王國偉

（沈陽理工大學(xué)工程實踐中心，沈陽 110159）

隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，我國已經(jīng)成為工業(yè)化制造業(yè)大國。近年來，我國在現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)和精密加工技術(shù)方面取得了很大進(jìn)步，制造業(yè)規(guī)模位居世界第四，僅略遜于美國、德國和日本。目前，我國與其他發(fā)達(dá)國家的制造業(yè)尤其是高精密加工方面尚存在較大差距。雖然我國每年出口大量機(jī)械制造產(chǎn)品，但往往是低技術(shù)含量、低成本的產(chǎn)品，仍需要從國外進(jìn)口大量技術(shù)含量高、成本高的產(chǎn)品。雖然我國已經(jīng)發(fā)展了一些先進(jìn)的精密加工技術(shù)和設(shè)備，但現(xiàn)有的技術(shù)和設(shè)備還不足以支持先進(jìn)的技術(shù)生產(chǎn)。因此，我國每年需要進(jìn)口大量無法國產(chǎn)的精密數(shù)控機(jī)床和儀器。此外，我國無法購買一些急需的重要高精度機(jī)床和儀器，必須發(fā)展自己的現(xiàn)代制造工藝和精密加工技術(shù)，投入足夠的精力，提升我國制造業(yè)水平，使我國成為真正的發(fā)展強國[1-3]。

1 研究背景和研究現(xiàn)狀

現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)在20世紀(jì)80年代提出，已有半個多世紀(jì)的工作基礎(chǔ)。它源于手工制造技術(shù)，后來隨著技術(shù)的發(fā)展逐漸通過機(jī)械制造代替手工制造，不僅提高了產(chǎn)品生產(chǎn)效率，而且提高了產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量，減輕了勞動力的體力負(fù)荷。迄今為止，先進(jìn)的機(jī)械制造工藝將電子、信息、機(jī)械、材料以及能源等方面的技術(shù)結(jié)合并集成，以滿足預(yù)期的功能需求。

1.1 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝發(fā)展史

工業(yè)發(fā)展前，人們使用最原始的純手工制造，效率低，人力成本高，需要大量勞動力。在緩慢的發(fā)展過程中，為了追求高效生產(chǎn)，流水線制造逐漸出現(xiàn)在制造過程中，可以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，加快產(chǎn)品生產(chǎn)，減少工作量，但仍需要大量工作。隨著科技的發(fā)展與進(jìn)步，智能制造逐漸取代體力勞動，同時產(chǎn)品的制造水平逐步提高，大大保證了產(chǎn)品質(zhì)量，但生產(chǎn)手段變得越來越復(fù)雜。隨著計算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，機(jī)器制造變得更加智能化，生產(chǎn)模式得到了極大優(yōu)化，使得機(jī)器由計算機(jī)設(shè)備控制進(jìn)行制造。機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展離不開前人對現(xiàn)有技術(shù)的不斷研究。機(jī)械制造工藝發(fā)展到現(xiàn)階段，通過各種高科技技術(shù)的集成和計算機(jī)的完全智能化大大減少了勞動力[4]。

1.2 精密加工技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代中期，我國研發(fā)了世界一流的精密機(jī)床及其零部件，大大提高了制造水平。我國大力發(fā)展精密加工技術(shù)，極大地提高了我國的尖端技術(shù)和國防水平。進(jìn)入21世紀(jì)，精密加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于航空航天、電子信息等領(lǐng)域。隨著各行業(yè)的不斷發(fā)展，人們對各種高精度部件的要求越來越高，推動了精密加工技術(shù)的發(fā)展。目前，我國開發(fā)了更多的精密機(jī)床、加工設(shè)備和零件，不斷發(fā)展新型精密機(jī)械加工技術(shù)。

1.3 現(xiàn)代化機(jī)械制造技術(shù)與精密加工技術(shù)的聯(lián)系與特點

現(xiàn)代化機(jī)械制造技術(shù)具有廣泛含義，不僅包括傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)的創(chuàng)新創(chuàng)造，也包含現(xiàn)代化數(shù)控精密加工技術(shù)，其中精密加工技術(shù)已經(jīng)逐漸成為機(jī)械加工的一種新興方向。對于現(xiàn)代化機(jī)械加工流程而言，每一個環(huán)節(jié)都至關(guān)重要，一旦某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，會對機(jī)械加工的成品造成連鎖影響。精密加工制造與現(xiàn)代化的機(jī)械制造工藝技術(shù)息息相關(guān)，涉及數(shù)控技術(shù)、尺寸識別與檢測、自動化控制等多個學(xué)科內(nèi)容。因此，精密加工制造技術(shù)作為現(xiàn)代化機(jī)械制造加工工藝的重要內(nèi)容，需要不斷開發(fā)高新技術(shù)，實現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械制造工藝和精密加工技術(shù)的全球化[5]。

2 精密加工技術(shù)研究方法

2.1 對精密加工技術(shù)的理解

細(xì)微加工制造、超細(xì)微加工制造與精加工技術(shù)共同組成精密加工制造技術(shù)，功能與特點如表1所示。

表1 機(jī)械制造工藝和精密加工技術(shù)分類表

2.2 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝和精密加工技術(shù)分析

現(xiàn)代化機(jī)械加工制造工藝有多種技術(shù)方向分支。目前，最常見的技術(shù)工藝有氣體保護(hù)焊接工藝、攪拌摩擦焊接工藝、電阻焊接工藝、埋弧焊接工藝以及螺柱焊接工藝等。

2.2.1 氣體保護(hù)焊工藝

氣體保護(hù)焊技術(shù)使用電弧焊零件。氣體可以在零件表面形成氣層，對零件起到很好的保護(hù)作用。焊接過程中，經(jīng)常使用二氧化碳作為氣層。二氧化碳不僅容易獲得，成本低，而且對零件有較好的保護(hù)作用，可以提高焊接質(zhì)量，有效提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，保證產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量。二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊技術(shù)主要使用二氧化碳和焊絲。氣體保護(hù)焊作為領(lǐng)先的機(jī)械生產(chǎn)工藝之一，廣泛應(yīng)用于化工、交通等諸多領(lǐng)域[6]。

2.2.2 摩擦焊工藝

摩擦焊接技術(shù)廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、鐵路、車輛等制造業(yè)。隨著技術(shù)的發(fā)展與各學(xué)科之間的交叉應(yīng)用，摩擦焊技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。目前，摩擦焊接技術(shù)在我國已具有一定的水平。焊接鋁合金時，可直接焊接800 m。摩擦焊的焊接溫度相比其他焊接方式而言較低，具有低能耗和高安全性的特點。摩擦焊工藝工廠實操，如圖1所示。

圖1 摩擦焊工藝工廠實操圖

2.2.3 電阻焊工藝

電阻焊工藝通過強電流焊接物體表面，利用焊接物體表面的電阻產(chǎn)生巨大熱量焊接物體，主要實施方法為對目標(biāo)焊接物體的兩端通電，通過焊接極產(chǎn)生的強大電流，在電流通過附近產(chǎn)生熱阻效應(yīng)，促進(jìn)其與金屬結(jié)合。電弧焊具有焊接效率較高、資源消耗少、焊接質(zhì)量較高等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于家電設(shè)備加工、汽車重要零部件制造以及航天設(shè)備制造等方面。

2.2.4 埋弧焊工藝

埋弧焊工藝可以分為全自動埋弧焊和半自動埋弧焊工藝，主要在流動層下焊接電弧。全自動埋弧焊技術(shù)主要應(yīng)用于通過專用小車輸送焊絲與電弧的焊接流程，而半自動埋弧焊技術(shù)的焊絲與電弧需要人工運輸，因此半自動埋弧焊在埋弧焊發(fā)展過程中逐漸沒落。在選擇埋弧焊焊接工藝時，應(yīng)該考慮流量選擇、冶金性能、電流類型與等級等重要技術(shù)指標(biāo)。埋弧焊工藝焊接成品，如圖2所示。

圖2 埋弧焊工藝焊接成品圖

2.3 精密加工技術(shù)

2.3.1 研磨工藝

研磨技術(shù)是指對產(chǎn)品表面進(jìn)行研磨和拋光，以降低產(chǎn)品表面粗糙度，達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)。傳統(tǒng)的研磨技術(shù)僅適用于一些普通產(chǎn)品。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的磨削技術(shù)已經(jīng)不能滿足市場需求。為了適應(yīng)市場，將精密加工技術(shù)應(yīng)用于磨削技術(shù)，改善了傳統(tǒng)磨削技術(shù)的缺點。磨削技術(shù)中采用磁懸浮技術(shù)，可使磨削更加精確，減少了磨削過程中對零件的損壞，延長了產(chǎn)品的使用壽命[7]。

2.3.2 微機(jī)械技術(shù)

微機(jī)械技術(shù)是指利用半導(dǎo)體技術(shù)在微米領(lǐng)域設(shè)計和制造三維機(jī)械系統(tǒng)和微米級機(jī)械部件。機(jī)械化生產(chǎn)過程不僅需要生產(chǎn)材料，還需要嚴(yán)格控制加工和包裝。微處理技術(shù)采用先進(jìn)的控制技術(shù)，確保產(chǎn)品質(zhì)量。與傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)相比，微加工技術(shù)是一種操作方便、精度高的新型控制技術(shù)。由于微型機(jī)械產(chǎn)生的產(chǎn)品信息規(guī)模小、數(shù)量大，已被廣泛應(yīng)用于各個行業(yè)。許多大型工業(yè)對許多零件都有很高要求，只有微機(jī)械技術(shù)才能滿足其精度要求。

2.3.3 切割技術(shù)

切割技術(shù)是指直接利用切割獲得高精度產(chǎn)品。因此，通過切割獲得的產(chǎn)品可能有更高的要求。然而，通過切削技術(shù)來保證工件表面的高尺寸精度與幾何精度的前提是去除工件、刀具和機(jī)床相關(guān)的尺寸影響。

3 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝及精密加工技術(shù)研究的意義

3.1 研究實現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)械制造工藝和精密加工技術(shù)的重要性

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，機(jī)械制造行業(yè)面臨著巨大轉(zhuǎn)型。各國在大力發(fā)展制造業(yè)，在精密和超精密加工技術(shù)領(lǐng)域存在極其激烈的競爭。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的精密和超精密加工技術(shù)較落后，大量精密產(chǎn)品仍需進(jìn)口。精密和超精密加工目前包括超精密切割、精密磨削和超精密加工3個領(lǐng)域。超精密切割可以加工各種鏡子，成功解決了激光反射鏡、高精度陀螺儀和一些大型反射鏡的加工問題。精密磨削和超精密加工，如高精度硬盤表面和大規(guī)模集成電路基板加工。

3.2 現(xiàn)代機(jī)械制造工藝和精密加工技術(shù)的發(fā)展前景

機(jī)械制造業(yè)在國民工業(yè)中占有重要地位，是一個國家的支柱產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要作用。在長期的經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，我國機(jī)械制造業(yè)取得了顯著成績，但也暴露出一些問題。

對于任何一個國家來說，機(jī)械制造業(yè)水平對其經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重大影響。機(jī)械制造業(yè)水平在一定程度上可以反映國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的整體水平。因此，機(jī)械制造業(yè)不僅是國家發(fā)展的重要保障，也是衡量國家建設(shè)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。

從我國目前的機(jī)械加工制造發(fā)展現(xiàn)狀來看，精密加工制造技術(shù)主要朝著高精度、大型化、精細(xì)化方向發(fā)展，同時包括檢測與加工一體化方向、多功能模塊化精密機(jī)械加工制造方向、加工材料、原理探索等發(fā)展方向。首先，高精度開發(fā)。從目前的亞微米級到納米級，最終實現(xiàn)“移動原子”的目標(biāo)，實現(xiàn)了原子級加工。其次，向大型化方向發(fā)展。針對開發(fā)各種大型超精密加工設(shè)備，以滿足航空航天、通信以及軍事等領(lǐng)域的需要。最后，向小型化方向發(fā)展，以滿足微型計算機(jī)和集成電路快速發(fā)展的需要。

隨著超精密結(jié)構(gòu)、多功能、光電機(jī)電一體化、檢測處理與集成的發(fā)展，先進(jìn)的檢測與監(jiān)控技術(shù)被廣泛應(yīng)用于誤差補償，不斷提出新工藝和復(fù)合加工技術(shù)，以擴(kuò)大加工材料的范圍。

超精密加工技術(shù)的主要研究方法是高精度加工機(jī)理設(shè)計與研究，其中又細(xì)分為細(xì)微加工原理研究和微觀表面完整性研究。超精密加工設(shè)備的研究對超精密加工制造行業(yè)的發(fā)展具有重大影響，其中包括納米級精密車床工程研究、相關(guān)車床的軸系配合、直線導(dǎo)軌與滑動機(jī)構(gòu)的選擇、伺服數(shù)控系統(tǒng)的控制與調(diào)配以及微小位移控制等多個方向。對于高精度機(jī)床的裝配與生產(chǎn)技術(shù)研究，主要體現(xiàn)在高精度車床的加工方法、磨料與銑削技術(shù)上，不僅可以加強金剛石刀具的加工硬度，而且有助于創(chuàng)新微型精鋼石砂輪粉磨與修整技術(shù)。

4 結(jié)語

科技的不斷發(fā)展、基礎(chǔ)理論的研究與相關(guān)研究設(shè)備的不斷出現(xiàn)，對科技革新產(chǎn)生了重大影響。本文主要研究現(xiàn)代化機(jī)械加工制造技術(shù)與精密加工制造技術(shù)的聯(lián)系與特點，根據(jù)現(xiàn)代化機(jī)械加工制造工藝的發(fā)展現(xiàn)狀，對未來現(xiàn)代化機(jī)械加工方向中的超精密機(jī)械加工制造進(jìn)行進(jìn)一步展望與思考。工業(yè)創(chuàng)新和現(xiàn)代技術(shù)是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的重中之重，是國民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，也是反映國家科技發(fā)展水平的重要指標(biāo)，在國民經(jīng)濟(jì)中發(fā)揮著重要作用。我國作為制造業(yè)與工業(yè)大國，加工制造技術(shù)的發(fā)展與提升對國家整體水平的提高至關(guān)重要。因此，必須了解當(dāng)前機(jī)械加工制造技術(shù)的現(xiàn)狀，合理估測未來的發(fā)展趨勢，不斷發(fā)展我國的現(xiàn)代機(jī)械加工制造工藝技術(shù)，從而提高我國生產(chǎn)制造的工藝水平。