機械設計制造原理與自動化特點研究

劉超逸

（中國特種設備檢測研究院，北京 100000）

機械設計制造原理與自動化特點研究

Mechanical design and manufacturing principles and automation characteristics

劉超逸

（中國特種設備檢測研究院，北京 100000）

在本文，筆者首先以特種設備為例，介紹機械設計制造的原理，然后再分析機械設計制造的自動化特點，并據此展望機械設計制造自動化的發展方向。

機械設計制造；自動化；發展方向

機械設計制造業是一門傳統的基礎性行業，對國家經濟的發展發揮著重要的作用。但面對工業化進程的加快及工業生產要求的提高，機械設計制造行業急需進行改革，即利用新興科技來提高機械設計制造行業的自動化水平和服務水平。

1 機械設計制造原理

特種設備的設計制造方法按能量來源、作用形式及加工原理可分為電火花加工、電化學加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子弧加工及超聲加工。本文重點討論特種設備的電火花加工，而電火花加工的機理主要分為以下四個階段。

1.1 極間介質的電離、擊穿

工具電極與工件電極之間存在間隙，因此兩者的電路通電時會形成斷路，且兩者之間分布著一個電場（電場強度E=U/D）和一個電壓U。當工具電極與工件電極相互接近、放電間隙逐漸縮小時，電場強度會瞬間增至無限大。當E增至約105 V/mm時，距離兩端電極最近的峰點A/B處的電子便會從陰極表面移至陽極表面；電流與電子流在電場作用下分別從陽極移至陰極、從陰極快速朝陽極移動，同時電子與工作液介質發生碰撞，并形成碰撞電離；電子流移動至陽極處時，介質被擊穿，并形成放電通道。

1.2 火花放電與電極材料的熔化、氣化、熱膨脹

當工作液介質被電離、被擊穿并形成放電通道之后，正離子與負電子分別從陰極、陽極高速移動，此時反方向的粒子流相互摩擦碰撞，并對陰陽極表面進行轟擊，外加功能轉換形成大量的熱能，從而引起通道中心溫度瞬間升高至10 000 ℃。此時，通道溫度足以熔化正負極的表面材料，并使工作液介質發生汽化反應。

1.3 電蝕產物的拋出

陰陽極之間的電火花使放電通道瞬時的溫度和壓力很高，其中壓力最高的部位是通道中心，此時汽化后的工作材料與工作液持續向外膨脹，并形成瞬間的內外壓力差，而高壓處的蒸汽及熔融金屬液體瞬時被局部高壓微爆炸向四周拋出，注意工作液使多數電蝕產物冷結呈小且細的圓球顆粒（冒煙現象），而未被冷卻的部分卻被局部微爆炸拋至陰陽極以外（桔紅色火花）。

1.4 極間介質的消電離

當脈沖電壓降至零點時，脈沖電流也隨之降至零點，電極恢復至斷路狀態，此時脈沖放電結束。當脈沖放電結束時，電極與工件上有凹坑，工作液中有小氣泡、炭黑及金屬微粒。對此，應在下一脈沖到來之前，完全排出電蝕產物，使剩余帶電粒子變回中性粒子，工作液介質消電離，恢復陰陽極之間的絕緣狀態。

結合電火花加工機理可知，包括特種設備在內的機械設計制造行業正逐步朝高可靠性、高效率、多功能化及智能化方向發展，因此自動化定將成為機械設計制造行業最為顯著的特點。

2 機械設計制造的自動化特點

機械設計制造自動化是指將電子技術及自動化技術應用于機械設計制造中，并使多種技術相互滲透，以優化機械設計制造的自動化過程，從而提高連續自動生產的人性化和智能化。據此定義可知，與傳統的機械設計制造相比，現代化的機械設計制造更具優勢，而此種優越性直接反應的便是機械設計制造的自動化特點。

（1）傳統機械設計制造所用的許多不科學的部件被各種電子元器件所取代，從而使工作的安全性更高、使用壽命更長。

（2）傳統的機械設計制造由人負責操作，且操作繁瑣、操作難度大，與此相比，現代的機械設計制造僅需輸入對應的控制程序，便能實現全程操作。

（3）現代機械設計制造業采用多種高科技相互融合的發展策略，因此既能滿足各種場合的應用需要，同時也支持非人工操作，從而使在惡劣環境中工作的安全性更高。

（4）與傳統的設備相比，微控制技術、信息處理技術及自動化技術的聯合應用使現代機械設計制造機器的自動化與智能化水平更高，同時也能實現更高的準確率和工作效率。

（5）現代的機械設計制造裝有配套的控制系統，用來檢測操作過程出現的安全隱患，并能對安全隱患進行源頭定位，以便技術人員及時做出反應，從而可使機械工作的穩定性和安全性更高。但與此相比，傳統機械制造行業的安全性更低，即傳統的未裝設任何監控和報警系統，也無法及時排除和修復各種隱性故障。

3 機械設計制造自動化的發展方向

綜合機械設計制造的自動化特點可知，機械設計制造自動化的發展方向有：機電一體化，此乃機械自動化的延伸和發展；智能化，即以控制理論為基礎，吸收計算機科學、人工智能、模糊數學、運籌學等新思想及對人的智能進行模擬，使之具備人所具備的邏輯思維等能力；模塊化，即運用標準單元來實現新產品的快速開發和規模化生產；網絡化，即網絡的普及使各種遠程控制技術和檢測技術興起，而遠程控制所用的終端設備便為機械自動化產品，同時各種家用電器通過家庭網絡連接成計算機集成家電系統，使得各種家庭活動更加便利；微型化，微型機械自動化產品泛指幾何尺寸≤1 cm3且逐漸向微米級、納米級方向發展的產品；綠色化，綠色化的機械自動化產品指的是用時不會造成環境污染，報廢時具有回收利用價值的產品；人格化，即機械自動化產品以人為最終使用對象，因此賦予此類產品人性化、情感化、智能化的特點，對提高產品的服務能力非常重要；對生物機理進行模仿。

綜上所述，機械設計制造及自動化技術的興起和運用能有效彌補傳統機械行業的不足，即提升機械產品的安全性、穩定性；擴寬產品的應用面；滿足不同的市場需求；符合時代發展及人類文明進步的要求。

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大日本印刷公司開發出吸附性低強度高的包裝薄膜

新近，大日木印刷公司開發出一種吸附性低強度高的包裝薄膜。使用該薄膜可有效抑制吸附藥品和化妝品等含有的有效藥物成分和香氣成分。該包裝材料是運用該公司的薄膜制備技術和層壓技術制備而成，它具備在控制薄膜吸附性低的同時，薄膜的密封性能還比以往的聚丙烯腈薄膜高2～3倍，具有用途多樣化及可以適用于各種包裝形態的優點。

（燕豐供稿）

TH16

1009-797X（2016）04-0009-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.005

劉超逸（1987-），男，助理工程師，大學本科，研究方向為機械設計制造自動化類。

2015-12-26