基于機械設計制造工藝及精密加工技術的研究

李紹煬

（遼寧省大連市博鋒智能科技（大連）有限公司， 遼寧 大連 116601）

引言

從改革開放以來，我國的第二產業發展速度極其迅猛，在短短四十幾年時間內，我國已經達到了高度工業化水平，而在工業化生產中離不開機械設備。隨著我國經濟水平和生產能力的提高，機械設備在現代社會的應用早已不再局限于工業生產，無論是衣食住行還是工作生產，都需要機械設備作為支撐，所以機械設備的制造水平和精密程度對人們的生產生活起著非常重要的作用，需要不斷提高機械設備的制造質量和精密度，從而提高人們的生活水平和生產效率[1-3]。

1 現代機械制造工藝

1.1 電阻焊工藝

電阻焊的原理是電熱效應，其利用電阻發熱作為焊接熱源，是機械制造工藝中使用最為廣泛的焊接制造工藝。電阻焊的操作原理為將焊接物置于正負電極下，然后對焊接物通電，之后，就會在焊接物上產生電阻，而持續通電會讓電阻發熱，進而將焊接物熔化，達到焊接的目的。由于這種原理，所以電阻焊的焊接速率取決于電阻的發熱效率和通電電流的量。電阻焊的優點很明顯，具體為：首先，電阻焊焊接效率高，只需要將焊接物放置在需要焊接的位置，然后通電即可，這個過程不需要人工點焊，能夠依靠機械實現自動化焊接；而且在工業生產電流的作用下，電阻加熱速度快，焊接物能夠快速熔化，將金屬焊接在一起，所以電阻焊的焊接效率相比傳統的手工焊要高出非常多。其次，電阻焊對環境的污染小。傳統電焊使用的焊條，其大多為涂有藥皮的金屬條，焊條藥皮是指涂在焊芯表面的涂料層。藥皮在焊接過程中分解熔化后形成氣體和熔渣，起到機械保護、冶金處理、改善工藝性能的作用。藥皮的組成物有礦物類（如大理石、氟石等）、鐵合金和金屬粉類（如錳鐵、鈦鐵等）、有機物類（如木粉、淀粉等）、化工產品類（如鈦白粉、水玻璃等）。所以使用焊條焊接的時候會產生二氧化碳等污染環境的氣體，而且傳統電焊方式在焊接過程中會產生過亮的亮光，焊接工人必須使用墨鏡和保護面罩，對于其他人而言就是顯著的光污染。而電阻焊不需要使用傳統焊條，所以也就不會產生污染氣體和光污染，同樣不會產生噪聲。

經過長期實踐驗證，發現電阻焊也存在一定的不足之處，如工藝成本高、維修難度大、故障率較高等。因為電阻焊的原理決定了其進行機械化生產的便利性，但是機械化之后，電阻焊設備的故障率顯著上升，因為電阻加熱的時候也會造成一定程度的電流不穩，或者加熱到一定程度出現短路故障，這些情況都會損壞電阻焊設備。而由于是自動化生產，所以設備的建設和維修成本都較高。

在技術不斷發展下，電阻焊技術已經與自動化制造技術結合起來，出現了機械化電阻焊技術，即利用機械臂進行流水線電阻焊。機械化電阻焊具有噪聲小、操作方便、焊接效率高的特點，所以在機械制造廠中應用廣泛。下頁圖1 是電阻焊的結構示意圖。

圖1 電弧的構造

1.2 氣體保護焊工藝

“保護焊”是“氣體保護焊”的簡稱，是電焊中的一類，主要有氬弧焊和二氧化碳氣體保護焊。焊接時，焊縫的溫度很高，金屬會因為氧化而嚴重影響焊縫強度，所以需要對焊縫進行保護。“氣體保護”就是為了保護高溫時的焊縫。保護焊的操作簡單、成本低，但是在使用過程中抗風能力較弱，所以更加適合在室內使用。

1.3 埋弧焊工藝

埋弧焊工藝是現代機械設備制造領域使用較為頻繁的焊接技術，主要用于壓力容器、管段制造、箱型梁柱等重要鋼結構的焊接中，因為埋弧焊的焊接質量非常穩定、焊接效率也高，所以盡管近年來出現了很多新型的焊接技術，但是埋弧焊仍舊被廣泛應用著，并且始終維持自身地位。埋弧焊工藝中，電弧在焊劑層下方燃燒，所以不會產生弧光。埋弧焊的缺點也非常明顯，因為需要將電弧放置在焊劑層之下，而這項工作大多是通過人工完成的，所以埋弧焊對人工勞動的需求較大，因此目前對于需要使用半自動埋弧焊工藝制造的機械設備，大多選用電渣壓力焊代替。

2 現代機械制造的精密加工技術

精密加工技術主要包括超精密研磨和超精密切削，是微觀機械加工的重要技術，利用精密加工技術，能夠顯著提高機械設備的精密度，增強其實用性。

2.1 超精密研磨技術

超精密研磨加工技術的原理是打磨過程中在磨料中加入一定的潤滑劑，使得打磨時打磨工具與零部件產生相對運動，以控制打磨的程度，通過這種相對運動能夠避免一次打磨過多，造成零部件規格無法恢復。超精密研磨加工可以顯著提高機械零件的規格精確度，在最大程度上與設計圖紙相同。超精密研磨加工的工藝流程為先將待磨件清潔干凈，然后使用少量磨料，緩慢打磨，并且實時測量對比零部件的規格尺寸。

在現代機械設備的生產制造工藝中，對零部件和設備的精密度要求逐漸提高，尤其是在航空航天和微觀物理試驗設備等高精密度設備的生產中，設備的精密度越高，得到的結果就越準確，能夠取得的進展也就越大，所以需要采用超精密研磨技術，對設備和零部件進行打磨。打磨工藝不同于焊接等生產工藝，打磨工藝是不可逆的，如果研磨量過多，使得零部件尺寸或者設備尺寸產生偏差，就只能夠放棄該零部件，導致原材料和制造成本的浪費，因此，使用超精密研磨加工技術打磨這些工件是必不可少的。

2.2 超精密切削技術

超精密切削加工技術的原理是使用超硬材質打造切削刀具，然后在進行切削作業時，使用這種超硬刀具，一次性將材料切削到位，并且結合自動化技術，實現超高精度切削。一次性切削作業的優勢在于能夠避免多次切削產生的誤差，而自動化切削工藝又可以降低切削時的系統誤差，從而提高切削作業的精密程度。超精密切削分為粗切和精削兩個大流程，粗切是將零部件切削成需要的尺寸，然后使用微量切削的方式，進一步提高切削的精密度。

超精密切削技術在現代機械設備生產中非常重要，被廣泛應用到軍事、航天及高精度工業生產中，超精密切削技術的原理主要是使用天然單晶金剛石作為切割刀，可以打磨得極其鋒利，并且耐磨性極佳，導熱性又低，是完美的切割刀具材料，利用金剛石打造的刀刃，可以極高的切削速度，從而獲得切削表面效果非常好、切削精度非常高的工件。當前世界上最頂尖的切削機床，已經可以達到一分鐘上萬轉的速度，工作速度非常快，而且因為金剛石刀刃的特點，即便是轉速相對較低的情況下，也能夠獲得質量較高的切削表面。

但是金剛石刀刃的問題在于切削過程中產生的積屑瘤會大大增大刀刃與切割件的摩擦力，使得金剛石刀具的刃口圓弧半徑顯著增加，造成切削表面質量顯著下降，影響切削效果，所以在超精密切削中需要實時清理積屑瘤，避免對切削產生影響。

2.3 納米技術

納米技術的發展為現代機械設備的精密加工技術提供了新的發展方向，隨著納米技術和工業生產逐漸結合，在機械設備制造中使用納米材料，對設備的核心芯片制造有著重要作用。例如在硅片上利用納米技術畫納米寬的線，就能夠提高其信息儲存能力。納米技術的發展對于超精密機械設備制造有著劃時代的意義，今后可能會出現納米級別的設備制造工藝，這就能夠極大地提高設備的精密程度。

3 結語

機械設計制造和精密加工技術對現代工業具有非常重要的影響，決定了社會工業生產的效率和質量。當前國內的機械設計制造與精密加工技術體系較為成熟，能夠在一定程度上滿足國家經濟發展對機械設備的需求，但是隨著時代的進步，這種技術水平會逐漸落后，尤其是自動化水平和智能化管理程度不足，所以在后續的發展過程中應當進一步發展自動化加工制造和智能技術的應用，提高機械設計制造和精密加工技術的智能程度與制造質量。