現代機械制造工藝與精密加工技術解析

肖 墾

（南京理工大學紫金學院，江蘇 南京 210046）

人們的需求促使社會向自動化、高效化發展，科技研究逐步向微觀邁進。現代機械制造工藝與精密加工技術是現代社會設備制造與生產的主要手段，加強機械制造工藝與精密加工技術的解析可以明確現代化工藝的優化措施與改進方向，促進我國全面現代化事業的快速發展。

1 現代機械制造工藝

1.1 現代機械制造工藝的特點

（1）系統化。系統化是現代機械制造工藝與傳統制造方式最主要的區別。現代機械制造工藝更加注重機械制造與生產、管理之間的關聯，充分考慮使用需求，具有更加鮮明的目標導向性。

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

（3）穩定性。穩定性主要指產品質量的穩定性。技術的發展對零件精度的要求越來越高，現代機械制造相對于傳統制造技術擁有更高的精度，產品零件的質量得到更好的保證。

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

（5）發展性。現代機械制造工藝以服務市場需求為第一目的，會隨市場變動而不斷自我改進，導致現代制造工藝具有持續發展的特點。

1.2 現代機械制造工藝的發展趨勢

（1）綠色化。可持續發展是現今社會發展的主題，是各行業發展的主導目標，綠色化是現代機械制造工藝的主要方向。機械制造工藝的綠色化發展主要體現在兩個方面：①低能耗。我國現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，導致機械制造產業被列為高能耗產業，降低生產過程中的資源消耗為行業綠色化發展的主要方向。研究人員可從生產流程入手，減少其中的能源散失，進而降低生產過程中的能源投入，使行業資源使用更加高效化。②低污染。生產廢棄物為產業污染的主要來源。研究人員要積極改進制造工藝，減少生產廢棄物的數量，提升廢棄物的環境指標。同時，加強排放物凈化技術的研究，增強制造業的環境友好性。

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

（3）精細化。社會與科技的發展對于機械制造行業提出了更高的要求，航空航天、電子元件及現代機械制造等許多行業更加注重零件的精度，產品的高標準化與產業的精細化是現代機械制造工藝優化的主要方向。現階段我國零件生產誤差已控制在10nm以內，但相關人員仍需繼續努力，進一步控制機械制造的誤差，為科技進步提供更多可能性。

2 精密加工技術

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

精密加工的界定標準會隨技術的進步而不斷提升，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力、硬度等物理性質。

精密加工技術從加工目標的角度可分為去除加工、結合加工與變形加工。

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構于原料分離的過程。去除加工是精細加工中最為基礎的手段，也是其中最為常見的加工方法。常見的手段有磨蝕、切割與化學加工。

砂帶磨削是常見的磨蝕精細加工方法，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，產品表面粗糙度控制較好，可以應用于多數產品精細加工。砂帶磨削在國外發展較好，有為電子產業、軍工產業等開發的特殊砂帶，也有適應多種工作環境的普適性砂帶。同時，國外砂帶磨削技術已基本實現全面自動化。但國內砂帶的種類與質量都亟需開發，自動化進程較為緩慢。

精密研磨與物理拋光也是常見的磨蝕精細加工方法。這些方法的主要優勢為產品的表面質量很高，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量。精密研磨對加工環境要求較為嚴格，一旦有異物混入將會對元件造成不可逆轉的傷害。同時精細研磨速率較低，只在部分高精度要求的元件上應用。物理拋光與精細研磨原理相同，但拋光進程中可采用不同的方法，使精細加工針對性更強。如超聲波拋光運動方式較為簡單，制作過程中可采用質地較軟的磨蝕工具，在硬脆材料加工方面有較好的表現。

精密切削是常用的切割加工手段。精密切削主要應用于軟金屬加工。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先地位。

化學拋光是常見的化學加工手段。主要通過如硝酸等腐蝕性化學藥品的使用，去除元件表面突出部分，增強元件的表面質量。化學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無要求，是良好的表面質量強化手段。但加工過程中使用的藥品對人體傷害較大，要注重生產安全。同時剩余藥品要妥善處理，避免造成環境污染。

2.2 結合加工

結合加工指依據生產的需求，采用合適的手段進行多種材料組合。結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，對元件的物理性質進行改變，屬于淺層次的結合加工手段。注入是指通過在材料的表層結構內加入某種物質或者元素，改變元件如應力等物理性質與表層部分化學性質，屬于深層次的結合加工手段[3]。連接是結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合，進而完成機械設備的制造。如焊接或使用化學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生形變，使其形狀、大小等物理性質等更加符合生產需求。如針對塑性較強材料的外力延展，或金屬材料高溫狀態下的拉伸。

2.4 精密測量

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

（1）X射線干涉技術。X射線干涉技術是現今較為常用的精密測量技術，可以識 別的最小誤差范圍在納米級，且尚有一定的發展空間。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，仍需改善與優化。

3 結語

現代機械制造工藝與精密加工技術是社會與科技快速發展的重要保障，對其進行系統的總結與整理有利于發現其中存在的問題與缺陷，為工藝優化指明了方向，對我國生產技術的提升與科學技術的進步有重大意義。