加工的復(fù)雜性和精準(zhǔn)度問(wèn)題以及變化多端的問(wèn)題，具有靈活性和加工精度。

使用數(shù)控機(jī)床對(duì)零部件進(jìn)行加工之前，必須要經(jīng)過(guò)一系列的步驟來(lái)確定具體的尺寸以及精度要求。在加工時(shí)機(jī)床各個(gè)零件都將嚴(yán)格遵循精準(zhǔn)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行操作，從而確保了產(chǎn)品質(zhì)量。數(shù)控機(jī)床對(duì)部件適應(yīng)性很強(qiáng)，特別適用于表面工藝比較復(fù)雜，一般機(jī)床加工不出精密復(fù)雜零件，方便批量加工這類零件。因此，在機(jī)械加工行業(yè)中，數(shù)控機(jī)床發(fā)揮著重要作用。數(shù)控機(jī)床技術(shù)有多種，按分類方式，機(jī)床作用也各不相同。其中數(shù)控銑削設(shè)備屬于一種較為常見的機(jī)床形式。數(shù)控機(jī)床按工藝用途劃分，可分為銑床，鉆床和磨床，企業(yè)可根據(jù)需要選用適合自己的數(shù)控機(jī)床。從結(jié)構(gòu)上劃分，主要包括進(jìn)給系統(tǒng)、主軸系統(tǒng)、夾具及刀具控制系統(tǒng)等。按運(yùn)動(dòng)方式劃分，可分為點(diǎn)類控制、直線和輪廓控制[4]。對(duì)于數(shù)控加工中應(yīng)用較為廣泛的兩種類型——直線控制以及輪廓控制技術(shù)進(jìn)行了介紹。直線控制既可以控制點(diǎn)位和精確的點(diǎn)位，也確保了它的軌跡；輪廓控制可以實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)或多個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)速度與位移的連續(xù)控制，使之更能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。目前市場(chǎng)上銷售的普通數(shù)控車床都采用了這兩種控制模式。按經(jīng)濟(jì)性能劃分，可分普通型、中、高檔型數(shù)控機(jī)床。普通型的經(jīng)濟(jì)型機(jī)床價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單方便，但在加工效率上并沒(méi)有優(yōu)勢(shì)。普通型經(jīng)濟(jì)性機(jī)床價(jià)位較低，適用于不太需要精度的地方。中檔型機(jī)床價(jià)格比較昂貴，適用于一些精密加工場(chǎng)合，比如汽車零部件、模具等行業(yè)。高檔型機(jī)床的價(jià)格較高，但功能較全，準(zhǔn)確性較高。數(shù)控加工就是針對(duì)這類情況而開發(fā)出來(lái)的一種新的機(jī)械加工工藝。在科技日益發(fā)達(dá)的今天，數(shù)控技術(shù)在我國(guó)也有了一定提升，自動(dòng)編程系統(tǒng)現(xiàn)已出現(xiàn)、數(shù)控技術(shù)，如計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)和天性制造系統(tǒng)。在數(shù)控加工中應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)不僅能有效地縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，還能夠大大提高工作效率。借助計(jì)算機(jī)，能使機(jī)械制造全自動(dòng)化。數(shù)控設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)揮著重要作用，是現(xiàn)代制造業(yè)不可或缺的裝備。今后數(shù)控機(jī)床機(jī)床的發(fā)展將更趨于高速化、信息化，精度化，更適應(yīng)我國(guó)機(jī)械設(shè)備發(fā)展的需要。

3 現(xiàn)代機(jī)械精密加工技術(shù)

合理選擇精密加工技術(shù)是影響機(jī)械設(shè)備加工質(zhì)量最主要的一個(gè)因素。為確保機(jī)械設(shè)備和零配件能夠順利地完成工作任務(wù)，就必須選擇合適的精密加工技術(shù)。按機(jī)械設(shè)備和零配件加工要求，所選精密加工技術(shù)各異。對(duì)于機(jī)械設(shè)備來(lái)說(shuō)，其零部件主要由金屬材料制成，所以要想提高機(jī)械設(shè)備零部件的精密度和準(zhǔn)確度，就必須要選擇合適的精密加工技術(shù)。而技術(shù)人員在加工機(jī)械設(shè)備和零配件時(shí)，還要根據(jù)實(shí)際加工情況，時(shí)刻調(diào)整精密加工技術(shù)中所涉及到的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)，從而最大限度地確保機(jī)械設(shè)備和零配件加工質(zhì)量。

3.1 精密研磨技術(shù)

超精密研磨技術(shù)有機(jī)械研磨、浮動(dòng)式研磨，以化學(xué)工藝為基礎(chǔ)進(jìn)行機(jī)械研磨、各種精密加工技術(shù)，如彈性加工，電磁力研磨，采用超精密研磨，可達(dá)到無(wú)振動(dòng)研磨效果，是肉眼無(wú)法看到振動(dòng)的范圍的一種狀態(tài)，該技術(shù)具有溫度控制精密，幾乎不受環(huán)境影響，能夠均勻且精細(xì)的進(jìn)行研磨[5]。研磨技術(shù)主要是利用研磨介質(zhì)與工件接觸產(chǎn)生摩擦而將其磨光的一種方法，具有高效以及高精度的特點(diǎn)，能夠獲得良好的磨削效果。例如在某些芯片生產(chǎn)過(guò)程中，芯片自身體積小，因此，工作人員對(duì)零件表面粗糙度提出了更高的要求，為了使芯片粗糙程度保持在10～20μm之間，但是，對(duì)其他金屬工藝品，工作人員還要對(duì)表面摩擦力，光滑度等進(jìn)行控制，若采用統(tǒng)一裝置，然后對(duì)不同產(chǎn)品進(jìn)行打磨拋光，打磨拋光程度并沒(méi)有達(dá)到理想設(shè)想，超精密之研磨技術(shù)，要求員工依不同之產(chǎn)品而換不同拋光設(shè)備，

超精密研磨加工技術(shù)還能夠?qū)a(chǎn)品的制造過(guò)程自動(dòng)化。一方面，超精密研磨加工技術(shù)能夠利用智能化系統(tǒng)，對(duì)所制造零件表面粗糙程度做出權(quán)威檢測(cè)，將不同研磨程度的制品區(qū)別開來(lái)，并根據(jù)不同判別結(jié)果采用不同裝置研磨，打磨，大大地提高了工作效率，使職工勞動(dòng)時(shí)間縮短。另一方面通過(guò)磁性懸浮裝置將物體吸附起來(lái)，然后利用磁性來(lái)改變工件與磁性介質(zhì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，使其能夠被快速的去除，進(jìn)而避免了機(jī)械摩擦造成材料的浪費(fèi)。利用磁力將制品磨細(xì)，則基本不存在設(shè)備損失問(wèn)題，打磨精度可控制到最小，由此增加了零件使用年限。

3.2 納米加工技術(shù)

納米加工技術(shù)在精密加工技術(shù)中具有高水準(zhǔn)和先進(jìn)性，它的加工成本較高，標(biāo)準(zhǔn)亦較為理想。目前，世界范圍內(nèi)對(duì)納米技術(shù)的研究與開發(fā)都比較活躍，并取得了一定的成果。納米加工技術(shù)在這一階段，通常僅用于石墨烯這種比較有價(jià)值納米級(jí)材料的加工。納米加工技術(shù)無(wú)法廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備制造和加工行業(yè)的原因，一方面，由于納米加工技術(shù)建立在顯微鏡之上，技術(shù)應(yīng)用設(shè)備等、制約資金成本，使得它只能應(yīng)用在某些比較有價(jià)值的場(chǎng)合、重點(diǎn)材料加工工程，另一方面是由于缺乏納米加工技術(shù)專業(yè)人員，目前，納米加工技術(shù)并沒(méi)有特別成熟的技術(shù)，國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)亦未針對(duì)納米加工工藝技術(shù)特點(diǎn)制定人才培養(yǎng)計(jì)劃，但是納米加工技術(shù)的未來(lái)發(fā)展具有更可觀的前景，有助于促進(jìn)機(jī)械制造加工行業(yè)走向新時(shí)代。

3.3 微細(xì)精密加工

精密加工技術(shù)對(duì)于材料制造加工行業(yè)來(lái)說(shuō)可以發(fā)揮出極為顯著的效果，在這些行業(yè)，微細(xì)精密加工技術(shù)在電子類機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)加工過(guò)程中得到了更廣泛的運(yùn)用。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平不斷提升，人們對(duì)于電子產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大，這使得電子類精密機(jī)械類產(chǎn)品的產(chǎn)量和種類也得到了快速的增加，從而進(jìn)一步促進(jìn)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。電子類機(jī)械產(chǎn)品本來(lái)尺寸很小，而每一種零配件對(duì)于精準(zhǔn)度要求也格外嚴(yán)格，傳統(tǒng)加工技術(shù)根本不能適應(yīng)電子類機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，所以，微細(xì)精密加工技術(shù)應(yīng)用于電子類精密機(jī)械產(chǎn)品制造、在加工過(guò)程中起著舉足輕重的作用，透過(guò)微細(xì)精密加工技術(shù)，不但可以再縮小電子類機(jī)械產(chǎn)品之尺寸，也能確保其制造，加工的質(zhì)量，促進(jìn)微型機(jī)械和電子類產(chǎn)品制造行業(yè)發(fā)展。

3.4 激光精密加工技術(shù)

在各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)日益發(fā)展的今天，精密加工技術(shù)亦日趨發(fā)達(dá)，激光精密加工技術(shù)是一種研究和發(fā)展起來(lái)的新加工技術(shù)，它采用激光光束與化學(xué)設(shè)備相結(jié)合，技術(shù)人員可以利用激光光束在對(duì)應(yīng)的加工設(shè)備中加工處理目標(biāo)元件。該技術(shù)主要是以光學(xué)為基礎(chǔ)，將激光器作為熱源，通過(guò)控制裝置調(diào)節(jié)激光光斑大小來(lái)實(shí)現(xiàn)零件的精細(xì)加工。而激光精密加工技術(shù)也可以借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的應(yīng)用，有關(guān)裝置僅需按事先編譯的步驟，則可自動(dòng)加工處理元件，不但可以減少元件的加工成本，也可以在確保加工質(zhì)量前提下，促進(jìn)加工效率的提高，促進(jìn)精密加工有關(guān)工作的順利開展。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用使得機(jī)械加工制造業(yè)得到快速發(fā)展，并逐漸成為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)之一。然而伴隨技術(shù)的日益進(jìn)步、基礎(chǔ)理論研究和有關(guān)研究設(shè)備層出不窮，給科技革新帶來(lái)了巨大的沖擊。因而，在今后現(xiàn)代化機(jī)械加工的方向上，還必須進(jìn)一步深入現(xiàn)代機(jī)械加工制造和精密加工工藝的的預(yù)測(cè)和思考，從而促進(jìn)了我國(guó)生產(chǎn)制造工藝水平的提高。更好為社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)、高效、安全的產(chǎn)品。

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