現(xiàn)代機械制造工藝與精密加工技術(shù)解析

肖 墾

（南京理工大學(xué)紫金學(xué)院，江蘇 南京 210046）

人們的需求促使社會向自動化、高效化發(fā)展，科技研究逐步向微觀邁進(jìn)?，F(xiàn)代機械制造工藝與精密加工技術(shù)是現(xiàn)代社會設(shè)備制造與生產(chǎn)的主要手段，加強機械制造工藝與精密加工技術(shù)的解析可以明確現(xiàn)代化工藝的優(yōu)化措施與改進(jìn)方向，促進(jìn)我國全面現(xiàn)代化事業(yè)的快速發(fā)展。

1 現(xiàn)代機械制造工藝

1.1 現(xiàn)代機械制造工藝的特點

（1）系統(tǒng)化。系統(tǒng)化是現(xiàn)代機械制造工藝與傳統(tǒng)制造方式最主要的區(qū)別?，F(xiàn)代機械制造工藝更加注重機械制造與生產(chǎn)、管理之間的關(guān)聯(lián)，充分考慮使用需求，具有更加鮮明的目標(biāo)導(dǎo)向性。

（2）市場化。現(xiàn)代機械制造工藝形成的最初目的在于滿足市場對于生產(chǎn)力的需求，所以現(xiàn)代工藝具有十分鮮明的市場導(dǎo)向。市場的發(fā)展決定了現(xiàn)代機械制造工藝的研究深度，市場的選擇決定了現(xiàn)代機械制造工藝的發(fā)展方向[1]。

（3）穩(wěn)定性。穩(wěn)定性主要指產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。技術(shù)的發(fā)展對零件精度的要求越來越高，現(xiàn)代機械制造相對于傳統(tǒng)制造技術(shù)擁有更高的精度，產(chǎn)品零件的質(zhì)量得到更好的保證。

（4）高效性。高效性是現(xiàn)代機械制造工藝最本質(zhì)的特點。相比于傳統(tǒng)制造工藝，現(xiàn)代工藝采用大量的信息技術(shù)代替人力勞動，為產(chǎn)品短時間、大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能，極大提升了零件的生產(chǎn)效率，降低了機械制造中的人力成本。

（5）發(fā)展性?，F(xiàn)代機械制造工藝以服務(wù)市場需求為第一目的，會隨市場變動而不斷自我改進(jìn)，導(dǎo)致現(xiàn)代制造工藝具有持續(xù)發(fā)展的特點。

1.2 現(xiàn)代機械制造工藝的發(fā)展趨勢

（1）綠色化?？沙掷m(xù)發(fā)展是現(xiàn)今社會發(fā)展的主題，是各行業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)目標(biāo)，綠色化是現(xiàn)代機械制造工藝的主要方向。機械制造工藝的綠色化發(fā)展主要體現(xiàn)在兩個方面：①低能耗。我國現(xiàn)階段機械制造原材料仍以金屬為主，且主要制造方式為模型澆筑，導(dǎo)致機械制造產(chǎn)業(yè)被列為高能耗產(chǎn)業(yè)，降低生產(chǎn)過程中的資源消耗為行業(yè)綠色化發(fā)展的主要方向。研究人員可從生產(chǎn)流程入手，減少其中的能源散失，進(jìn)而降低生產(chǎn)過程中的能源投入，使行業(yè)資源使用更加高效化。②低污染。生產(chǎn)廢棄物為產(chǎn)業(yè)污染的主要來源。研究人員要積極改進(jìn)制造工藝，減少生產(chǎn)廢棄物的數(shù)量，提升廢棄物的環(huán)境指標(biāo)。同時，加強排放物凈化技術(shù)的研究，增強制造業(yè)的環(huán)境友好性。

（2）數(shù)字化。數(shù)字化是機械制造工藝進(jìn)步的主要途徑?，F(xiàn)代機械制造工藝與數(shù)字技術(shù)的綜合運用已取得了不錯的效果。如利用遙感技術(shù)與自動化信息處理技術(shù)實現(xiàn)了機械制造的全時間、全范圍的監(jiān)控，極大提升了現(xiàn)代機械制造工藝的安全性與工作效率。但我國現(xiàn)代機械制造工藝的數(shù)字技術(shù)運用仍有很大的發(fā)展空間，如加強數(shù)字技術(shù)在模具生產(chǎn)過程中的運用，充分考慮澆筑過程中液體凝固時的變化，優(yōu)化模具細(xì)節(jié)，提升零件的精度；如強化數(shù)字技術(shù)在生產(chǎn)管理中的運用，提升信息采集與處理的自動化程度，使管理系統(tǒng)可以自動解決生產(chǎn)過程中的非硬件故障，提升制造行業(yè)的人員使用效率[2]。

（3）精細(xì)化。社會與科技的發(fā)展對于機械制造行業(yè)提出了更高的要求，航空航天、電子元件及現(xiàn)代機械制造等許多行業(yè)更加注重零件的精度，產(chǎn)品的高標(biāo)準(zhǔn)化與產(chǎn)業(yè)的精細(xì)化是現(xiàn)代機械制造工藝優(yōu)化的主要方向?，F(xiàn)階段我國零件生產(chǎn)誤差已控制在10nm以內(nèi)，但相關(guān)人員仍需繼續(xù)努力，進(jìn)一步控制機械制造的誤差，為科技進(jìn)步提供更多可能性。

2 精密加工技術(shù)

精密加工技術(shù)產(chǎn)生于美國，最初目的是滿足航天航空與軍工生產(chǎn)的零部件精度要求，但現(xiàn)階段精密加工的服務(wù)對象變得更加廣泛，如電子元件制造、自動化產(chǎn)業(yè)等，尤其在日本，精密加工的主要服務(wù)對象為民用產(chǎn)品。精密加工已逐步成為民眾日常生活中必備的技術(shù)供給。

精密加工的界定標(biāo)準(zhǔn)會隨技術(shù)的進(jìn)步而不斷提升，基本控制在普通工廠加工誤差的0.1倍以上。如現(xiàn)階段精密加工的誤差范圍為0.1μm~1μm，同時表面粗糙度控制在0.1μm以下。對表面粗糙度提出要求主要原因為，元件的表面光滑程度會直接影響元件的應(yīng)力、硬度等物理性質(zhì)。

精密加工技術(shù)從加工目標(biāo)的角度可分為去除加工、結(jié)合加工與變形加工。

2.1 去除加工

去除加工指采用多種手法使原料上的部分結(jié)構(gòu)于原料分離的過程。去除加工是精細(xì)加工中最為基礎(chǔ)的手段，也是其中最為常見的加工方法。常見的手段有磨蝕、切割與化學(xué)加工。

砂帶磨削是常見的磨蝕精細(xì)加工方法，主要操作方法為在紡布的一面粘貼磨料，通過反復(fù)摩擦的方法去除原材料的多余部分，使元件的體積符合要求。砂帶磨削加工速率較高，產(chǎn)品表面粗糙度控制較好，可以應(yīng)用于多數(shù)產(chǎn)品精細(xì)加工。砂帶磨削在國外發(fā)展較好，有為電子產(chǎn)業(yè)、軍工產(chǎn)業(yè)等開發(fā)的特殊砂帶，也有適應(yīng)多種工作環(huán)境的普適性砂帶。同時，國外砂帶磨削技術(shù)已基本實現(xiàn)全面自動化。但國內(nèi)砂帶的種類與質(zhì)量都亟需開發(fā)，自動化進(jìn)程較為緩慢。

精密研磨與物理拋光也是常見的磨蝕精細(xì)加工方法。這些方法的主要優(yōu)勢為產(chǎn)品的表面質(zhì)量很高，常被運用于元件平面、齒輪齒面的加工。主要工作原理為通過磨料對元件表面的摩擦增加表面質(zhì)量。精密研磨對加工環(huán)境要求較為嚴(yán)格，一旦有異物混入將會對元件造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。同時精細(xì)研磨速率較低，只在部分高精度要求的元件上應(yīng)用。物理拋光與精細(xì)研磨原理相同，但拋光進(jìn)程中可采用不同的方法，使精細(xì)加工針對性更強。如超聲波拋光運動方式較為簡單，制作過程中可采用質(zhì)地較軟的磨蝕工具，在硬脆材料加工方面有較好的表現(xiàn)。

精密切削是常用的切割加工手段。精密切削主要應(yīng)用于軟金屬加工。我國常用金剛石作為切削工具的制作材料，且我國在金剛石的使用與改良方面處于世界領(lǐng)先地位。

化學(xué)拋光是常見的化學(xué)加工手段。主要通過如硝酸等腐蝕性化學(xué)藥品的使用，去除元件表面突出部分，增強元件的表面質(zhì)量。化學(xué)拋光常用于金屬元件加工，且加工速率較快，精度較高，對加工元件的物理性質(zhì)無要求，是良好的表面質(zhì)量強化手段。但加工過程中使用的藥品對人體傷害較大，要注重生產(chǎn)安全。同時剩余藥品要妥善處理，避免造成環(huán)境污染。

2.2 結(jié)合加工

結(jié)合加工指依據(jù)生產(chǎn)的需求，采用合適的手段進(jìn)行多種材料組合。結(jié)合加工的主要形式有附著、注入與連接。附著的常見手段為鍍，指在元件表面附著其他物質(zhì)，對元件的物理性質(zhì)進(jìn)行改變，屬于淺層次的結(jié)合加工手段。注入是指通過在材料的表層結(jié)構(gòu)內(nèi)加入某種物質(zhì)或者元素，改變元件如應(yīng)力等物理性質(zhì)與表層部分化學(xué)性質(zhì)，屬于深層次的結(jié)合加工手段[3]。連接是結(jié)合加工中最為常見的方法，指通過合理的手段將不同元件結(jié)合，進(jìn)而完成機械設(shè)備的制造。如焊接或使用化學(xué)制劑局部融化后連接定型。

2.3 變形加工

變形加工指利用某種手段使原材料產(chǎn)生形變，使其形狀、大小等物理性質(zhì)等更加符合生產(chǎn)需求。如針對塑性較強材料的外力延展，或金屬材料高溫狀態(tài)下的拉伸。

2.4 精密測量

精密測量技術(shù)是是精密加工技術(shù)的前提與質(zhì)量保障。社會的發(fā)展使機械制造向精細(xì)化發(fā)展，且發(fā)展趨勢愈加迅猛。為滿足機械制造的需要，精密測量技術(shù)逐步向微觀方向進(jìn)展，且測量誤差已由微米級逐步轉(zhuǎn)向納米級。現(xiàn)階段的精密測量技術(shù)早已脫離了單純的物理形式，是一門集光學(xué)、電子、傳感、圖像處理與數(shù)字信息處理等于一體的綜合性學(xué)科。

（1）X射線干涉技術(shù)。X射線干涉技術(shù)是現(xiàn)今較為常用的精密測量技術(shù)，可以識 別的最小誤差范圍在納米級，且尚有一定的發(fā)展空間。由于X射線波長比可見光小2個單位，且單晶體晶面最小間距為10nm，理論上上X射線干涉技術(shù)的測量上限為0.01nm。

（2）雙頻激光干涉儀。雙頻激光干涉儀因其測量范圍較大，在生產(chǎn)中運用較為廣泛。但由于光的折射率受溫度、濕度、空氣成分變化等多種因素的影響，現(xiàn)階段雙頻激光干涉儀的測量精度波動范圍較大，仍需改善與優(yōu)化。

3 結(jié)語

現(xiàn)代機械制造工藝與精密加工技術(shù)是社會與科技快速發(fā)展的重要保障，對其進(jìn)行系統(tǒng)的總結(jié)與整理有利于發(fā)現(xiàn)其中存在的問題與缺陷，為工藝優(yōu)化指明了方向，對我國生產(chǎn)技術(shù)的提升與科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步有重大意義。