機(jī)械制造技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢探析

摘要：在梳理文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上分析了我國機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和當(dāng)今機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工；精密；切削

一、我國機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢

1.我國機(jī)械加工技術(shù)向精密超精密方向發(fā)展

精密和超精密加工是在20世紀(jì)70年代提出的，在西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家得到了高度重視和急速發(fā)展，在尖端技術(shù)和現(xiàn)代武器制造中占有非常重要的地位，是機(jī)械制造業(yè)最主要發(fā)展的方向之一。在提高機(jī)電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和發(fā)展高新技術(shù)中起著至關(guān)重要的作用，并且己成為在國際競爭中取得成功的關(guān)鍵技術(shù)。

目前，精密和超精密加工已在光電一體化設(shè)各儀器、計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、航天航空等工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。在許多高新技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中已大量提出微米級(jí)、亞微米級(jí)及納米級(jí)加工精度的要求。當(dāng)前超精密加工的最高精度己達(dá)到了納米，出現(xiàn)了納米加工。例如1nm的加工精度己在光刻機(jī)透鏡等零件的生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。隨著超大規(guī)模集成電路集成度的增加，生產(chǎn)這種電路光刻機(jī)透鏡的形位誤差加工精度將達(dá)到0.3～0.5nm。人造衛(wèi)星儀表軸承的孔和軸的表面粗糙度要求達(dá)到Ra<1nm。某些發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸和連桿的加工精度要求也達(dá)到微米、亞微米。

目前超精密切削技術(shù)和機(jī)床的研究，也取得了許多重要成果。用金剛石刀具和專用超精密機(jī)床可實(shí)現(xiàn)lnm切削厚度的穩(wěn)定切削。中小型超精密機(jī)床達(dá)到的精度：主軸回轉(zhuǎn)精度0.05μm，加工表面粗糙度Ra0.01μm以下。

最近新發(fā)展的金屬結(jié)合劑砂輪的在線電解修整砂輪的鏡面磨削技術(shù)，可以加工出Ra0.02～0.002μm的鏡面。精密研磨拋光可以加工出Ra0.01～0.002μm的鏡面。目前，量塊、光學(xué)平晶、集成電路的硅基片等，都是最后用精密研磨達(dá)到高質(zhì)量表面的。

20世紀(jì)90年代初，利用精密特種加工方法發(fā)展了微型機(jī)械，已廣泛應(yīng)用于生物工程、醫(yī)療衛(wèi)生和國防軍事等方面。出現(xiàn)了微型人造衛(wèi)星、微型飛機(jī)、微型電機(jī)、微型泵和微型傳感器等微型機(jī)械，微型電機(jī)外徑為420μm，轉(zhuǎn)子直徑為200μm，微型齒輪的外徑為120μm。

精密和超精密加工將從亞微米級(jí)向納米級(jí)發(fā)展，以納米技術(shù)為代表的超精密加工技術(shù)和以微細(xì)加工為手段的微型機(jī)械技術(shù)代表了這一時(shí)期精密工程的方向。由于航天、航空、生物化學(xué)、地球物理等技術(shù)的發(fā)展，超精密加工己深入到物質(zhì)的微觀領(lǐng)域，從分子加工、原子加工向量子級(jí)加工邁進(jìn)，制造出更多類型的微型機(jī)械。

2.我國機(jī)械加工技術(shù)向高速超高速加工方向發(fā)展

切削加工是機(jī)械加工應(yīng)用最廣泛的方法之一，而高速是它的重要發(fā)展方向，其中包括高速軟切、高速硬切削、高速干切削、大進(jìn)給切削等。高速切削能大幅度提高生產(chǎn)效率，改善加工表面質(zhì)量，降低加工費(fèi)用。高速超高速加工是伴隨著高速主軸、高速加工機(jī)床結(jié)構(gòu)、高速加工刀具及其潤滑系統(tǒng)的不斷改進(jìn)而發(fā)展起來的。為了滿足高速加工的需要，相繼發(fā)展了陶瓷軸承主軸、靜壓軸承主軸，空氣軸承主軸、磁浮軸承主軸，使主軸轉(zhuǎn)速可高達(dá)100000r/min。由于高速切削機(jī)床和刀具技術(shù)及相關(guān)技術(shù)的迅速進(jìn)步，高速切削技術(shù)已應(yīng)用于航空、航天、汽車、模具、機(jī)床等行業(yè)中。對(duì)于大多數(shù)工件材料而言，超高速加工是指高于常規(guī)加工速度5倍以上的加工。目前在工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用的超高速切削速度一股為：車削為700～7000m/min，銑削為300～6000m/min，鉆削為200～1100m/min，磨削為5000～10000m/min。高速切削還在進(jìn)一步發(fā)展中，預(yù)計(jì)銑削加工鋁的切削速度可達(dá)到10000m/min，加工普通鋼也將達(dá)到2500m/min。這樣切削速度大約超出目前普通機(jī)床常用切削速度的十倍左右。

3、我國機(jī)械加工技術(shù)向自動(dòng)化方向發(fā)展

自動(dòng)化是先進(jìn)制造技術(shù)的最重要部分之一，是機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。

20世紀(jì)60年代以來，一些工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，在達(dá)到高度工業(yè)化的水平以后，就開始了從工業(yè)社會(huì)向信息社會(huì)過渡的時(shí)期。對(duì)機(jī)械制造業(yè)來說，對(duì)它的發(fā)展影響最大的是電子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，出現(xiàn)了所謂機(jī)電一體化的新概念。出現(xiàn)了一系列新技術(shù)如：機(jī)床數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制、計(jì)算機(jī)直接控制、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、成組技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制、工業(yè)機(jī)器人等等新技術(shù)。對(duì)這些技術(shù)的綜合運(yùn)用的結(jié)果，在20世紀(jì)80年代初家已經(jīng)得到廣泛的生產(chǎn)應(yīng)用，成為制造業(yè)中的重中之重，其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。隨著FMS技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在FMS不僅能完成機(jī)械加工，而且還能完成板金加工、鍛造、焊接、鑄造、裝配和激光、電火花等特種加工。從整個(gè)制造業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品看，現(xiàn)在FMS己不再局限于汽車、機(jī)床、飛機(jī)、坦克、船舶等，還可用于半導(dǎo)體、木制產(chǎn)品、服裝，食品以及藥品和化工產(chǎn)品等。FMS也是計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)將使設(shè)計(jì)、制造、管理、供銷、財(cái)務(wù)都用計(jì)算機(jī)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)工廠的全盤計(jì)算機(jī)管理自動(dòng)化。目前，柔性制造技術(shù)重點(diǎn)向快速可重組制造系統(tǒng)和組態(tài)式柔性制造單元兩個(gè)方向發(fā)展。在上述系統(tǒng)或單元的基礎(chǔ)上，分散在不同地域的企業(yè)動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，可利用國際互聯(lián)網(wǎng)建立制造資源信息網(wǎng)絡(luò)，以訂單為紐帶進(jìn)行資源重組，從而建立分散網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)。

CADZCAM一體化技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，大大地縮短了產(chǎn)品的研制開發(fā)周期，同時(shí)也促進(jìn)了設(shè)計(jì)思想的變化。設(shè)計(jì)時(shí)考慮制造工藝的思想現(xiàn)己被更多的人接受，在保證產(chǎn)品性能要求的前提下大大減少了制造加工成本。在集成制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的并行工程，是將設(shè)計(jì)、工藝準(zhǔn)備、加工制造、裝配、調(diào)試工作從串聯(lián)作業(yè)改成前后銜接的并行作業(yè)，大大縮短生產(chǎn)周期，降低了成本。最近提出的敏捷制造技術(shù)將柔性自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展到一個(gè)新高度，通過因特網(wǎng)將不同工廠的計(jì)算機(jī)管理和自動(dòng)化技術(shù)，有機(jī)地組織來，發(fā)揮各單位的特長，利用計(jì)算機(jī)仿真和虛擬制造技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異地新產(chǎn)品設(shè)計(jì)、異地制造和裝配，達(dá)到產(chǎn)品的速、高效、優(yōu)質(zhì)、低成本的生產(chǎn)。

二、機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢分析：機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展總趨勢

1.MQL準(zhǔn)干切削加工技術(shù)

在某些工件/加工方法組合中，有時(shí)難以做到完全干切削。這時(shí)可采用最少量潤滑技術(shù)，簡稱MQL，也可稱為準(zhǔn)干切削。這種方法是將壓縮空氣與潤滑液混合氣化后，噴射至加工區(qū)，對(duì)加工過程進(jìn)行充分有效的冷卻潤滑。MQL技術(shù)可有效抑制溫升，提高工件加工質(zhì)量和刀具耐用度。如一臺(tái)典型的加工中心在濕式切削中，每分鐘可能需要20～100L切削液，而采用MQL準(zhǔn)干切削每小時(shí)只需0.03～0.2L的切削液。又如對(duì)鋁合金進(jìn)行加工時(shí)，當(dāng)未采用MQL時(shí)，經(jīng)過16次鉆孔后，鋁合金材料就會(huì)粘結(jié)在容屑槽內(nèi)、使刀具失效，而采用MQL技術(shù)后，鉆削320個(gè)孔，刀具也沒有發(fā)生顯著的磨損與粘結(jié)，加工出來的孔完全滿足要求。在MQL技術(shù)中，可采用“外噴法”和“內(nèi)噴法”進(jìn)行冷卻潤滑。住具體應(yīng)用中，要安裝專門的冷卻潤滑系統(tǒng)，必要時(shí)要采用帶油孔的刀具。

2.環(huán)保集約化

(1)開發(fā)新型水基切削液。

水基切削液具有導(dǎo)熱系數(shù)大、冷卻性能優(yōu)良、生產(chǎn)率高及加工成本低等特點(diǎn)，在國外的機(jī)械加工中已被普遍采用。目前國內(nèi)水基切削液存住的主要問題是潤滑性能較差，且含有對(duì)人體和環(huán)境有害的物質(zhì)，難以滿足現(xiàn)代切削加工的要求。

(2)開發(fā)應(yīng)用新型切削油。

如英國Gulfoil公司研制的Excalibur新型冷卻液，是一種不含氯的冷卻油，它能提高刀具壽命并得到較高的表面質(zhì)量，且氣味小，不產(chǎn)生煙霧。并在Excalibur冷卻液中加人了六種物質(zhì)，擴(kuò)夫了其應(yīng)用范圍，可供不同加工過程使用。另外，采用合適的植物油替代礦物油進(jìn)行冷卻潤滑也是一種較好的冷卻潤滑方式，但要提高其抗氧化性能。