杨青

（江海职业技术学院，江苏 扬州 225000）

0 引言

进入21世纪以来，我国社会经济发展十分迅速，尤其是在工业行业领域内，各种现代技术的广泛应用，大大提高了我国工业制造水平，从而更加充分地满足工业产品市场的具体需求。但我国在现代机械制造工艺与精密加工技术方面的研究水平，还有待进一步提升，各种工业技术还有待进一步完善。所以，必须对现代机械制造工艺与精密加工技术相关问题进行深入分析和研究，以加快推动我国工业产业的发展。

1 现代机械制造工艺与精密加工技术的优势

1.1 更具整体性

现代机械制造技术不单单涵盖工业制造过程，还进一步涵盖了工业产品的研发设计、销售及售后服务等各个生产运营流程，不同流程之间的密切配合才能促进企业的健康稳定发展。而现代机械制造工艺与精密加工技术，就是把产品不同元素组合起来构成一个完美整体提供了有效的技术支撑，不同构件之间相辅相成、紧密共存，方可使整个产品能够高效流畅地运行，并有效提高了产品使用的便捷性，从而充分满足社会大众的实际需要[1]。

1.2 更具综合性

近些年来，各种科学技术不断发展和进步，大大推动了工业制造行业的发展，而现代机械制造工艺与精密加工技术就属于多种技术协调应用的工业生产活动，这在很大程度上促使各种工业产品不断朝人性化方向发展，例如一系列的智能手机，就充分集成了光感、声控以及平衡等先进技术。还有其他更多更加精密的工业产品，也都高度集成了各种现代技术。各种综合性较强的工业产品只有通过现代机械制造工艺与精密加工技术，方可被广泛应用到社会经济发展中。

1.3 更具竞争性

目前，世界经济一体化趋势更加明朗，现代机械制造相关企业不但要面对国内同行之间的竞争，还要面对国外企业的冲击。基于现代机械技术制造的人性化、自动化的发展趋势，各大企业若想要在激烈的市场竞争中占有一席之地，就一定要促使自身工业制成品在保证基本使用功能的基础上，更加满足人性化、便捷化的市场需求，也只有加强应用现代机械制造工艺与精密加工技术，才能不断增强工业企业的市场竞争力。

2 现代机械制造工艺

2.1 气体保护焊接工艺

目前气体保护焊接工艺是指将电弧作为焊接作业所需热源的一种焊接工艺流程，这种工艺的特点是被焊接物周围存在一层具有保护作用的气体介质。在具体的金属焊接中，电弧周围会形成一个气体保护层，使电弧和熔池有效隔离在空气之外，如此有助于防止有害气体对焊接作业造成不良影响，并避免这些气体进入被焊接部位而导致焊接物丧失一定程度的金属韧性[2]。同时，气体保护焊还能有效维持焊接中电弧的稳定性，提高焊接材料的燃烧效率，防止燃烧不彻底而产生有害气体，影响到焊接人员的身体健康。将气体保护焊接工艺应用在机械制造过程中，能够有效增强生产效果，充分保证焊接质量。

2.2 电阻焊焊接工艺

电阻焊焊接工艺流程：首先，将被焊接物置于正负电极间，然后对其通电，在电流的作用下，促使被焊接物接触面及其周边形成电阻热效应，从而瞬间加热金属并使其融化，与其他金属发生融合，进而达到焊接目的。这种焊接工艺的焊接质量非常高，加热与焊接所需时间非常短，操作相对简单，不仅工作效率较高，而且还不会产生有害气体而污染到空气环境。目前，电阻焊焊接工艺的缺陷是：焊接设备成本投入较高，同时很难维修，并且焊接过程要耗费较多电能。所以，这种焊接工艺主要在航空航天、汽车以及医疗等尖端技术行业领域内应用。

2.3 埋弧焊焊接工艺

埋弧焊焊接工艺是指在焊接作业中，促使电弧在焊接层下发生燃烧，从而实现焊接目的的焊接技术流程。埋弧焊焊接工艺存在两种使用方式。第一种，自动埋弧焊。这种焊接方式是通过小车送进焊丝并移动电弧，再实施自动焊接作业的方式。第二种，半自动埋弧焊。该焊接方式是通过人工方式将送进焊丝并移动电弧从而实现焊接目的的，此焊接作业的劳动强度很高，在时代不断发展的过程中，半自动焊接技术将逐渐被淘汰。在以往的焊接作业中，常常使用半自动电弧焊焊接工艺，这种工艺技术已经被电渣压力焊接逐步替代。电渣压力焊的焊接效率非常高，并且焊接效果良好，从而被普遍应用在机械制造工艺流程中。

2.4 搅拌摩擦焊接工艺

搅拌摩擦焊接工艺是英国研发的一种焊接工艺技术，普遍应用在汽车、船舶以及铁路等多个行业领域中。这种焊接工艺的优点较多，如在焊接作业中，只需焊接搅拌头，无需使用焊条以及焊丝等焊接材料。同时，在进行铝合金等金属焊接作业时，各搅拌头可焊接80厘米焊缝，并且在低温环境中也能有效实施焊接作业。

2.5 螺柱焊焊接工艺

螺柱焊焊接工艺主要是指把螺柱与被焊物表面密切接触，通过电弧将被焊物表面融化，并通过给螺柱施加压力进而实现焊接目的的工艺技术。

螺柱焊焊接工艺分为拉弧式螺柱焊接与储能式螺柱焊接两种方式，拉弧式螺柱焊接的熔深较大，普遍应用于重工业生产过程中。而储能式螺柱焊接的熔深相对较小，一般用于薄板焊接方面。这两种焊接方式在单面焊接方面具有较为显著的优点，在焊接过程中无需实施粘结、钻洞以及打孔等操作步骤，并且焊接过程中很少发生漏水与漏气问题，所以螺柱焊接工艺被广泛应用在现代机械制造中[3]。

3 机械制造中的精密加工技术

3.1 超精密切削技术

在机械设备精密加工中，常常采用直接切削的方式。但要想保证通过切削加工出的产品表面必须具有良好的精准度和粗糙度，就一定要将机器以及外界因素的影响有效消除。比如，机床加工精度的提升，对机床的刚度有很高的要求，即其刚度不能因温度提升而出现变形现象，并且必须拥有较强的抗振性能。要想达到这些要求，可采用两种方式。第一，要充分提升机床主轴的转速，因此目前的超精密加工机床的转速，由过去的每分钟几千转已经加快到几万转[4]。第二，就是要运用更为先进的技术，比如空气静压轴承、微驱动和微进给技术、以及精密定位技术等。

金刚石是超精密切削加工所用刀具的材质,金刚石刀具与有色金属的亲和力相对较小,并且具有非常高的硬度，以及非常强的耐磨性和导热性,并且可以将刀刃磨得极为锋利,刃口圆弧半径可在0.01微米以下,常用的金刚石刀具的刃口圆弧半径为0.05微米,经其加工过的表面粗糙度Ra能达到0.01微米以下。

同时，超精密切削加工机床拥有空气轴承与气浮导轨等高精度基础元部件，以及激光检测系统与光栅等高精度定位检测元件，并采用了高分辨率的微量进给机构。机床自身具有恒温、防振与隔振等性能,并安装有避免污染工件的设备。

超精密切削加工技术对所加工零件的材质也有很高的要求，零件材料一定要质地均匀,不存在瑕疵。利用该技术加工的无氧铜材料,其表面粗糙度Ra能达到0.005微米,加工出的800毫米的非球面透镜,其具体形状精度能达到0.2微米。目前,能够适用于超精密切削加工的材料已经扩展到有机玻璃、塑料制品以及陶瓷等诸多种类。

3.2 超精密研磨技术

过去的工件研磨与抛光技术无法有效满足目前工件的生产需要，若要提高工件加工的精度，就必须在加工过程中合理控制工件表面的粗糙度。现阶段，我国机械制造领域普遍采用的是原子级的研磨抛光技术，通过此类技术能够大大加强对工件表面粗糙度的控制，对于工件生产有非常良好的作用。

超精密研磨技术又称为游离磨粒切削加工技术，如图1所示是单个磨粒的磨削模型示意图。工件与磨粒进行摩擦而产生热量与切屑，并出现新生面，同时促使原子发生紊乱。超精密研磨技术所用磨料，主要是粒径仅有几纳米的研磨微粉，能够使镜面加工出的尺寸精度低于0.01微米，角度偏差不超过0.01秒，表面粗糙度Ra能够达到0.01微米，并且圆度误差低于0.01微米，每米直线度误差不超过1微米，属于一种可达到无加工变质层以及无表面损伤效果的超精密加工技术。

图1 单个磨粒的磨削模型Fig. 1 Grinding model of single abrasive

超精密研磨技术可分为两种类型，第一种是致力于表面粗糙度降低，或尺寸精度提升的技术类型。第二种是致力于材料元件功能实现的技术类型。这需要将表面粗糙度以及极小变质层等方面的问题有效解决，以满足高精度要求。在加工电子材料时，不仅对其形状精度有很高要求，还要求其一定达到结晶学中的无损伤镜面。在加工单晶材料时，对其平面度、厚度以及晶相的定向精度也有非常高的要求。

3.3 微机械技术

（1）LIGA技术。LIGA技术能够有效加工金属材料、陶瓷材料以及塑料等多种材料类型，是一种应用较为普遍的三维加工技术，该精密加工技术的显著特点就是其加工深度可达到数百微米的程度。这种技术通常将加速器作为加工的基础，通过其发出的X射线刻在光敏聚合物层上，以形成工件图形，然后利用电场将金属迁移到已做好的模型中，最终形成金属结构[5]。

（2）微放电加工技术。微放电加工技术也具有较为独特的优点，就是采用该技术进行精密加工时，所产生的加工阻力比其他技术相对较小，不仅能用于导电性材料的加工方面，还能够用于半导体材料的加工。所以，微放电加工技术在微机械构件制造领域应用较为普遍。同时，利用微放电加工技术还能从根本上解决银钨丝在机床加工中的成形问题。随着该技术的不断发展和进步，微放电技术的加工精度与微细程度都取得了非常大的突破。

（3）腐蚀技术。腐蚀技术包括三类不同方面的技术。首先是湿法腐蚀技术。该类技术建立在电化学的基础上，能够对腐蚀深度实现精准控制，常用于硅结构的制作过程中。其次是干法腐蚀技术。这种技术的特点是其分辨率与精准度均非常高，通常用于等离子体腐蚀方面。最后是各向异性腐蚀技术。这种技术是将腐蚀液作用在硅结构中，促使不同晶向上出现有差异的腐蚀速度，并在此基础上进行微结构或微型零件的制作。

4 现代化机械制造工艺与精密加工技术的发展状况

4.1 虚拟化制造

虚拟化机械制造模式，是指通过先进的计算机技术，对待加工产品实施全生命周期的建模与仿真，也就是虚拟制造技术。此类技术的在应用中的工作内容是模拟仿真待加工产品的设计、制造、装配以及检验等整个过程的各个环节。虚拟制造技术的有效应用，能够促进国内机械制造企业最大程度地优化自身生产资源方面的配置，减少产品研制周期，降低生产加工成本，并有效提升产品制造质量，提高机械制造行业企业的市场竞争能力。虚拟化制造技术极大程度上改变了待加工产品的生产制造模式，从而节约诸多生产成本，大幅度提高了产品加工制造效率，这也是该技术最大的优势所在。在对待加工产品相关的建模仿真过程中，技术人员能够随时发现产品制造方面可能出现的问题，能够实现对制造系统的不断优化，同时还能使客户能够对产品的性质与特点有更加直观的了解，这有利于制造企业加工出更加令客户满意的产品，不仅能增强制造企业的市场竞争力，还能进一步提升其产品品质。

4.2 柔性化制造

柔性化是指柔性制造，就是在对一系列制造技术进行有效组合的基础上，将自动化物流系统与多组柔性制造单元有效联接，以批量完成自动化机械制造任务[6]。这种制造模式将成组技术作为制造加工的基础，柔性制造系统能够在特定范围内，对成组对象类型进行自动识别，以合理确定机械制造工艺流程，同时自动选择与机械制造工艺相匹配的柔性制造单元，在设定好数量的前提下，进行批量加工生产。

相比于过去的机械制造模式，柔性制造模式能够进一步促进国内机械制造行业企业的市场竞争力。但在具体应用过程中，柔性制造模式还具有一定的局限性，若需加工产品的规格或类型与柔性制造系统所加工出的产品存在很大差异时，就不能采用柔性机械加工模式。

4.3 敏捷化制造

敏捷化制造模式是在虚拟制造技术的基础上实现产品的快速加工，同时利用虚拟制造技术构建两种制造模式共存的基本结构，从而使制造企业能够根据市场变化快速采取合理的应对措施，进而增强制造企业的适应能力。相比于过去的制造技术，敏捷制造模式的生产效率与产品质量也更加优良，并且敏捷制造过程中的生产成本也相对较低。另外，敏捷制造能够最大程度地提高机械制造设备的利用率，有助于制造企业的长期战略发展目标的实现。但敏捷制造的前期投入资金非常庞大，从而在我国难以大范围推广和应用。

4.4 集成化制造

现代集成制造系统（英文简称CIMS，也叫计算机集成制造系统），是以现代化生产理念为基础，机械制造集成化、信息化和智能化发展的理论方法。现代集成制造系统无特定的工作模式，主要包括六个系统，即工程设计分系统、生产管理经营分系统、制造自动化分系统、数据库管理系统、计算机网络系统以及质量保障分系统，该制造系统的目标是进行信息集成，从整体上增强制造企业的产品研发能力，全面提升制造企业管理水平[7]。但现代集成制造系统的投入成本较大，制造企业在进行规划过程中，一定要从自身具体情况出发，注重工艺难点及重点部分的投入，通过对现有资源的最大化利用，来达成局部信息化的目标，从而进一步促进制造企业经济收益的不断提升。

4.5 并行化制造

并行工程的是在产品设计环节中，同时考虑待加工产品的制造、装配、使用与售后等其他环节，是并行化处理待加工产品全生命周期各个环节的一种综合性制造技术。并行工程并不局限在产品设计环节的工作方面，还能全面、精密地检测产品全生命周期中各个环节存在的问题，有效降低产品研发中的试制频率，同时还能进一步缩减产品研发时间，降低产品研发成本[8-10]。在并行工程规划合理的情况下，甚至能够达到一次性研发成功的最佳目标。

5 结论

总之，现代机械制造工艺与精密加工技术是工业行业领域发展的关键性要素，加强对现代机械制造工艺与精密加工技术的研究，对提高我国工业水平、增强我国制造类企业市场竞争力等方面，有着十分重要的现实意义。因此，各个工业企业应对现代机械制造工艺与精密加工技术的优势有深刻认知，充分了解各种机械制造工艺技术，以及各种精密加工技术，有效把握现代机械制造工艺与精密加工技术的发展状况，科学选择和应用符合企业生产制造实际的工艺技术，以促进企业的快速、持续发展。