现代机械制造工艺及精密加工技术研究

王国伟

（沈阳理工大学工程实践中心，沈阳 110159）

随着科技的发展与进步，我国已经成为工业化制造业大国。近年来，我国在现代机械制造技术和精密加工技术方面取得了很大进步，制造业规模位居世界第四，仅略逊于美国、德国和日本。目前，我国与其他发达国家的制造业尤其是高精密加工方面尚存在较大差距。虽然我国每年出口大量机械制造产品，但往往是低技术含量、低成本的产品，仍需要从国外进口大量技术含量高、成本高的产品。虽然我国已经发展了一些先进的精密加工技术和设备，但现有的技术和设备还不足以支持先进的技术生产。因此，我国每年需要进口大量无法国产的精密数控机床和仪器。此外，我国无法购买一些急需的重要高精度机床和仪器，必须发展自己的现代制造工艺和精密加工技术，投入足够的精力，提升我国制造业水平，使我国成为真正的发展强国[1-3]。

1 研究背景和研究现状

现代机械制造技术在20世纪80年代提出，已有半个多世纪的工作基础。它源于手工制造技术，后来随着技术的发展逐渐通过机械制造代替手工制造，不仅提高了产品生产效率，而且提高了产品生产质量，减轻了劳动力的体力负荷。迄今为止，先进的机械制造工艺将电子、信息、机械、材料以及能源等方面的技术结合并集成，以满足预期的功能需求。

1.1 现代机械制造工艺发展史

工业发展前，人们使用最原始的纯手工制造，效率低，人力成本高，需要大量劳动力。在缓慢的发展过程中，为了追求高效生产，流水线制造逐渐出现在制造过程中，可以实现大规模生产，加快产品生产，减少工作量，但仍需要大量工作。随着科技的发展与进步，智能制造逐渐取代体力劳动，同时产品的制造水平逐步提高，大大保证了产品质量，但生产手段变得越来越复杂。随着计算机科学的发展，机器制造变得更加智能化，生产模式得到了极大优化，使得机器由计算机设备控制进行制造。机械制造技术的发展离不开前人对现有技术的不断研究。机械制造工艺发展到现阶段，通过各种高科技技术的集成和计算机的完全智能化大大减少了劳动力[4]。

1.2 精密加工技术发展现状

20世纪80年代中期，我国研发了世界一流的精密机床及其零部件，大大提高了制造水平。我国大力发展精密加工技术，极大地提高了我国的尖端技术和国防水平。进入21世纪，精密加工技术被广泛应用于航空航天、电子信息等领域。随着各行业的不断发展，人们对各种高精度部件的要求越来越高，推动了精密加工技术的发展。目前，我国开发了更多的精密机床、加工设备和零件，不断发展新型精密机械加工技术。

1.3 现代化机械制造技术与精密加工技术的联系与特点

现代化机械制造技术具有广泛含义，不仅包括传统机械加工技术的创新创造，也包含现代化数控精密加工技术，其中精密加工技术已经逐渐成为机械加工的一种新兴方向。对于现代化机械加工流程而言，每一个环节都至关重要，一旦某一环节出现问题，会对机械加工的成品造成连锁影响。精密加工制造与现代化的机械制造工艺技术息息相关，涉及数控技术、尺寸识别与检测、自动化控制等多个学科内容。因此，精密加工制造技术作为现代化机械制造加工工艺的重要内容，需要不断开发高新技术，实现现代机械制造工艺和精密加工技术的全球化[5]。

2 精密加工技术研究方法

2.1 对精密加工技术的理解

细微加工制造、超细微加工制造与精加工技术共同组成精密加工制造技术，功能与特点如表1所示。

表1 机械制造工艺和精密加工技术分类表

2.2 现代机械制造工艺和精密加工技术分析

现代化机械加工制造工艺有多种技术方向分支。目前，最常见的技术工艺有气体保护焊接工艺、搅拌摩擦焊接工艺、电阻焊接工艺、埋弧焊接工艺以及螺柱焊接工艺等。

2.2.1 气体保护焊工艺

气体保护焊技术使用电弧焊零件。气体可以在零件表面形成气层，对零件起到很好的保护作用。焊接过程中，经常使用二氧化碳作为气层。二氧化碳不仅容易获得，成本低，而且对零件有较好的保护作用，可以提高焊接质量，有效提高生产的经济效益，保证产品的生产质量。二氧化碳气体保护焊技术主要使用二氧化碳和焊丝。气体保护焊作为领先的机械生产工艺之一，广泛应用于化工、交通等诸多领域[6]。

2.2.2 摩擦焊工艺

摩擦焊接技术广泛应用于飞机、铁路、车辆等制造业。随着技术的发展与各学科之间的交叉应用，摩擦焊技术广泛应用于各行各业。目前，摩擦焊接技术在我国已具有一定的水平。焊接铝合金时，可直接焊接800 m。摩擦焊的焊接温度相比其他焊接方式而言较低，具有低能耗和高安全性的特点。摩擦焊工艺工厂实操，如图1所示。

图1 摩擦焊工艺工厂实操图

2.2.3 电阻焊工艺

电阻焊工艺通过强电流焊接物体表面，利用焊接物体表面的电阻产生巨大热量焊接物体，主要实施方法为对目标焊接物体的两端通电，通过焊接极产生的强大电流，在电流通过附近产生热阻效应，促进其与金属结合。电弧焊具有焊接效率较高、资源消耗少、焊接质量较高等优势，广泛应用于家电设备加工、汽车重要零部件制造以及航天设备制造等方面。

2.2.4 埋弧焊工艺

埋弧焊工艺可以分为全自动埋弧焊和半自动埋弧焊工艺，主要在流动层下焊接电弧。全自动埋弧焊技术主要应用于通过专用小车输送焊丝与电弧的焊接流程，而半自动埋弧焊技术的焊丝与电弧需要人工运输，因此半自动埋弧焊在埋弧焊发展过程中逐渐没落。在选择埋弧焊焊接工艺时，应该考虑流量选择、冶金性能、电流类型与等级等重要技术指标。埋弧焊工艺焊接成品，如图2所示。

图2 埋弧焊工艺焊接成品图

2.3 精密加工技术

2.3.1 研磨工艺

研磨技术是指对产品表面进行研磨和抛光，以降低产品表面粗糙度，达到预期标准的技术。传统的研磨技术仅适用于一些普通产品。随着工业技术的不断发展，传统的磨削技术已经不能满足市场需求。为了适应市场，将精密加工技术应用于磨削技术，改善了传统磨削技术的缺点。磨削技术中采用磁悬浮技术，可使磨削更加精确，减少了磨削过程中对零件的损坏，延长了产品的使用寿命[7]。

2.3.2 微机械技术

微机械技术是指利用半导体技术在微米领域设计和制造三维机械系统和微米级机械部件。机械化生产过程不仅需要生产材料，还需要严格控制加工和包装。微处理技术采用先进的控制技术，确保产品质量。与传统的机械制造技术相比，微加工技术是一种操作方便、精度高的新型控制技术。由于微型机械产生的产品信息规模小、数量大，已被广泛应用于各个行业。许多大型工业对许多零件都有很高要求，只有微机械技术才能满足其精度要求。

2.3.3 切割技术

切割技术是指直接利用切割获得高精度产品。因此，通过切割获得的产品可能有更高的要求。然而，通过切削技术来保证工件表面的高尺寸精度与几何精度的前提是去除工件、刀具和机床相关的尺寸影响。

3 现代机械制造工艺及精密加工技术研究的意义

3.1 研究实现现代机械制造工艺和精密加工技术的重要性

随着科学技术的不断发展进步，机械制造行业面临着巨大转型。各国在大力发展制造业，在精密和超精密加工技术领域存在极其激烈的竞争。与发达国家相比，我国的精密和超精密加工技术较落后，大量精密产品仍需进口。精密和超精密加工目前包括超精密切割、精密磨削和超精密加工3个领域。超精密切割可以加工各种镜子，成功解决了激光反射镜、高精度陀螺仪和一些大型反射镜的加工问题。精密磨削和超精密加工，如高精度硬盘表面和大规模集成电路基板加工。

3.2 现代机械制造工艺和精密加工技术的发展前景

机械制造业在国民工业中占有重要地位，是一个国家的支柱产业，对国民经济的发展具有重要作用。在长期的经济建设中，我国机械制造业取得了显著成绩，但也暴露出一些问题。

对于任何一个国家来说，机械制造业水平对其经济建设具有重大影响。机械制造业水平在一定程度上可以反映国家经济建设的整体水平。因此，机械制造业不仅是国家发展的重要保障，也是衡量国家建设水平的重要标准之一。

从我国目前的机械加工制造发展现状来看，精密加工制造技术主要朝着高精度、大型化、精细化方向发展，同时包括检测与加工一体化方向、多功能模块化精密机械加工制造方向、加工材料、原理探索等发展方向。首先，高精度开发。从目前的亚微米级到纳米级，最终实现“移动原子”的目标，实现了原子级加工。其次，向大型化方向发展。针对开发各种大型超精密加工设备，以满足航空航天、通信以及军事等领域的需要。最后，向小型化方向发展，以满足微型计算机和集成电路快速发展的需要。

随着超精密结构、多功能、光电机电一体化、检测处理与集成的发展，先进的检测与监控技术被广泛应用于误差补偿，不断提出新工艺和复合加工技术，以扩大加工材料的范围。

超精密加工技术的主要研究方法是高精度加工机理设计与研究，其中又细分为细微加工原理研究和微观表面完整性研究。超精密加工设备的研究对超精密加工制造行业的发展具有重大影响，其中包括纳米级精密车床工程研究、相关车床的轴系配合、直线导轨与滑动机构的选择、伺服数控系统的控制与调配以及微小位移控制等多个方向。对于高精度机床的装配与生产技术研究，主要体现在高精度车床的加工方法、磨料与铣削技术上，不仅可以加强金刚石刀具的加工硬度，而且有助于创新微型精钢石砂轮粉磨与修整技术。

4 结语

科技的不断发展、基础理论的研究与相关研究设备的不断出现，对科技革新产生了重大影响。本文主要研究现代化机械加工制造技术与精密加工制造技术的联系与特点，根据现代化机械加工制造工艺的发展现状，对未来现代化机械加工方向中的超精密机械加工制造进行进一步展望与思考。工业创新和现代技术是现代机械制造技术的重中之重，是国民经济的重要组成部分，也是反映国家科技发展水平的重要指标，在国民经济中发挥着重要作用。我国作为制造业与工业大国，加工制造技术的发展与提升对国家整体水平的提高至关重要。因此，必须了解当前机械加工制造技术的现状，合理估测未来的发展趋势，不断发展我国的现代机械加工制造工艺技术，从而提高我国生产制造的工艺水平。