浅析机械制造技术的发展

浅析机械制造技术的发展摘要：机械制造技术水平的高低是衡量一个国家科学技术发展的重要标志，也是各国科技竞争的重点。

本文对我国现有的机械制造技术进行了分析，并阐述了未来的发展方向。

关键词：机械制造技术特点发展分析0 引言目前，我国的机械制造技术与美、英、俄等发达国家相比，还有一定的差距，而科学技术的创新与发展，仍面临着巨大的挑战。

因此，我国现有的机械制造业已不能沿用20世纪时的，以凸轮及其机构为基础的专用机床、专用夹具、专用刀具组成的流水式生产，而要向着自动化（数控高速切削加工）、计算计综合自动化（cim）发展。

本文就机械制造技术、发展分析等，作进一步的研究和探讨[1]。

1 机械制造技术机械制造技术是研究制造生产装备过程中的基本原理、技术和方法的一门学科。

随着科技发展，对机械制造技术提出了更高的要求，例如，要求达到纳米（10-6mm）的超精密加工，大规模集成电路硅片的超微细加工重型装备超大型件的加工，难加工材料和具有特殊物理性能材料的加工等。

要想提高产品质量和劳动生产率，降低其成本，提高市场的竞争力，就必须采用先进的制造技术[2]。

1.1 随着微电子技术、计算机技术的发展，促使常规技术与精密检测技术、数控技术、传感技术、系统技术、伺服技术等相互结合，使机械制造业发生了质的飞跃。

1.2 随着计算机辅助设计与制造（cad/cam）、柔性制造系统（fms）、计算机集成制造系统（cims）的应用，实现了自动化、柔性化、智能化、集成化生产加工，使产品质量和生产效率得到提高。

1.3 随着生产的发展和科学实验的需求，许多零件的形状越来越复杂，精度要求越来越高，表面粗糙度要求越来越低。

相继出现了化学机械加工、电化学加工、超声波加工、激光加工、超精密研磨与抛光、纳米加工等特种加工、超精密加工技术和复合加工技术。

2 发展分析我国机械制造技术的发展：一是精密加工技术，二是cims计算机综合自动化技术，三是发展模式[3]。

2.1 精密加工技术。

精密加工的核心主要体现在对尺寸精度、仿形精度、表面质量的要求。

要实现高速切削与强力切削，必须有与之相适应的机床和切削刀具。

目前数控车床主轴转速已达5000r/min，加工中心主轴转速已达20000r/min，磨削速度已达40～60r/s，高的可达80～120r/s。

例如，电火花加工的精度要求可达±2-3μm、底面拐角r值可小于0.03mm，最佳加工表面粗糙度可低于ra0.3μm。

而镜面加工效果且能够完成微型接插件、ic塑封、手机、cd盒等高精密模具部位的电火花加工。

例如，运用数控高速切削技术(high speed machining,hsm，或high speed cutting，hsc)，可提高加工效率和加工质量[4]。

2.1.1 高速切削。

高速切削技术综合了机床的高速主轴系统、快速进给系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料以及高性能cnc 数控系统等诸多相关硬件和软件技术。

要实现高速切削与强力切削，必须有与之相适应的机床和切削刀具。

目前数控车床主轴转速已达5000r/min，加工中心主轴转速已达20000r/min，磨削速度已达40～60r/s，高的可达80～120r/s。

2.1.2 生产效率。

高速切削加工技术提高了切削加工的生产效率，表现在：①切削力小：在铣削加工中，主轴轴承、刀具、工件受到的径向切削力得到大幅度减少。

②材料切除率高：在相同时间内的材料切除率相应提高。

③工件热变形小：因为是高速切削，大部分的切削热来不及传给工件就被高速流出的切屑带走，所以，加工表面的受热时间短，不会导致热变形，提高了表面精度。

④精度高：由于高速切削力小于常规切削，加工系统的振动降低，加工过程平稳，提高了加工精度。

⑤环保：由于高速切削可实现干式切削，减少了切削液用量，从而使污染和能耗降低。

2.1.3 实际应用。

高速切削技术在精密制造中的实际应用，主要表现在：①非曲直对于薄壁类零件和细长的工件。

②采用数控高速切削加工，广泛应用于汽车、模具、航天航空等制造领域。

③采用数控高速切削技术，可实现在一台机床上对复杂整体结构件同时进行粗、精加工。

2.1.4 关键技术。

实现数控高速切削的关键技术，主要包括：切削机理、切削机床、切削刀具和切削工艺[5]。

①切削机理：研究各种材料在高速加工条件下，形成的切削力、切削热的变化规律，刀具磨损规律及对加工表面质量的影响规律，有利于促进高速切削工艺规范的确定和切削用量的选择，为具体零件和材料的加工工艺制定提供理论基础。

②切削机床：高速切削机床主要包括：主轴系统、快速进给系统和cnc控制系统。

a主轴。

一般主轴转速在10000r/min以上，最高可达60000－100000r/min，具有良好的动态和热态性能。

b高速进给。

机床进给系统能够满足快速移动和快速准确定位。

③切削刀具：由于切削速度的大幅度提高，对切削刀具材料、刀具几何参数、刀体结构等都提出了新的要求，高速切削刀具材料和刀具制造技术都有了新的变化。

高速切削加工时，不仅要保证高的生产率和加工精度，还要保证人身的安全和产品的可靠性。

因此，高速切削加工的刀具系统必须具有良好的几何精度、重复定位精度、装夹刚度、高速运转时良好的平衡状态和安全可靠性。

需要注意的是：要尽可能减轻刀体质量，使其在高速旋转时所受的离心力小，可提高高速切削时的安全性，改进刀具的夹紧方式。

④切削工艺：高速切削在实际生产加工中，缺乏可供参考的应用实例，也没有实用的切削用量和加工参数数据库，高速加工的工艺参数优化是加工技术的关键。

例如，数控高速切削的零件nc程序，要求在整个切削过程中保证载荷稳定，而在使用cnc软件中发现，自动编程功能不能满足这一的要求，需要由人工编程加以补充和优化。

因此，必须研制开发新的编程方式，使切削数据适合高速主轴的功率特性曲线。

2.2 cims计算机综合自动化技术。

cims(computer integratedmanufacturing system)计算机综合自动化，是基于cim哲理构成的新型生产实体，是信息时代的一种新型生产制造模式。

cims是通过计算机网络技术、数据库技术等软硬件技术，把企业生产过程中经营管理、生产制造、售后服务等环节联系在一起，构成了一个能适应市场需求变化和生产环境变化的大系统[6]。

随着计算机辅助设计与制造（cad/cam）、柔性制造系统（fms）、计算机集成制造系统（cims）的应用和开发，整个生产过程在计算机的数控下，实现自动化、柔性化、智能化、集成化，不仅使产品质量和生产效率得以提高，且缩短了生产周期，从而提高企业的经济效益和社会效益。

2.2.1 智能化。

智能制造技术imt是将人工智能融入制造过程的各个环节能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部激励时能自动调整其参数以达到最佳状态和具备自组织能力。

例如，新型数控电火花机床采用了模糊控制技术和专家系统智能控制技术。

模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率达到最高的加工条件自动监控加工过程实现最稳定的加工过程的控制技术。

2.2.2 自动化。

自动操作过程不需人工干预可以提高加工精度、效率。

机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。

例如，对于批量较大的生产的自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。

小批量生产的自动化，可通过ncmccamfmscimims等来完成。

为了提高生产效率，减轻劳动强度，改善劳动条件，尽可能地用机械作业替代人力劳动成为一种发展趋势，为适应这种工程作业环境使用要求，小型及微型工程机械的需求将迅速增长。

微型产品不但其外形尺寸受到具体约束，同时其外观形态、色调等方面的设计愈来愈体现了与自然、环境的融合。

2.2.3 高效化。

要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。

例如，手机外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域都要求减少辅助时间，如编程时间、电极与工件定位时间等，同时又要降低粗糙度从原来的ra0.8μm改进到ra0.25μm使放电后不必再进行手工抛光处理。

2.2.4 信息化。

随着计算机、自动化与通讯网络技术在制造系统中的应用信息的作用越来越重要。

制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现。

因此，可以把信息看作是一种产业包括在制造之中。

2.2.5 集成化。

集成化的目的是实现制造企业的功能集成，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术。

实现技术集成同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，在技术上集成的同时还应强调管理与人的集成。

2.2.6 柔性化。

柔性是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力它与系统方案、人员和设备有关。

系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。

人员柔性是指操作人员能保证加工任务完成数量和时间要求的适应能力。

设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。

例如，在通用产品的基础上增加模块化的功能部件，实现产品功能的多样化，或通过全新的模块化设计、制造以及不同模块之间的柔性化组合，实现功能多样化。

应用机电液一体化技术、电子计算机技术、监测控制技术，使工程机械的信息化、智能化，可以提高工程机械各种故障的自我诊断和修复能力，降低施工人员的劳动强度、提高工作效率和工程质量。

2.2.7 绿色化。

绿色制造、环境意识的设计与制造、生态工厂、清洁化生产等概念是全球可持续发展战略在制造业中的体现。

依靠科技进步，节约资源，关爱生命，提高效益，减少废物排放，促进部分资源循环利用，实现经济、社会、资源、环境和谐的发展。

例如，行业可通过生产设施和生产工艺的改进，实现安全清洁生产;通过采用新技术、新工艺、新材料，优化、创新产品设计，减少产品资源消耗与废物排放，降低产品噪声，增加操作人员的舒适程度;通过研究新材料、材料表面工程技术开展再制造技术、回收技术，实现废旧工程机械的回收与再利用。

2.3 发展模式。

企业发展规模化、专业化、集约化和柔性化。

如大型工程机械整机生产企业或企业集团可通过内生增长和外延扩张等方式，迅速发展，扩大规模，增加产品种类，成长为综合性的工程机械企业，同时，行业的集中度将进一步提高。

零部件企业将由目前的规模小、分布散、企业多和依附于主机企业的状况，向专业化、与主机企业形成伙伴关系的方向发展；主机厂的非核心零部件业务将逐步剥离，零部件企业将迅速成长，并逐步形成与主机企业同步、甚至超前开发模块化部件的能力，推动主机产品的发展[7]。

4 结束语随着科学技术的进步，我国机械制造技术应顺应国际市场大环境的需求，不断加强微电子技术、信息技术、光电技术、新材料技术与机械制造技术之间的结合、融合，促进产品向多样化、智能化、绿色化发展，从而进一步提高我国机械制造技术的创新和攻关能力，争取在较短的时间内，使我国机械制造技术达到世界先进水平[8]。