機(jī)械制造加工工藝的運(yùn)用

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本文作者：胡明祥 單位：鄂州職業(yè)大學(xué)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械制造技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)中的地位越來(lái)超重要。機(jī)械制造工藝及工裝是機(jī)械制造技術(shù)的重要內(nèi)容。機(jī)械制造的過(guò)程是將原材料經(jīng)過(guò)工藝系統(tǒng)的各種加工變成機(jī)械產(chǎn)品的過(guò)程。機(jī)械制造工藝及工裝課程就是以制造過(guò)程為主線，包括零件機(jī)械加工工藝、機(jī)床夾具設(shè)計(jì)及裝配工藝等，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)提供冶金機(jī)械、礦山及工程機(jī)械、石油化工機(jī)械、各類運(yùn)輸機(jī)械、機(jī)床工具及儀器儀表、紡織及包裝輕工機(jī)械、農(nóng)牧業(yè)加工機(jī)械等，為人民提供的耐用消費(fèi)品，如洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)、縫紉機(jī)、轎車等。從其應(yīng)用的廣泛性可見(jiàn)，不論傳統(tǒng)還是新興產(chǎn)業(yè)都離不開(kāi)各種各樣的機(jī)械裝備。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的努力，尤其是改革開(kāi)放以來(lái)，通過(guò)引進(jìn)吸收與自主開(kāi)發(fā)，我國(guó)的機(jī)械工業(yè)已經(jīng)基本形成門(mén)類齊全、具有相當(dāng)規(guī)模及技術(shù)開(kāi)發(fā)能力的支柱產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)業(yè)的結(jié)構(gòu)正向著臺(tái)理化方向發(fā)展，先進(jìn)的制造技術(shù)不斷在生產(chǎn)中應(yīng)用推廣，機(jī)電及相關(guān)高效技術(shù)產(chǎn)品生產(chǎn)基地正在逐步形成。大型成套設(shè)備的裝備能力提高了，如我國(guó)已能自行設(shè)計(jì)制造60萬(wàn)kw火力發(fā)電機(jī)組、70萬(wàn)kw水力發(fā)電機(jī)組、500萬(wàn)t的大型鋼鐵成套設(shè)備等。通過(guò)引進(jìn)技術(shù)的消化吸收，一批先進(jìn)的高精密制造技術(shù)也在我國(guó)生產(chǎn)中應(yīng)用和普及。

一、當(dāng)前我國(guó)機(jī)械制造加工發(fā)展情況

進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)己基本建立社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)體制。全球性的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)重新組合和國(guó)際分工不斷深化，科學(xué)技術(shù)在突飛猛進(jìn)地發(fā)展，各國(guó)都把提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)能力及發(fā)展高新技術(shù)，搶占未來(lái)經(jīng)濟(jì)的制高點(diǎn)，作為科技工作的主攻方向。在機(jī)械制造技術(shù)方面我國(guó)與世界各國(guó)的聯(lián)系日益緊密，中國(guó)市場(chǎng)與國(guó)際市場(chǎng)進(jìn)一步接軌，面對(duì)國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)企業(yè)對(duì)技術(shù)的需求更加迫切和強(qiáng)烈。新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)水平提高了大批重點(diǎn)骨干企業(yè)在關(guān)鍵工序增加了先進(jìn)、精密、高效的關(guān)鍵設(shè)備，從而進(jìn)入到高技術(shù)開(kāi)發(fā)企業(yè)行業(yè)研制出如超重型數(shù)控龍門(mén)銑、高精度五軸數(shù)控鏜銑床、sx—T大規(guī)模集成電路光柵數(shù)顯儀、大噸位超重水壓機(jī)等;制造技術(shù)水平不斷提高，船泊制造精度可達(dá)5微米，高精度外圓磨達(dá)o．25微米、粗糙度達(dá)0．08微米，精密及超精密加工精度已達(dá)到亞微米級(jí)和亞納米級(jí)，已形成完整的先進(jìn)數(shù)控機(jī)床、新型刀具開(kāi)發(fā)的制造體系。

二、現(xiàn)代機(jī)械的先進(jìn)加工工藝與制造技術(shù)的應(yīng)用

進(jìn)入21世紀(jì)來(lái)，機(jī)械制造業(yè)迎來(lái)的是一個(gè)更為激烈的競(jìng)爭(zhēng)和生存環(huán)境。新知識(shí)、新概念的不斷涌現(xiàn)和新產(chǎn)品、新工藝的迅速更新加速了市場(chǎng)的變化，企業(yè)面臨著更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。特別是在市場(chǎng)不斷高速變化的21世紀(jì)，企業(yè)不僅需要有對(duì)市場(chǎng)變化的快速反應(yīng)能力，而且還需要通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品更新來(lái)不斷開(kāi)拓市場(chǎng)、引導(dǎo)市場(chǎng)的能力?，F(xiàn)代制造技術(shù)就是為了適應(yīng)這種競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境而產(chǎn)生的。它是在傳統(tǒng)制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，不斷吸收和發(fā)展機(jī)械、電子、能源、材料、信息及現(xiàn)代管理等技術(shù)成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、管理、服務(wù)等生產(chǎn)周期的全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)“優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈活、清潔”的生產(chǎn)技術(shù)模式，取得理想技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的制造技術(shù)的總稱。

(一)現(xiàn)代機(jī)械的先進(jìn)加工工藝特點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和機(jī)電一體化技術(shù)的迅速發(fā)展及其在機(jī)械制造方面的應(yīng)用，由系統(tǒng)論、信息論和控制論所組成的系統(tǒng)科學(xué)和方法論與機(jī)械制造科學(xué)的密切結(jié)合，組成了機(jī)械制造系統(tǒng)，并形成了現(xiàn)代制造工程學(xué)。制造系統(tǒng)就是人、機(jī)器以及物料流和信息流的一個(gè)組合體。現(xiàn)代制造技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)入的主體作用，強(qiáng)調(diào)入、技術(shù)和管理三者的有機(jī)結(jié)合，因此，現(xiàn)代制造技術(shù)具有以下特征:

1．現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)己成為一門(mén)綜合性學(xué)科?，F(xiàn)代制造技術(shù)是由機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)、材料、自動(dòng)控制、檢測(cè)和信息等學(xué)科的有機(jī)結(jié)合而發(fā)展起來(lái)的一門(mén)跨學(xué)科的綜合性學(xué)科。現(xiàn)代制造技術(shù)的各學(xué)科、各專業(yè)間不斷交叉融合，并不斷發(fā)展和提高。

2．產(chǎn)品設(shè)計(jì)與機(jī)械制造工藝一體化。傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)通常是指制造過(guò)程的工藝方法，而現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造到產(chǎn)品的銷售、服務(wù)、使用維護(hù)等全過(guò)程，成為“市場(chǎng)調(diào)查十產(chǎn)品設(shè)計(jì)十產(chǎn)品制造十銷售服務(wù)”的大系統(tǒng)。如并行工程就是為了保證從產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造到銷售服務(wù)一次成功而產(chǎn)生的，已成為面向制造業(yè)設(shè)計(jì)的一個(gè)新的重要方法和途徑。

3．現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)是一個(gè)系統(tǒng)工程?，F(xiàn)代制造技術(shù)不是一個(gè)具體的技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程技術(shù)、信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等各種科學(xué)技術(shù)集成的一個(gè)有機(jī)整體，已成為一個(gè)能駕馭生產(chǎn)過(guò)程的物科流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。

4．現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)更加重視工程技術(shù)與經(jīng)營(yíng)管理的有機(jī)結(jié)合?，F(xiàn)代制造技術(shù)比傳統(tǒng)制造技術(shù)更加重視制造過(guò)程的組織和管理體制的簡(jiǎn)化和合理化，由此產(chǎn)生了一系列技術(shù)與管理相結(jié)合的新生產(chǎn)方式。如制造資源計(jì)劃(MRP)、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)(HT)、并行工程(CE)、敏捷制造(AM)和全面質(zhì)量管理(TQC)等。

5．現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)追求的是最佳經(jīng)濟(jì)效果?，F(xiàn)代制造技術(shù)追求的目標(biāo)是以產(chǎn)品生命周期服務(wù)為中心，以新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)速度快、成本低、質(zhì)量好、服務(wù)佳、靈活性強(qiáng)取勝，并獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效果。

6．現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)特別強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)?，F(xiàn)代制造技術(shù)必須充分考慮生態(tài)平衡、環(huán)境保護(hù)和有限資源的有效利用，做到人與自然的和諧、協(xié)調(diào)發(fā)展，建立可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。未來(lái)的制造業(yè)將是“綠色”制造業(yè)。

(二)現(xiàn)代機(jī)械的先進(jìn)加工工藝應(yīng)用分類

現(xiàn)代制造技術(shù)的分類及發(fā)展大體上可從5個(gè)方面來(lái)論述。

1．制造系統(tǒng)的自動(dòng)化、集成化、智能化

機(jī)械制造自動(dòng)化的發(fā)展經(jīng)歷了單機(jī)自動(dòng)化、剛性自動(dòng)線、數(shù)控機(jī)床和加工中心、柔性制造系統(tǒng)(FMS)和計(jì)算機(jī)集成制造等幾個(gè)階段，并向柔性化、集成化、智能化進(jìn)一步發(fā)展。

2．精密工程和特種加工方法

超精密加工和納米加工三個(gè)檔次。精密加工和超精密加工特種加工方法又稱非傳統(tǒng)加工方法，它是指一些物理的、化學(xué)的加工方法。如電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工、電子束加工、離于束加工等。特種加工方法的主要對(duì)象是難加工的材料，如金剛石、陶瓷等超硬材料的加工，其加工精度可達(dá)分子級(jí)加工單位或原于級(jí)單位，所以它又常常是精密加工和超精密加工的重要手段*。

3．快速成形(零件)制造

零件是一個(gè)三維空間實(shí)體，它可由在某個(gè)坐標(biāo)方向上的若干個(gè)“面”疊加而成。因此，利用離散/堆積成形概念，可將一個(gè)王維空間實(shí)體分解為若干個(gè)二維實(shí)體制造出來(lái)，再經(jīng)堆積而構(gòu)成三維實(shí)體，這就是快速成形(零件)制造的基本原理，其具體制造方法很多，較成熟的商品化方法有疊層實(shí)體制造法和立體光刻等。如疊層實(shí)體制造，根據(jù)各疊層幾何信息，用數(shù)控激光機(jī)在鋪上一層箔材上切出本層輪廓，去除非零件部分，再鋪上一層箔材，用加熱輥輾壓，以固化粘接劑，使新鋪上的—層箔材牢固地粘接在己成形體上，再切割該層的輪廓，如此反復(fù)多次直至加工完畢。

4．零件的分類編碼系統(tǒng)

零件分類編碼是對(duì)零件相似性進(jìn)行識(shí)別的一個(gè)重要手段，也是GT的基本方法。是用數(shù)字來(lái)描述零件的幾何形狀、尺寸和工藝特征，即零件特征的數(shù)字化。零件分類是根據(jù)零件特征的相似性來(lái)進(jìn)行的，這些特征主要分為以下三個(gè)方面;1)結(jié)構(gòu)特征。零件的幾何形狀、尺寸大小、結(jié)構(gòu)功能、毛坯類型等。2)工藝特征。零件的毛坯形狀及材料、加工精度、表面粗糙度、機(jī)械加工方法、定位夾緊方式、選用機(jī)床類型等。3)生產(chǎn)組織與計(jì)劃特征。加工批量，制造資源狀況，工藝過(guò)程跨車間、工段、廠際協(xié)作等情況。零件的特征用相應(yīng)的標(biāo)志表示，這些標(biāo)志由分類系統(tǒng)中的相應(yīng)環(huán)節(jié)來(lái)描述。零件各種特征的標(biāo)識(shí)按一定規(guī)則排成若干個(gè)“列”，每“列”就稱為碼位，也叫縱向分類環(huán)節(jié);在每個(gè)列(碼位)內(nèi)又安排若干“行”，每一“行”稱為“項(xiàng)”，也叫橫向分類環(huán)節(jié)。零件分類編碼系統(tǒng)是實(shí)施成組技術(shù)的基礎(chǔ)和重要手段*對(duì)零件進(jìn)行分類成組，可以便零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，輔助人工或計(jì)算機(jī)編制工藝過(guò)程和進(jìn)行成組加工車間的平面設(shè)計(jì)，改進(jìn)數(shù)控加工的程序編制，使工藝設(shè)計(jì)合理化:促進(jìn)工裝和工藝路線標(biāo)準(zhǔn)化，為計(jì)算機(jī)輔助制造打下基礎(chǔ)，進(jìn)一步以成組的方式組織生產(chǎn)。

零件的分類編碼反映了零件固有的名稱、功能、結(jié)構(gòu)、形狀和工藝特征等信息。類碼對(duì)于每種零件而言不是唯一的，即不同的零件可以擁有相同的或接近的分類碼，由此能劃分出結(jié)構(gòu)相似或工藝相似的零件組來(lái)加工。它的特點(diǎn)是從毛坯到產(chǎn)品多數(shù)可在同一種類型的設(shè)備上完成，也可僅完成其中某幾道工序的加工。如在轉(zhuǎn)塔車床、自動(dòng)車床加工的中小零件，多半屬于這種類型。這種組織形式是最初級(jí)的形式，最易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)較復(fù)雜的零件，需用多臺(tái)機(jī)床完成時(shí)，其效果就不顯著。值得一提的是，自從出現(xiàn)加工中心以來(lái)，成組單機(jī)加工又重新得到重視。

5．柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)一般是指用一臺(tái)主機(jī)將各臺(tái)數(shù)控機(jī)床連接起來(lái)，配以物料流與信息流的自動(dòng)控制生產(chǎn)系統(tǒng)。它一方面進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)，而另一方面又允許相似零件組中不同零件，經(jīng)過(guò)少量調(diào)整實(shí)現(xiàn)不同工序的加工。這一組織生產(chǎn)的方式，代表著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展方向。值得一提的是，成組技術(shù)是計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)的基礎(chǔ)之一，在成組技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的派生cAPP設(shè)計(jì)方法，已成為工藝現(xiàn)代化的一種主要方法。另外，成組技術(shù)作為一種生產(chǎn)哲理，對(duì)柔性制造技術(shù)和集成制造技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了深刻的影響。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，現(xiàn)代機(jī)械的先進(jìn)加工工藝與制造技術(shù)的應(yīng)用以新興微電子、光電技術(shù)為基礎(chǔ)，著力發(fā)展重型成套設(shè)備裝備能力，提高轎車大批量制造技術(shù)的水平，提高生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的精密儀器及工藝裝備的能力，為新產(chǎn)品的投產(chǎn)及形成規(guī)模提供新工藝、新裝備，形成合理比例的常規(guī)制造技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)及高新技術(shù)并存的多層次結(jié)構(gòu)，這將成為我國(guó)機(jī)械加工技術(shù)近期發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)。機(jī)械工業(yè)科技發(fā)展正面臨著挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存的新形勢(shì)，我們應(yīng)當(dāng)抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，堅(jiān)決貫徹“以科技為先導(dǎo)，以質(zhì)量為主體”的方針，進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。