機械制造工藝及精密加工技術研究

王雅明，袁國倫

(雅安職業技術學院，四川 雅安 625000)

0 引言

我國機械制造業自改革開放以來,得到飛速發展。為滿足市場對產品品質及生產智能化的發展需求,機械制造業逐步實現從粗糙加工到精密加工及智能自動化加工的轉變。機械制造工藝及精密加工技術成為實現“工業4.0”的關鍵技術,傳統的機械加工工藝不能滿足機械制造行業的飛速發展及現代的市場需求,需要創新機械制造工藝，應用精密加工技術來調整我國產業結構,提升我國整體機械制造水平。

1 機械制造工藝及精密加工技術概念

機械制造工藝又分現代機械制造工藝和傳統機械制造工藝,而現代機械制造工藝結合了信息化技術、自動化技術及先進自動化設備,能夠實現機械生產從加工工藝設計、生產、維修的一體化,采用信息技術與計算機技術實現機械設備自動化與智能生產[1]。精密加工技術具有較高科技含量,通常為滿足生產需求,在零件加工過程中,采用精密加工技術調整毛坯尺寸、平整度等,控制零件精密度。機械制造工藝及其精細機械加工技術的應用,能夠對改善生產工件機械性能和精密度,提高機械制造水平起到重要作用。

2 機械制造工藝類型

2.1 機械焊接工藝

焊接作為機械制造及零部件組成的主要連接方法，在機械生產中發揮著重要作用，新型焊接工藝在各行各業得到了廣泛應用與發展，越來越受到生產企業的重視，先進的焊接工藝對于推動機械制造與生產方面具有重要的意義與作用。目前，機械制造中最常見的焊接工藝主要包括氣體保護焊、電阻焊、埋弧焊等。

2.1.1 氣體保護焊

氣體保護焊利用電弧作為熱源,來完成對加熱元件的焊接作業。在氣體保護焊工序中,因為將氣體作為介質形成氣體保護層來保護焊接對象[2]。其工作原理是在電弧焊接時自動生成的氣體保護層會隔離開電弧熔池與空氣。因為CO2具有成本低、性能優的特點,被用作二氧化碳氣體保護焊氣體保護層,在機械制造生產中得到廣泛應用。

2.1.2 電阻焊

作為傳統焊接方式之一的電阻焊,在通電后利用高電阻及高電流產生大量熱能將加熱物融化后與焊接對象熔接,完成焊接工作。電阻焊具有高效率、高質量、機械化程度高及無污染的特點,優良的焊接效果使得電阻焊同樣在機械制造加工行業中得到廣泛應用。但是電阻焊更加依賴設備,當設備出現故障時,具有較大的整改難度。

2.1.3 埋弧焊

埋弧焊機器人工作原理是利用電弧波形在焊劑層下進行焊接,目前主要分為自動焊接和手動焊接。埋弧焊的焊接質量好、效率較高,在焊接施工作業中產生的煙塵等污染較小,廣泛應用于鋼結構制品的焊接制品中。

2.2 微型機械加工技術

微型機械加工技術主要包括了微型機械材料技術和微型機械傳感器技術,微型機械設備材料要求傳感器具備更高的敏感度、分辨率,但同時又具有微型化傳感器的特點。集成電路技術也在壓力感應器等衛星傳感器的加工工藝中獲得了應用。在微型機械材料方面,擁有記憶合金、高分子材料及金屬等多種材料。而金屬鎳也在微型齒輪的機械制造中得到廣泛應用,解決了傳統材料硅容易斷裂的問題。

2.3 智能制造技術

智能制造是在數字制造的基礎上發展起來的新型制造技術之一，其本質是以數字制造技術為基礎，以理論知識和數學推理為核心，系統處理方法基于新一代人工智能技術，具有自優化功能與容錯功能，主要包括機械產品數據管理技術、虛擬樣機制造技術、零部件快速成型技術、計算機輔助檢測技術等。

1)機械產品數據管理技術。是按照機械產品的模型，建立完善的機械產品幾何形狀，并將所有建模步驟建立完整的工作文檔，用于后續產品的優化，從而避免機械產品制造中的重復與冗余工作。

2)虛擬樣機制造技術。將計算機技術與機械制造技術相結合,利用計算機模擬軟件調整生產參數,實現對實際生產的模擬,通過模擬生產工藝流程,為管理人員做出生產決策提供科學合理的判斷依據,能夠提高生產效率。

3)零部件快速成型技術。零部件快速成型技術是現代先進機械制造技術的重要組成部分，以直接、快速、精確地把設計構想或設計方案通過模型建立，采用近似處理和切片處理等工藝技術轉變為實際的零件原型或者直接制造零件，為零件的原型制作和設計構想的校驗等方面提供了一種高效低成本的實現手段，彌補了傳統制造方法存在的生產周期較長等問題，在工業制造、建筑行業、醫學領域、藝術創造、考古研究、航空空間等領域得到了廣泛的應用。

4)計算機輔助檢測技術。計算機檢測技術可以對生產的機械零部件進行系統的檢測與數據分析，減少機械生產中的隨機誤差，保證機械生產的精準度。

3 精密加工技術類型

精密加工技術主要針對加工件的精度、尺寸及表面平整度進行加工調整,主要包括以下幾類技術。

3.1 超精密研磨技術

當待加工件是經過研磨拋光過的原子級硅片時,傳統的研磨、拋光等技術已經難易滿足加工需求[3]。超精密研磨技術相比傳統的研磨技術,創新出更適合超精密儀器加工的加工原理,能夠實現原子級的研磨加工工藝要求。

3.2 精密切削技術

雖然傳統的直接切削技術在機械加工生產中仍在廣泛應用,但是,智能化生產的要求越來越高,對儀器零件的精密程度有更高要求,對切削件的表面粗糙程度也有更高要求。需要針對加工過程中加工設備、待加工件材料及外界因素等會對表面粗糙度產生影響的因素進行排查,進一步提升切削產品的表面粗糙度。

4 機械制造與精密加工特點

4.1 系統性

現代制造業逐步向智能制造業過渡,現代機械制造工藝和精細加工技藝也融合了電子計算機和智能化科技。在現代制造中,機械制造工藝及精細的機械加工技術,和其他現代科技已貫通了整個制造業生產加工的過程,各生產技術與生產工藝相輔相成,共同實現生產目標[4]。

4.2 智能性

大數據技術在機械加工中得到應用,結合大數據及計算機技術逐步實現對機械加工的智能化轉變,提高了精密加工技術水平。

4.3 關聯性

機械加工工藝,大致包括了壓鑄、沖壓鑄造、機加、拋光表面處理等工序。機械生產過程則是由設計、加工、質檢等環節組合成的復雜生產過程。各生產環節之間聯系密切,相互影響,前一環節的生產質量問題會直接影響到下一環節的加工質量,進而影響到整個產品質量。

4.4 國際性

制造業作為評價國家綜合實力的指標之一,制造水平的提升對制造業的發展具有積極意義。機械制造工藝及精密加工技術均能夠提高機械加工精度及加工零件性能,進而推動制造業發展,從而提高國家的國際影響力[5]。

5 機械制造工藝與精密加工存在的問題

5.1 創新程度低

在中國經濟蓬勃發展,逐漸進入智能制造的今天,人們對精密儀器的要求也愈來愈高,對先進機械制造工藝及精密加工技術也有著更高需求,需要不斷創新才能滿足生產對精密加工及機械制造技術的需求。但由于目前中國在現代化機械制造工藝與精密加工技術方面的創新程度仍不如發達國家,因此必須加大中國在該工藝與科技上的革新,以努力提高中國現代化機械制造工藝和精密加工技術。由于部分企業缺少先進的管理理念及創新意識與能力,導致制造企業在機械加工技術方面發展不平衡,在限制企業發展的同時,也限制了我國機械制造工藝與精密加工技術的創新發展。我國機械制造企業需要強化創新意識,提升創新能力,加強企業技術研發團隊建設,提高企業自身研發能力。不斷創新優化企業自身的機械加工工藝,提升精密加工技術水平,提高機械加工產品質量。再者,需要結合機械加工工藝及精密加工技術更新機械加工設備,通過更換先進設備滿足創新機械加工工藝需求,進一步保障產品質量標準[6]。

5.2 自動化、信息化程度低

由于科技的發展,部分發達國家機械生產智能化和信息化發展較快，智能加工技術的有效融入,通過機械加工智能化控制技術把現代機械生產和精細機械加工技藝融合,從而達到了機械加工智能化，而我國的機械制造自動化技術還未實現創新突破。在經濟水平提升的同時,人們對精密加工產品有更高追求。技術層面,通過智能化控制實現對精密工藝的智能化管理和監控,可以有效地提升工藝效能,節省機械加工時間;設備層面,需要創新切削工具來提升加工效率,例如碳化硬質合金工具。同時需要不斷創新機械加工工藝與精密加工技術,創新技術、優化工藝才能保證產品的加工質量[7]。

5.3 綠色機械加工技術欠缺

最近一次工業革命主題就是綠色工業革命，提出在提升機械制造工藝及精密加工技術發展的同時降低生產過程中的污染物排放，利用可再生資源替代傳統的不可再生資源。目前，我國綠色理念主要應用范圍如圖1所示，主要應用在機械設計與制造、資源優化配制與環境保護等方面。但是在傳統的機械設計與制造中，由于各種加工技術不成熟或者加工過程中產生排放物處理不及時，會造成大量的資源浪費與環境污染，給我國生態環境及社會發展帶來巨大壓力。

圖1 機械制造工藝及加工技術綠色理念示意圖

6 機械制造工藝及精密加工技術發展前景

6.1 提高機械制造產品的性能指標

在機械加工及制造產業中，機械零件的出廠指標主要包括3種，分別為機械制造產品的制造速度、工作效率及產品精度。未來應該提高機械制造工藝，努力提升機械制造的制造速度、制作效率及產品精度，促進機械制造產品的性能指標及工作效率，推動機械制造工藝及精密加工技術向更加高效的方向發展[8]。

6.2 增強了機械控制系統的靈活性

機械數控機床是生產機械產品的重要條件，未來發展中應該加強機械數控機床的模塊化控制，提升其自動化及智能化發展，將先進生產技術融入生產中，如傳感器技術、快速檢測技術及神經網絡技術，推動機械制造工藝及精密加工技術的智能化、信息化及數據化發展。

7 結論

機械制造技術與精密加工技術種類繁多,應用到機械制造生產中能夠提高生產精度,提升產品品質。機械設備工業作為我國發展的核心競爭力,必須不斷優化機械制造技術,促進機械設備工業高速發展,促進中國經濟社會蓬勃發展。