現(xiàn)代化機械設計制造工藝及精密加工技術探討

潘永鵬

【摘? 要】現(xiàn)代化機械設計制造工藝與精密加工技術是機械制造行業(yè)的核心技術，它決定了機械制造水平。所以，作為一個制造大國，必須要發(fā)展制造工藝，改善制造技術，提高機械制造水平。國內對于精密加工的需求與日俱增，機械制造行業(yè)對于加工工藝和精密加工技術越來越重視。很多制造行業(yè)的精英對于機械制造的工藝和加工技術進行研究分析，并且提出自己的創(chuàng)新理論與方法。

【關鍵詞】機械設計;制造;精密加工

1 現(xiàn)代化機械設計制造工藝分析

1.1 在設計階段三維CAD技術的應用

三維CAD是對傳統(tǒng)二維設計的一次革命。利用三維CAD可以進行三維設計，輸出二維工程圖。該方法既是設計程序的更新，又是現(xiàn)代CAD的發(fā)展方向。三維CAD不僅為產品創(chuàng)新提供了一個技術平臺，而且是一種快速有效的響應市場的手段。創(chuàng)新是產品設計的靈魂。它包括從楚格設計到出口工程師繪圖的整個階段的所有技術創(chuàng)新。它還要求設計意味著更新。三維CAD的出現(xiàn)促進了產品的創(chuàng)新設計。產品設計是一個非常復雜的過程，需要綜合運用設計表達與繪圖、分析仿真、工藝設計與制造等知識。

1.2 對于機械硬脆材料采用激光輔助制造技術

硬脆材料具有優(yōu)異的力學性能、光學性能和化學性能，在航空航天領域具有廣闊的應用前景。然而，采用單點金剛石車削等常規(guī)加工方法，加工難度大，成本高。激光輔助加工使用聚焦激光束加熱工件的局部區(qū)域，并從延展性區(qū)域去除軟化材料，留下高質量和無裂紋表面。在過去的幾十年里，激光輔助加工的研究已經吸引了越來越多的研究人員在學術界和工業(yè)界的興趣。埋弧焊技術也是一種現(xiàn)代機械設計與制造工藝，在施工過程中，具有較高的焊接效率，因此，應用范圍也較為廣泛。通常用于鋼結構機械產品的加工。為了提高埋弧焊工藝的焊接效果，必須根據(jù)施工過程中鋼結構的特點，合理選擇焊絲類型和焊機材料，這些因素將影響最終的焊接質量和焊接效率。在焊接過程中，必須根據(jù)施工要求配置焊絲和焊劑，有效地節(jié)約了生產成本，提高了焊接效率。

單點金剛石車削結合慢速滑動伺服（SSS）和快速滑動伺服（FSS）加工復雜自由曲面是目前公認的最有效的超精密加工方法之一。雖然前角刀具可以增加DBT未變形的臨界切屑厚度，這將有利于在延性模式下的加工，但材料的高硬度所需的大切削力導致了災難性的刀具磨損。磨損的工具也會對表面質量產生不利影響。因此，為了保證均勻的表面質量，金剛石車削只能加工零件的有限孔徑。由于砂輪包含大量的不規(guī)則金剛石磨粒，研磨已成為一種有前途的方法去除塊體材料和獲得光學表面的HBMs。為了消除加工過程中產生的表面裂紋，后續(xù)工序一般采用研磨和拋光的方法。這是昂貴的，在某些情況下，研磨單獨可以占最終產品成本的60%～90%。此外，可行的表面幾何形狀受到車輪尺寸和潛在干擾問題的限制。此外，磨削HBMs容易導致熱損傷的表面層，甚至裂紋的材料由于高溫度梯度。

早期預熱LAM易于集成，將激光器固定在保持裝置上，并根據(jù)預優(yōu)化的參數(shù)調整激光光斑位置。這種LAM總是基于普通車床，與超精密加工相比，具有更大的材料去除規(guī)模。脆性材料易斷裂，未變形的切屑厚度大。激光聚焦光斑與刀具的距離一般在厘米級范圍內。不可避免的能耗和較大的熱影響區(qū)也會導致加工精度差。近年來，通過預熱LAM與超精密車床相結合，巧妙的光學設計和優(yōu)化激光加熱位置，已經有可能獲得理想的加工精度。前LAM的一個共同的局限性是它與切削液的使用不相容，因為切削液會與暴露的激光束相互作用，增加激光光斑位置的不確定性。LAM的加工質量目前已經接近納米級的表面粗糙度和亞微米級的形狀誤差PV。與常規(guī)加工相比，LAM加工具有額外的能量輸入，通過優(yōu)化加工參數(shù)可以獲得更好的表面完整性。影響LAM加工質量的主要因素包括激光特性、加工參數(shù)和材料特性。已加工工件最重要的因素通常是表面粗糙度、殘余應力、亞表面損傷、材料去除率和刀具壽命。此外，相純度和相對結晶度也是晶體材料的關鍵。表面完整性是機械加工質量最典型的特征，對功能零件的性能有著重要的影響。在常規(guī)機械加工過程中，螺紋鋼極易發(fā)生斷裂。超硬材料的使用增加了刀具的災難性磨損，導致加工質量差。然而，LAM技術可以改善表面粗糙度和抑制地下?lián)p傷。刀具壽命是限制常規(guī)加工硬質合金廣泛使用的最重要因素之一。零件的孔徑受刀具磨損的制約。磨損、附著和擴散是硬質合金刀具磨損的主要機制。LAM可以在三個正交方向上降低切削力。較低的切削力可以提高刀具的磨損，延長刀具的使用壽命。但過熱的材料可能會導致由于升高的刀具溫度帶來的災難性的刀具磨損。例如，當LAM工藝中的玻璃溫度超過閾值時，即使切削力在高溫下已經下降，刀具磨損也會增加。

2 以數(shù)控螺旋錐齒輪磨床加工為例的精密加工技術探討

弧齒錐齒輪是機械傳動領域的關鍵零件。齒輪的設計和加工理論是非常復雜的。螺旋錐齒輪加工的最后一道工序是在計算機數(shù)控機床上進行磨齒，磨齒磨床的體積誤差在一定程度上決定了螺旋錐齒輪的加工精度。通過對螺旋錐齒輪齒形誤差的檢測和補償，可以提高螺旋錐齒輪磨床的加工精度。這就是我們要做的。對于檢測加工誤差的方法，檢測空間誤差有兩種方法，即個別誤差檢測和復合誤差檢測。前者是用激光測量儀和電子準直儀檢測各個誤差元件，后者是基于運動模型，用柔性球儀和幾何激光器等計算各個誤差元件。國際標準化組織建議我們檢測數(shù)控機床工作體積的身體對角誤差，以便快速檢測和補償體積誤差，因為它包括軸線平行方向和垂直方向上的所有誤差。

具有代表性的是常規(guī)體對角線法，為了快速評價機床的容積性能和測量體積誤差，ASME B5.54和ISO 230-6標準提出了常規(guī)機身對角線的檢測方法。數(shù)控機床三坐標軸的行程長度可以構成一個長方體，即工作體。由于有四條體對角線，每條體對角線都包含正負方向，因此，需要檢測八條體對角線。在檢測過程中，三個坐標軸同時運動，三個坐標軸的全部誤差都包含在體對角線誤差中，因此，很難將其與體對角線誤差區(qū)分開。與傳統(tǒng)的物體對角線法相比，激光矢量測量法的測量和運動方向可以是不同的方向。為了了解機床的加工精度，必須對加工誤差進行檢測。弧齒錐齒輪的誤差包括切向合成誤差、齒向合成誤差、齒間相交角誤差、積分誤差、積分齒輪相交角誤差、周期誤差、積分齒距誤差、k齒積分節(jié)距誤差、鄰近節(jié)距誤差、齒形相對誤差、齒厚偏差、齒輪副切向積分誤差、齒輪副周期誤差、齒輪齒形、齒輪副間隙、法向側隙、齒輪副間隙變化、齒輪軸間距偏差、齒輪副間角偏差等。

螺旋錐齒輪是機械傳動領域的關鍵零件，在汽車、航空等領域有著廣泛的應用。然而，由于齒輪的齒面結構非常復雜，用普通的齒輪測量儀器很難對其進行定量檢測。在齒輪測量中心上測量螺旋錐齒輪的誤差，是唯一切實可行的方法。原理是：首先，在整個齒面上劃分網格，一般沿齒長方向劃分五條線，沿齒高方向劃分九行。其次，測量網格節(jié)點的坐標。然后，用合適的軟件對它們進行處理，得到網格節(jié)點的法向偏差。最后，得到齒面的幾何參數(shù)。

3 結語

我國機械設計制造技術和精密加工技術的發(fā)展雖然取得了一些成就，但仍處于發(fā)展和探索階段，因此，必須重視機械設計制造技術和精密加工技術的發(fā)展，加強技術創(chuàng)新，提高工藝水平，促進機械制造業(yè)的健康發(fā)展。

參考文獻：

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（作者單位：黑龍江建龍鋼鐵有限公司）