淺析精密機械加工技術趨勢

姚敏

摘要：精密機械加工是一種精細化加工制造工藝，精細化程度代表著一個國家制造業(yè)的發(fā)展水平。精密機械加工是推動機械制造行業(yè)深化發(fā)展的重要條件，對增強國家綜合國力，提升國家國際地位的關鍵支撐，新時代背景下，世界諸國對精密機械加工技術越來越重視，我國機加行業(yè)也要加快轉(zhuǎn)變觀念，大力發(fā)展精密工藝，推進節(jié)能減排，提升資源利用率，并增強機械加工制造后勁。本文首先分析了精密機械加工的種類、技術優(yōu)勢、影響因素，其次探討了精密機械加工技術的未來發(fā)展趨勢，希望能有利于促進我國機加工業(yè)的更好發(fā)展。

Abstract： Precision machining is a kind of fine manufacturing technology， and the degree of refinement represents the development level of a country's manufacturing industry. Precision machining is an important condition to promote the further development of machinery manufacturing industry. It is the key support to enhance the comprehensive national strength and enhance the international status of the country. Under the background of the new era， countries all over the world pay more and more attention to precision machining technology. China's machinery processing industry should also speed up the change of concept， vigorously develop precision technology， promote energy conservation and emission reduction， improve the utilization rate of resources， and increase the utilization rate of resources Strong mechanical processing manufacturing aftereffect. This paper first analyzes the types of precision machining， technical advantages， influencing factors， and then discusses the future development trend of precision machining technology， hoping to promote the better development of China's machining industry.

關鍵詞：精密機械;加工技術;發(fā)展趨勢

Key words： precision machinery;processing technology;development trend

中圖分類號：TH16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2020）23-0118-02

0? 引言

隨著社會的進步，機械工業(yè)技術實現(xiàn)了飛速發(fā)展，尤其是自動化技術的出現(xiàn)和應用，促使工業(yè)生產(chǎn)效率和生產(chǎn)技術精度得到極大提升。當前“中國國家標準認證”（China National Standards，CNS），正逐漸向“計算機/現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)”（Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS）進行轉(zhuǎn)變，為機械加工制造行業(yè)的高層次發(fā)展起到了極好的支撐作用，并受到了世界諸國的普遍關注。發(fā)展精密機械加工技術，既是市場競爭環(huán)境對機加行業(yè)的要求，又是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要保障，已經(jīng)成為一種必然趨勢。筆者分析了精密機械加工的種類，加工工藝和技術優(yōu)勢，以及影響精密加工的主要因素，最后對其發(fā)展趨勢予以探討。

1? 精密機械加工的種類及技術優(yōu)勢

通常而言根據(jù)機械加工的特點和技術原理，可將其分為：復合加工、特種加工、磨料加工以及刀具切削加工幾種。隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，機械加工逐漸向自動化、模塊化方向發(fā)展，精細化加工成為主流，基于零部件適用性和加工成形機理的不同要求，我們可以將精密加工分成：變形加工、結(jié)合加工以及去除加工三種主要形式。[1]其中變形加工是依靠擠壓力、牽引力、離心力等外力作用，以及原材料加工中的分子運動等內(nèi)力作用，促使材料的外形、體量、整體性能發(fā)生改變，常見加工工藝技術有：精密下料、精密鍛造、精密鑄造、精密軋制、冷擠壓和粉末冶金等，其中冷擠壓技術特別適用于對復雜零部件的加工制造，對提升原材料的利用率也有機大意義，利用率可高達90%以上，同時成型零部件的剛度也非常高;結(jié)合加工，是通過物理和化學的方法把其他材質(zhì)附著、注入或焊接到零部件的表面上，是一種組合加工方式，常見類型為焊接、粘黏、電鍍等;去除加工即是分離加工，是對零部件或原材料按成形要求進行切削、打磨、刨除、開鑿打孔、分割等，常見數(shù)控機床全自動機械切鉆加工或工業(yè)機器人激光切鉆加工。精密機械加工對加工設備的要求極高，機床集合了鉆、銑、磨、切、壓花等多種功能，且自動化程度非常高，比常規(guī)機械加工速度要快4～6倍，并且對于人工的需求量較少，可有效節(jié)省生產(chǎn)成本，提升機械加工企業(yè)的經(jīng)濟效益。總之，相比于傳統(tǒng)機械加工工藝，精密機械加工更精細、更優(yōu)質(zhì)、更高效，其技術優(yōu)勢顯著。

2? 精密機械加工的主要影響因素

機械加工產(chǎn)品的質(zhì)量既與加工設備的先進程度、原材料的質(zhì)量、加工技術人員水平等因素的影響又與生產(chǎn)加工的環(huán)境有關。精密機械加工多針對核心零部件，它對加工設備、加工技術、操作人員、作業(yè)環(huán)境以及原材料等的要求更高，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

2.1 原材料質(zhì)量

材料質(zhì)量是保證精密機械加工產(chǎn)品質(zhì)量的基礎，精密機械加工需要選取化學性能好、物理結(jié)構完整、加工性能等符合技術標準的優(yōu)質(zhì)原材料，如果材料的理化性能不達標那么在機械加工中就難以確保其加工精度、產(chǎn)品性能，可能出現(xiàn)質(zhì)量缺陷。

2.2 加工機理

精密機械加工一般有兩種類型，一是在傳統(tǒng)加工工藝上進行改進，優(yōu)化工藝結(jié)構，實現(xiàn)精細化;二是特種機械加工技術。以傳統(tǒng)加工技術為基礎的精密機械加工工藝如：精密砂帶切削、金剛石刀具切削、精密高速切削等，特殊加工技術諸如：激光切削、電子束加工、激光雕刻、電化學加工等。此外，還有超聲波珩磨、磁力拋光、電解研磨等先進工藝。[2]

2.3 質(zhì)量檢測

所有機械加工的零部件都必須要經(jīng)過質(zhì)量檢測，檢測方式包括離線檢測、在線檢測或者在位檢測，檢測技術水平越高，檢測的準確度就越高，對零部件的質(zhì)量控制就越好，其精密度也就更好。

2.4 加工設備

先進的加工設備是保障精密機械加工的重要基礎，對機床的剛度、精密度、穩(wěn)定性、自動化程度等的要求也非常高。常見設備包括金剛石材質(zhì)的砂輪、刀具以及立方氮化硼刀具等。

2.5 操作環(huán)境

精密機械加工對作業(yè)環(huán)境的要求很嚴格，作業(yè)現(xiàn)場的溫濕度、抗震蕩性、清潔度、防電磁干擾性等因素都會影響到加工質(zhì)量，一般精密加工需要在專業(yè)精密加工車間內(nèi)進行。[3]

3? 精密機械加工技術的發(fā)展趨勢

精密機械加工工藝是生產(chǎn)技術發(fā)展的必然產(chǎn)物，也必然隨著科學技術的進步而進步，新時代背景下工業(yè)自動化技術、人工智能技術、納米技術、新能源技術等相繼出現(xiàn)和發(fā)展，為精密機械加工行業(yè)注入了新的活力，其精密程度更高，主要發(fā)展趨勢如下：

3.1 高精度發(fā)展趨勢

隨著工業(yè)市場的不斷繁榮，工業(yè)領域?qū)C械加工產(chǎn)品的質(zhì)量要求更高，其中加工精度是最重要的一個內(nèi)容，因為高精度加工不僅能提升產(chǎn)品性能，還能提高生產(chǎn)效率，更能增強加工企業(yè)的生產(chǎn)能力，獲得更強市場競爭力。[4]一方面，精度趨勢逐步加強，機械制造產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展推進了精密機械加工工藝的進步，精密機械加工精度開始朝著微米級和亞微米級方向發(fā)展，未來發(fā)展將呈現(xiàn)為普通加工——精密加工——超精密加工的過渡模式，其精度也由1μm發(fā)展到0.01μm再到1nm，甚至精確到0.1nm。另一方面，工藝整合度更高，面對當前國際國內(nèi)的激烈競爭環(huán)境，機加工企業(yè)和準備制造企業(yè)越來越重視提升生產(chǎn)效率和增強產(chǎn)品質(zhì)量，在精密機械加工方面于是出現(xiàn)了“以磨代研”甚至“以磨代拋”的現(xiàn)象，使用一臺設備同時完成多種加工（如車削、鉆削、銑削、磨削、光整）的趨勢越來越明顯。

3.2 智能化發(fā)展趨勢

當前大數(shù)據(jù)技術、人工智能技術在工業(yè)領域得到了廣泛應用，將傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝逐步過渡到全自動化和智能化機械加工，進一步優(yōu)化了工藝形式，提高了生產(chǎn)作業(yè)效率。比如智能化數(shù)控機床（CNC）、工業(yè)機器人激光焊接和切割等都是精密機械加工的發(fā)展趨勢。[5]這些精密器件在航天航空制造領域、衛(wèi)星通信領域、航運船舶工業(yè)、醫(yī)療器械、智能汽車制造領域等方面都得到了廣泛應用，并成為了企業(yè)應對國際化市場競爭的核心部分。

3.3 定制化發(fā)展趨勢

根據(jù)《中國制造2025》戰(zhàn)略規(guī)劃，定制化將是未來機械零件加工的發(fā)展趨勢之一，因為隨著2025規(guī)劃目標的有效實施，未來智能機械零件加工的應用將擴大至航空航天、船舶、機器人、軌道交通、電力、新能源、農(nóng)業(yè)等眾多行業(yè)，眾多的領域意味著CNC零件加工需要應對的差異化因素也在增多，對于定制化的發(fā)展要求也就愈發(fā)明顯。[6]同時定制化精密加工也是最大化滿足客戶需求，提升機械加工服務精準性的關鍵內(nèi)容。

3.4 大型化與微型化趨勢

基于某些新興特殊工業(yè)的發(fā)展，精密機械加工為滿足各種生產(chǎn)和零部件裝配的實際需求，呈現(xiàn)大型化精密加工和微型化精密加工同步發(fā)展的趨勢，比如加工航空、航天、宇航等領域的大型光電子器件，就必須要建立大型超精密加工設備，才能加工生產(chǎn)需求;而加工家電產(chǎn)品、微型電子機械、光電信息等領域的微型器件，卻需要使用微型超精密加工平臺。根據(jù)加工需要靈活選用適當?shù)木軝C械加工設備和工藝是確保工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量，最大化滿足時代發(fā)展需求的關鍵。[7]

3.5 綠色化發(fā)展趨勢

傳統(tǒng)粗放型工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展模式，以資源消耗換經(jīng)濟發(fā)展，以環(huán)境破壞求效益，導致生態(tài)環(huán)境問題越來越嚴重，威脅到人與自然的和諧發(fā)展。隨著人類生態(tài)意識的覺醒，開始探索經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)協(xié)調(diào)的互利模式，而以更先進的工藝技術來替代傳統(tǒng)的加工生產(chǎn)方式，實現(xiàn)資源合理、高效利用便是一個最佳途徑，于是“綠色加工制造”理論應運而生。如今，生態(tài)環(huán)保成為一個世界性問題，“綠色制造”“可持續(xù)發(fā)展”是整個工業(yè)領域所要考慮的重心，綠色化機械加工制造將成為未來的發(fā)展大方向。引入最先進的機械加工技術，使用環(huán)保新材料、清潔新能源、加工新技術可進一步降低生產(chǎn)污染，降低資源浪費，實現(xiàn)節(jié)能減排，促進經(jīng)濟與生態(tài)的和諧統(tǒng)一。[8]常見的綠色加工技術和工藝諸如：MQL潤滑的準干式切削技術、離子束鍍膜技術和環(huán)保表面涂裝技術、水噴射加工技術、風冷切削技術等。

4? 結(jié)語

精密機械加工技術是推動機械制造業(yè)深化發(fā)展的源動力，是工業(yè)4.0時代的核心動能，未來精密機械加工技術將朝著高精度、智能化、定制化、綠色化的方向持續(xù)發(fā)展。機械加工制造行業(yè)各經(jīng)濟主體應認清發(fā)展形勢，加快轉(zhuǎn)變經(jīng)營管理觀念，緊跟時代潮流，不斷提升自身的精密機械加工工藝，生產(chǎn)更多高精度的機械零部件，從而獲得更大的市場生產(chǎn)空間。

參考文獻：

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