现代机械制造工艺与精密加工技术解析

肖 垦

（南京理工大学紫金学院，江苏 南京 210046）

人们的需求促使社会向自动化、高效化发展，科技研究逐步向微观迈进。现代机械制造工艺与精密加工技术是现代社会设备制造与生产的主要手段，加强机械制造工艺与精密加工技术的解析可以明确现代化工艺的优化措施与改进方向，促进我国全面现代化事业的快速发展。

1 现代机械制造工艺

1.1 现代机械制造工艺的特点

（1）系统化。系统化是现代机械制造工艺与传统制造方式最主要的区别。现代机械制造工艺更加注重机械制造与生产、管理之间的关联，充分考虑使用需求，具有更加鲜明的目标导向性。

（2）市场化。现代机械制造工艺形成的最初目的在于满足市场对于生产力的需求，所以现代工艺具有十分鲜明的市场导向。市场的发展决定了现代机械制造工艺的研究深度，市场的选择决定了现代机械制造工艺的发展方向[1]。

（3）稳定性。稳定性主要指产品质量的稳定性。技术的发展对零件精度的要求越来越高，现代机械制造相对于传统制造技术拥有更高的精度，产品零件的质量得到更好的保证。

（4）高效性。高效性是现代机械制造工艺最本质的特点。相比于传统制造工艺，现代工艺采用大量的信息技术代替人力劳动，为产品短时间、大规模生产提供了可能，极大提升了零件的生产效率，降低了机械制造中的人力成本。

（5）发展性。现代机械制造工艺以服务市场需求为第一目的，会随市场变动而不断自我改进，导致现代制造工艺具有持续发展的特点。

1.2 现代机械制造工艺的发展趋势

（1）绿色化。可持续发展是现今社会发展的主题，是各行业发展的主导目标，绿色化是现代机械制造工艺的主要方向。机械制造工艺的绿色化发展主要体现在两个方面：①低能耗。我国现阶段机械制造原材料仍以金属为主，且主要制造方式为模型浇筑，导致机械制造产业被列为高能耗产业，降低生产过程中的资源消耗为行业绿色化发展的主要方向。研究人员可从生产流程入手，减少其中的能源散失，进而降低生产过程中的能源投入，使行业资源使用更加高效化。②低污染。生产废弃物为产业污染的主要来源。研究人员要积极改进制造工艺，减少生产废弃物的数量，提升废弃物的环境指标。同时，加强排放物净化技术的研究，增强制造业的环境友好性。

（2）数字化。数字化是机械制造工艺进步的主要途径。现代机械制造工艺与数字技术的综合运用已取得了不错的效果。如利用遥感技术与自动化信息处理技术实现了机械制造的全时间、全范围的监控，极大提升了现代机械制造工艺的安全性与工作效率。但我国现代机械制造工艺的数字技术运用仍有很大的发展空间，如加强数字技术在模具生产过程中的运用，充分考虑浇筑过程中液体凝固时的变化，优化模具细节，提升零件的精度；如强化数字技术在生产管理中的运用，提升信息采集与处理的自动化程度，使管理系统可以自动解决生产过程中的非硬件故障，提升制造行业的人员使用效率[2]。

（3）精细化。社会与科技的发展对于机械制造行业提出了更高的要求，航空航天、电子元件及现代机械制造等许多行业更加注重零件的精度，产品的高标准化与产业的精细化是现代机械制造工艺优化的主要方向。现阶段我国零件生产误差已控制在10nm以内，但相关人员仍需继续努力，进一步控制机械制造的误差，为科技进步提供更多可能性。

2 精密加工技术

精密加工技术产生于美国，最初目的是满足航天航空与军工生产的零部件精度要求，但现阶段精密加工的服务对象变得更加广泛，如电子元件制造、自动化产业等，尤其在日本，精密加工的主要服务对象为民用产品。精密加工已逐步成为民众日常生活中必备的技术供给。

精密加工的界定标准会随技术的进步而不断提升，基本控制在普通工厂加工误差的0.1倍以上。如现阶段精密加工的误差范围为0.1μm~1μm，同时表面粗糙度控制在0.1μm以下。对表面粗糙度提出要求主要原因为，元件的表面光滑程度会直接影响元件的应力、硬度等物理性质。

精密加工技术从加工目标的角度可分为去除加工、结合加工与变形加工。

2.1 去除加工

去除加工指采用多种手法使原料上的部分结构于原料分离的过程。去除加工是精细加工中最为基础的手段，也是其中最为常见的加工方法。常见的手段有磨蚀、切割与化学加工。

砂带磨削是常见的磨蚀精细加工方法，主要操作方法为在纺布的一面粘贴磨料，通过反复摩擦的方法去除原材料的多余部分，使元件的体积符合要求。砂带磨削加工速率较高，产品表面粗糙度控制较好，可以应用于多数产品精细加工。砂带磨削在国外发展较好，有为电子产业、军工产业等开发的特殊砂带，也有适应多种工作环境的普适性砂带。同时，国外砂带磨削技术已基本实现全面自动化。但国内砂带的种类与质量都亟需开发，自动化进程较为缓慢。

精密研磨与物理抛光也是常见的磨蚀精细加工方法。这些方法的主要优势为产品的表面质量很高，常被运用于元件平面、齿轮齿面的加工。主要工作原理为通过磨料对元件表面的摩擦增加表面质量。精密研磨对加工环境要求较为严格，一旦有异物混入将会对元件造成不可逆转的伤害。同时精细研磨速率较低，只在部分高精度要求的元件上应用。物理抛光与精细研磨原理相同，但抛光进程中可采用不同的方法，使精细加工针对性更强。如超声波抛光运动方式较为简单，制作过程中可采用质地较软的磨蚀工具，在硬脆材料加工方面有较好的表现。

精密切削是常用的切割加工手段。精密切削主要应用于软金属加工。我国常用金刚石作为切削工具的制作材料，且我国在金刚石的使用与改良方面处于世界领先地位。

化学抛光是常见的化学加工手段。主要通过如硝酸等腐蚀性化学药品的使用，去除元件表面突出部分，增强元件的表面质量。化学抛光常用于金属元件加工，且加工速率较快，精度较高，对加工元件的物理性质无要求，是良好的表面质量强化手段。但加工过程中使用的药品对人体伤害较大，要注重生产安全。同时剩余药品要妥善处理，避免造成环境污染。

2.2 结合加工

结合加工指依据生产的需求，采用合适的手段进行多种材料组合。结合加工的主要形式有附着、注入与连接。附着的常见手段为镀，指在元件表面附着其他物质，对元件的物理性质进行改变，属于浅层次的结合加工手段。注入是指通过在材料的表层结构内加入某种物质或者元素，改变元件如应力等物理性质与表层部分化学性质，属于深层次的结合加工手段[3]。连接是结合加工中最为常见的方法，指通过合理的手段将不同元件结合，进而完成机械设备的制造。如焊接或使用化学制剂局部融化后连接定型。

2.3 变形加工

变形加工指利用某种手段使原材料产生形变，使其形状、大小等物理性质等更加符合生产需求。如针对塑性较强材料的外力延展，或金属材料高温状态下的拉伸。

2.4 精密测量

精密测量技术是是精密加工技术的前提与质量保障。社会的发展使机械制造向精细化发展，且发展趋势愈加迅猛。为满足机械制造的需要，精密测量技术逐步向微观方向进展，且测量误差已由微米级逐步转向纳米级。现阶段的精密测量技术早已脱离了单纯的物理形式，是一门集光学、电子、传感、图像处理与数字信息处理等于一体的综合性学科。

（1）X射线干涉技术。X射线干涉技术是现今较为常用的精密测量技术，可以识 别的最小误差范围在纳米级，且尚有一定的发展空间。由于X射线波长比可见光小2个单位，且单晶体晶面最小间距为10nm，理论上上X射线干涉技术的测量上限为0.01nm。

（2）双频激光干涉仪。双频激光干涉仪因其测量范围较大，在生产中运用较为广泛。但由于光的折射率受温度、湿度、空气成分变化等多种因素的影响，现阶段双频激光干涉仪的测量精度波动范围较大，仍需改善与优化。

3 结语

现代机械制造工艺与精密加工技术是社会与科技快速发展的重要保障，对其进行系统的总结与整理有利于发现其中存在的问题与缺陷，为工艺优化指明了方向，对我国生产技术的提升与科学技术的进步有重大意义。