机械设计制造原理与自动化特点研究

刘超逸

（中国特种设备检测研究院，北京 100000）

机械设计制造原理与自动化特点研究

Mechanical design and manufacturing principles and automation characteristics

刘超逸

（中国特种设备检测研究院，北京 100000）

在本文，笔者首先以特种设备为例，介绍机械设计制造的原理，然后再分析机械设计制造的自动化特点，并据此展望机械设计制造自动化的发展方向。

机械设计制造；自动化；发展方向

机械设计制造业是一门传统的基础性行业，对国家经济的发展发挥着重要的作用。但面对工业化进程的加快及工业生产要求的提高，机械设计制造行业急需进行改革，即利用新兴科技来提高机械设计制造行业的自动化水平和服务水平。

1 机械设计制造原理

特种设备的设计制造方法按能量来源、作用形式及加工原理可分为电火花加工、电化学加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、等离子弧加工及超声加工。本文重点讨论特种设备的电火花加工，而电火花加工的机理主要分为以下四个阶段。

1.1 极间介质的电离、击穿

工具电极与工件电极之间存在间隙，因此两者的电路通电时会形成断路，且两者之间分布着一个电场（电场强度E=U/D）和一个电压U。当工具电极与工件电极相互接近、放电间隙逐渐缩小时，电场强度会瞬间增至无限大。当E增至约105 V/mm时，距离两端电极最近的峰点A/B处的电子便会从阴极表面移至阳极表面；电流与电子流在电场作用下分别从阳极移至阴极、从阴极快速朝阳极移动，同时电子与工作液介质发生碰撞，并形成碰撞电离；电子流移动至阳极处时，介质被击穿，并形成放电通道。

1.2 火花放电与电极材料的熔化、气化、热膨胀

当工作液介质被电离、被击穿并形成放电通道之后，正离子与负电子分别从阴极、阳极高速移动，此时反方向的粒子流相互摩擦碰撞，并对阴阳极表面进行轰击，外加功能转换形成大量的热能，从而引起通道中心温度瞬间升高至10 000 ℃。此时，通道温度足以熔化正负极的表面材料，并使工作液介质发生汽化反应。

1.3 电蚀产物的抛出

阴阳极之间的电火花使放电通道瞬时的温度和压力很高，其中压力最高的部位是通道中心，此时汽化后的工作材料与工作液持续向外膨胀，并形成瞬间的内外压力差，而高压处的蒸汽及熔融金属液体瞬时被局部高压微爆炸向四周抛出，注意工作液使多数电蚀产物冷结呈小且细的圆球颗粒（冒烟现象），而未被冷却的部分却被局部微爆炸抛至阴阳极以外（桔红色火花）。

1.4 极间介质的消电离

当脉冲电压降至零点时，脉冲电流也随之降至零点，电极恢复至断路状态，此时脉冲放电结束。当脉冲放电结束时，电极与工件上有凹坑，工作液中有小气泡、炭黑及金属微粒。对此，应在下一脉冲到来之前，完全排出电蚀产物，使剩余带电粒子变回中性粒子，工作液介质消电离，恢复阴阳极之间的绝缘状态。

结合电火花加工机理可知，包括特种设备在内的机械设计制造行业正逐步朝高可靠性、高效率、多功能化及智能化方向发展，因此自动化定将成为机械设计制造行业最为显著的特点。

2 机械设计制造的自动化特点

机械设计制造自动化是指将电子技术及自动化技术应用于机械设计制造中，并使多种技术相互渗透，以优化机械设计制造的自动化过程，从而提高连续自动生产的人性化和智能化。据此定义可知，与传统的机械设计制造相比，现代化的机械设计制造更具优势，而此种优越性直接反应的便是机械设计制造的自动化特点。

（1）传统机械设计制造所用的许多不科学的部件被各种电子元器件所取代，从而使工作的安全性更高、使用寿命更长。

（2）传统的机械设计制造由人负责操作，且操作繁琐、操作难度大，与此相比，现代的机械设计制造仅需输入对应的控制程序，便能实现全程操作。

（3）现代机械设计制造业采用多种高科技相互融合的发展策略，因此既能满足各种场合的应用需要，同时也支持非人工操作，从而使在恶劣环境中工作的安全性更高。

（4）与传统的设备相比，微控制技术、信息处理技术及自动化技术的联合应用使现代机械设计制造机器的自动化与智能化水平更高，同时也能实现更高的准确率和工作效率。

（5）现代的机械设计制造装有配套的控制系统，用来检测操作过程出现的安全隐患，并能对安全隐患进行源头定位，以便技术人员及时做出反应，从而可使机械工作的稳定性和安全性更高。但与此相比，传统机械制造行业的安全性更低，即传统的未装设任何监控和报警系统，也无法及时排除和修复各种隐性故障。

3 机械设计制造自动化的发展方向

综合机械设计制造的自动化特点可知，机械设计制造自动化的发展方向有：机电一体化，此乃机械自动化的延伸和发展；智能化，即以控制理论为基础，吸收计算机科学、人工智能、模糊数学、运筹学等新思想及对人的智能进行模拟，使之具备人所具备的逻辑思维等能力；模块化，即运用标准单元来实现新产品的快速开发和规模化生产；网络化，即网络的普及使各种远程控制技术和检测技术兴起，而远程控制所用的终端设备便为机械自动化产品，同时各种家用电器通过家庭网络连接成计算机集成家电系统，使得各种家庭活动更加便利；微型化，微型机械自动化产品泛指几何尺寸≤1 cm3且逐渐向微米级、纳米级方向发展的产品；绿色化，绿色化的机械自动化产品指的是用时不会造成环境污染，报废时具有回收利用价值的产品；人格化，即机械自动化产品以人为最终使用对象，因此赋予此类产品人性化、情感化、智能化的特点，对提高产品的服务能力非常重要；对生物机理进行模仿。

综上所述，机械设计制造及自动化技术的兴起和运用能有效弥补传统机械行业的不足，即提升机械产品的安全性、稳定性；扩宽产品的应用面；满足不同的市场需求；符合时代发展及人类文明进步的要求。

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大日本印刷公司开发出吸附性低强度高的包装薄膜

新近，大日木印刷公司开发出一种吸附性低强度高的包装薄膜。使用该薄膜可有效抑制吸附药品和化妆品等含有的有效药物成分和香气成分。该包装材料是运用该公司的薄膜制备技术和层压技术制备而成，它具备在控制薄膜吸附性低的同时，薄膜的密封性能还比以往的聚丙烯腈薄膜高2～3倍，具有用途多样化及可以适用于各种包装形态的优点。

（燕丰供稿）

TH16

1009-797X（2016）04-0009-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.005

刘超逸（1987-），男，助理工程师，大学本科，研究方向为机械设计制造自动化类。

2015-12-26