摘要：在我國社會經(jīng)濟及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展背景下，現(xiàn)代機械制造中對機械設(shè)計的要求越來越高，但實際情況卻是機械設(shè)計加工由于存在加工精度較低、質(zhì)量無法得到保障等問題，嚴重危害相關(guān)行業(yè)的發(fā)展。當(dāng)下在智能技術(shù)、自動化技術(shù)等現(xiàn)代新型技術(shù)的發(fā)展下，現(xiàn)代機械設(shè)計也在不斷提升其設(shè)計水平，使得加工技術(shù)的精密度更高、切割速度更快，從而滿足當(dāng)下的實際需求。本文對現(xiàn)代機械設(shè)計和機械制造相關(guān)技術(shù)進行探討，希望能為機械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供一些參考意見。

　　關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機械設(shè)計;機械制造;加工質(zhì)量;技術(shù)

　　引言：

　　當(dāng)下我國加深了對機械設(shè)計及機械制造技術(shù)的研究，且在研究中取得一定的成功，在實際應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。尤其是在我國社會經(jīng)濟的轉(zhuǎn)型時期，技術(shù)創(chuàng)新成為機械制造行業(yè)關(guān)注的熱點，因此就要對現(xiàn)代機械設(shè)計和機械制造相關(guān)技術(shù)進行深入的研究，不斷為機械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。本文首先對相關(guān)概念及機械設(shè)計加工中存在的問題進行介紹，然后對現(xiàn)代機械設(shè)計和機械制造相關(guān)技術(shù)進行分析，最后提出提升機械設(shè)計加工質(zhì)量的策略。

　　1、現(xiàn)代機械設(shè)計和機械制造概述

　　智能化、自動化是信息時代最大的特征，機械制造及相關(guān)技術(shù)也不斷朝該方向發(fā)展，所以新時期機械產(chǎn)品的最新特征主要體現(xiàn)在智能化、個性化與系統(tǒng)化等特征上。現(xiàn)代信息技術(shù)、科學(xué)技術(shù)是機械產(chǎn)品設(shè)計與制造過程中使用十分廣泛的技術(shù)，且在不斷的實踐過程中，技術(shù)與產(chǎn)品也趨于成熟。雖然我國現(xiàn)階段的研究與發(fā)展取得很大進步，但是相比于發(fā)到國家，依然出現(xiàn)投入與產(chǎn)出不成正比的現(xiàn)狀，也就是在大量的人力、物力的投入下，技術(shù)進步與創(chuàng)新依然不是很理想，且存在較多問題。現(xiàn)代機械設(shè)計和機械制造整體質(zhì)量的提升，是時代發(fā)展的必然要求，也是我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展中必須面的的問題，如何實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，滿足時代發(fā)展需求，也成為人們關(guān)注的焦點。

　　2、機械設(shè)計加工中存在的問題

　　2.1加工精度較低

　　加工精度是對機械加工技術(shù)的基本體現(xiàn)之一，但是我國現(xiàn)階段在機械加工過程中，加工精度較低，且存在近似加工與機器幾何誤差等問題，對加工精度的影響較大。如果加工精度不夠，會導(dǎo)致產(chǎn)品的質(zhì)量受到影響，也會縮短產(chǎn)品的使用壽命。同時產(chǎn)品的質(zhì)量不合格，不僅造成資金與資源的浪費，也會對機械加工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展造成極大阻礙。

　　2.2質(zhì)量無法得到保障

　　在機械加工過程中，不同的零部件需要不同的技術(shù)進行切割或者打磨作業(yè)，如果機械加工技術(shù)或者加工過程中存在不合理的情況，會造成產(chǎn)品質(zhì)量不達標的問題。金屬是機械加工中的主要材料，如果機械加工技術(shù)不符合標準，很容易在切割過程中出現(xiàn)斷裂與破損等情況。塑料也在機械加工中十分常見，當(dāng)為塑料加工時會在切割過程中出現(xiàn)變形等問題[1]。

　　2.3產(chǎn)品的性價比較低

　　性價比是判斷一個機械產(chǎn)品的重要指標，尤其是在機械加設(shè)計過程中，具有加強的專業(yè)性，對機械加工設(shè)計工藝的要求較高，如果使用傳統(tǒng)的加工工藝，會對零部件的質(zhì)量造成極大影響的，且生產(chǎn)的產(chǎn)品在市場競爭中處于下風(fēng)，對企業(yè)的經(jīng)濟效益造成極大影響。

　　3、現(xiàn)代機械設(shè)計和機械制造相關(guān)技術(shù)

　　3.1精密與超精密加工技術(shù)

　　社會經(jīng)濟的快速發(fā)展對現(xiàn)代機械制造的要求越來越高，新工藝在不斷出現(xiàn)，精密加工及超精密加工技術(shù)得以出現(xiàn)。第一，精密加工技術(shù)。現(xiàn)代機械加工過程中，精密切削技術(shù)的應(yīng)用，精準度較高，且可以直接使用切削的方式進行操作[2]。在具體操作過程中，如果需要精準度更高，或者對表面粗糙度的要求更高，一定要排除外界的干擾，比如刀具與機床的干擾。所以機床的選擇要以剛度高、熱變形小等綜合性能良好的產(chǎn)品。精密切削加工的切削過程一定要科學(xué)合理：

　　第二，超精密加工技術(shù)。在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展下，超精密加工技術(shù)得以快速進步，尤其是美國2004年發(fā)射了引力探測器，核心部件石英轉(zhuǎn)子的真球度達到了7.6nm，這也是超精密加工技術(shù)的極限。超精密加工技術(shù)對零部件的要求極為苛刻，加工零件的尺寸精度、表面粗糙度Ra、所用機床定位精度的分辨率和重復(fù)性要分別控制在0.1μm以上、0.025μm以下、0.01μm以上。微細加工、光整加工等都是超精密加工技術(shù)。超精密磨削過程中，要求尺寸精度、表面粗糙度Ra分別控制在0.1~0.3μm與0.2~0.05μm。珩磨過程中，加工后的表面粗糙度可以達到0.025μm[3]。

　　慧士通(上海)機械電子有限公司開發(fā)了一款豪華的以鋁件為主的殘疾人椅子，這個產(chǎn)品有100多個子件，涵蓋了壓鑄、注塑、沖壓、精密鑄造、車加工、CNC加工等多種加工工藝，此項目開發(fā)了大概參與1.5年，這其中通過反復(fù)的工藝試驗，最終還是克服困難得到客人的認可，順利量產(chǎn)，每年大概1.5萬臺。在其中加工工藝中就通過精密及超精密加工的應(yīng)用，使得產(chǎn)品質(zhì)量較高，且得到客戶的認可

　　[4]。

　　3.2現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)

　　現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)具有加工性能良好、效率高及效能良好等特點，在實際應(yīng)用中具有良好的性價比。現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)可以對大型船用螺旋槳葉片、風(fēng)電齒輪箱等進行加工處理，通過重載大扭矩加工機床的應(yīng)用，加工效率得到明顯提升。在航天等相關(guān)設(shè)備的零件加工中，該技術(shù)也能發(fā)揮其良好的效果。應(yīng)用過程中，可以達到主軸轉(zhuǎn)速、切削速度、金屬去除率與主軸功率分別為40000轉(zhuǎn)/min、2000～5000m/min、30～40kg/h、30～80kW，從而提升加工效率[5]。

　　例如，在慧士通(上海)機械電子有限公司的芬蘭鎖具研發(fā)項目中，根據(jù)客戶給出的成品裝配圖，進行分解子零件，并且分析每個子零件應(yīng)該采用的加工工藝。該鎖具來自芬蘭的客戶，對質(zhì)量要求極高，而且外觀不允許出現(xiàn)任何問題。本項目子零件的生產(chǎn)工藝包含了精密鑄造、數(shù)控機床加工以及拉絲和激光刻印工藝。本項目中難點在于，我們第一次涉足到精密鑄造工藝，我們團隊成員通過不斷的學(xué)習(xí)和研究，最終掌握了不同鑄造工藝所能達到的精度，最終選擇了蠟?zāi)＞�密鑄造，不僅此工藝相對成熟，而且可以準確制作出我們所需要的復(fù)雜形狀。

　　3.3高速切割技術(shù)

　　在歐美等發(fā)達國家高速切削技術(shù)的應(yīng)用十分普遍，并且在切削技術(shù)中是使用最為普遍的一種。高速切割技術(shù)在實際應(yīng)用中具有加工精度高、不易變形、加工速率高等特點[6]。高速切削加工中，主軸的轉(zhuǎn)速一般較高，且都在10000轉(zhuǎn)/min以上。例如在表殼模具的加工過程中，轉(zhuǎn)速較高，且達到了40000轉(zhuǎn)/min。在復(fù)雜曲面模具的加工中，在高速銑削加工的應(yīng)用下，可以高效完成加工，在模具加工中，需要應(yīng)用到的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度分別為9000轉(zhuǎn)/min與5000mm/min，加工后表面質(zhì)量為0.01，人工操作的時間可以有效減少40%[7]。

　　在高速切割技術(shù)中，激光切割技術(shù)也是當(dāng)下使用較為廣泛，且應(yīng)用效果較好的技術(shù)。光纖激光切割機在加工過程中，采用CO2激光器為焊接設(shè)備，可以對20mm以內(nèi)的碳鋼進行穩(wěn)定切割，也可以對10mm以內(nèi)的不銹鋼及8mm以內(nèi)的鋁合金進行穩(wěn)定的切割。在光纖傳輸?shù)膽?yīng)用下，激光切割技術(shù)的柔性化程度較強，且可以對1mm左右的薄板進行加工。光纖激光配合同樣柔性化的機器人系統(tǒng)，在實際應(yīng)用中成本較低，且發(fā)生故障的概率較低，在后期的維護過程中十分方便。

　　3.4CAD/CAM機械制造技術(shù)

　　CAD是計算機輔助設(shè)計，CAM是計算機輔助制造，可以看出計算機是CAD/CAM機械制造技術(shù)的核心要素。在CAD技術(shù)的應(yīng)用下，可以設(shè)計出符合CAM加工的零部件模型，通過對象參數(shù)的精確與優(yōu)化，構(gòu)建起三維立體模型，對CAM加工需要的精細化要求進行滿足。在機械制造過程中，CAM機械制造技術(shù)可以通過計算機進行游俠的控制。CAM的應(yīng)用，可以為機械加工提供交互式編程，產(chǎn)生加工軌跡。具體應(yīng)用中可以對刀具進行設(shè)定，對加工的工藝參數(shù)進行設(shè)定等。

　　CAM軟件在實際應(yīng)用中具有良好的效果，主要是由于第一，刀具的路徑可以是二維的也可以是三維的，這樣就能滿足不同的需求;第二，可以對刀具路徑進行修改，提升刀具使用的靈活性;第三，系統(tǒng)可以對轉(zhuǎn)速進行自動調(diào)整;第四，可以對加工過程及時間進行估算，并模擬加工過程。

　　例如，在給客戶設(shè)計及制作氣體燃燒噴嘴裝置的項目開發(fā)過程中，材料全部采用不銹鋼，共完成8種設(shè)計，整個項目的設(shè)計、材料采購、工藝編制、零部件的跟蹤制作、表面處理、裝配及設(shè)計包裝等工作都有較高的要求，尤其是在工藝編制、部件的跟蹤制作、表面處理過程中，需要借助CAD/CAM機械制造技術(shù)，合理設(shè)置設(shè)計及加工過程中的相關(guān)參數(shù)，確保加工的順利進行。

　　3.5微細納米整合技術(shù)

　　在制造業(yè)的快速發(fā)展過程中，對加工精度的要求在不斷提升，所以就要積極研究并使用微細納米整合技術(shù)。該技術(shù)是建立在先進切割技術(shù)上的，人可以在實際應(yīng)用中，且在計算機的幫助下，可以對細小的零部件進行切割，尤其是在微型芯片的應(yīng)用中，該技術(shù)具有良好的應(yīng)用效果。由于微型芯片的進度要求較高，且直徑一般在0.01mm~0.02mm之間，所以要合理使用微細納米整合技術(shù)，才能滿足微型芯片的加工要求。未來要加強對該技術(shù)的研究與應(yīng)用，不斷滿足機械加工的實際需求。

　　4、提升機械設(shè)計加工質(zhì)量的策略

　　4.1合理選擇原材料

　　在現(xiàn)代機械加工中，加工的零部件一般都為金屬，金屬的硬度較高，切割難度大，所以在切割設(shè)備及零件的材料選擇上一定要合理。在材料的選擇上，可以針對具體加工的零部件，或者行業(yè)需求，選擇合適的材料，為加工設(shè)備或者加工零部件的交工提供保障。

　　4.2標準化、規(guī)范化設(shè)計加工

　　由于在機械加工過程中會存在一些誤差，這些誤差主要是由于工作人員的操作不合理、參數(shù)的設(shè)置不合理、未能按照相關(guān)的規(guī)范要求進行操作等造成的，所以在設(shè)計加工過程中，在控制誤差過程中，要規(guī)范化、標準化設(shè)計加工。首先要制定相關(guān)的標準，對設(shè)計加工的參數(shù)進行合理設(shè)置，確保參數(shù)的優(yōu)化設(shè)置;其次要對操作人員的行為進行規(guī)劃，保證操作人員可以按照相關(guān)的要求展開設(shè)計與加工工作;要在加工前對設(shè)備、技術(shù)等進行校驗，確保符合加工要求。現(xiàn)代機械設(shè)計及機械加工，對細節(jié)與質(zhì)量的要求較高，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，降低加工成本，提升加工效率，就要標準化、規(guī)范化設(shè)計加工，體現(xiàn)設(shè)計加工的“工匠精神”，滿足產(chǎn)品的設(shè)計及加工要求。同時也能讓我機械設(shè)計加工可以不斷與國際接軌，提升我國的綜合競爭力。

　　4.3選擇合適的工具與潤滑劑

　　針對具體的零部件要求，選擇合適的加工工具，保證加工的質(zhì)量。同時也要注重對切削液的選擇，在加工過程中，切削液會自動加入到工件與車刀之間，其主要目的是將加工過程中產(chǎn)生的高溫?zé)崃窟M行帶走，并且還可以沖走切屑。在切削液的選擇上要遵循低污染或者無污染、低成本的原則。同時在潤滑劑的選擇上也要科學(xué)合理，首先要查找機器上的潤滑油推薦銘牌，其次要按照說明書選擇推薦的或者合適的潤滑油。

　　結(jié)束語

　　當(dāng)下我國社會經(jīng)濟取得快速發(fā)展，機械設(shè)計及機械加工取得快速發(fā)展，在促進相關(guān)行業(yè)發(fā)展，提升人們生活質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。但是我國機械設(shè)計及機械加工依然存在一些不足，使得機械加工行業(yè)的發(fā)展并不理想。所以要積極使用先進技術(shù)，比如精密與超精密加工技術(shù)、現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)等，然后在機械設(shè)計及機械加工過程中要合理提升產(chǎn)品質(zhì)量，確保新技術(shù)的效能得以發(fā)揮。最后，也希望在未來我國要不斷探索機械設(shè)計及機械加工技術(shù)，為機械加工行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。

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　　作者：孫志興

　　相關(guān)機械論文投稿刊物：制造技術(shù)與機床(月刊)創(chuàng)刊于1951年，由中國機械工程學(xué)會和北京機床研究所主辦，是機床及機械制造領(lǐng)域?qū)�業(yè)技術(shù)期刊。