现代机械设计和机械制造相关技术探讨

　　摘要：在我国社会经济及科学技术的快速发展背景下，现代机械制造中对机械设计的要求越来越高，但实际情况却是机械设计加工由于存在加工精度较低、质量无法得到保障等问题，严重危害相关行业的发展。当下在智能技术、自动化技术等现代新型技术的发展下，现代机械设计也在不断提升其设计水平，使得加工技术的精密度更高、切割速度更快，从而满足当下的实际需求。本文对现代机械设计和机械制造相关技术进行探讨，希望能为机械制造行业的可持续发展提供一些参考意见。

　　关键词：现代机械设计;机械制造;加工质量;技术

　　引言：

　　当下我国加深了对机械设计及机械制造技术的研究，且在研究中取得一定的成功，在实际应用中发挥着重要作用。尤其是在我国社会经济的转型时期，技术创新成为机械制造行业关注的热点，因此就要对现代机械设计和机械制造相关技术进行深入的研究，不断为机械制造行业的可持续发展提供保障。本文首先对相关概念及机械设计加工中存在的问题进行介绍，然后对现代机械设计和机械制造相关技术进行分析，最后提出提升机械设计加工质量的策略。

　　1、现代机械设计和机械制造概述

　　智能化、自动化是信息时代最大的特征，机械制造及相关技术也不断朝该方向发展，所以新时期机械产品的最新特征主要体现在智能化、个性化与系统化等特征上。现代信息技术、科学技术是机械产品设计与制造过程中使用十分广泛的技术，且在不断的实践过程中，技术与产品也趋于成熟。虽然我国现阶段的研究与发展取得很大进步，但是相比于发到国家，依然出现投入与产出不成正比的现状，也就是在大量的人力、物力的投入下，技术进步与创新依然不是很理想，且存在较多问题。现代机械设计和机械制造整体质量的提升，是时代发展的必然要求，也是我国社会经济快速发展中必须面的的问题，如何实现技术创新，满足时代发展需求，也成为人们关注的焦点。

　　2、机械设计加工中存在的问题

　　2.1加工精度较低

　　加工精度是对机械加工技术的基本体现之一，但是我国现阶段在机械加工过程中，加工精度较低，且存在近似加工与机器几何误差等问题，对加工精度的影响较大。如果加工精度不够，会导致产品的质量受到影响，也会缩短产品的使用寿命。同时产品的质量不合格，不仅造成资金与资源的浪费，也会对机械加工行业的可持续发展造成极大阻碍。

　　2.2质量无法得到保障

　　在机械加工过程中，不同的零部件需要不同的技术进行切割或者打磨作业，如果机械加工技术或者加工过程中存在不合理的情况，会造成产品质量不达标的问题。金属是机械加工中的主要材料，如果机械加工技术不符合标准，很容易在切割过程中出现断裂与破损等情况。塑料也在机械加工中十分常见，当为塑料加工时会在切割过程中出现变形等问题[1]。

　　2.3产品的性价比较低

　　性价比是判断一个机械产品的重要指标，尤其是在机械加设计过程中，具有加强的专业性，对机械加工设计工艺的要求较高，如果使用传统的加工工艺，会对零部件的质量造成极大影响的，且生产的产品在市场竞争中处于下风，对企业的经济效益造成极大影响。

　　3、现代机械设计和机械制造相关技术

　　3.1精密与超精密加工技术

　　社会经济的快速发展对现代机械制造的要求越来越高，新工艺在不断出现，精密加工及超精密加工技术得以出现。第一，精密加工技术。现代机械加工过程中，精密切削技术的应用，精准度较高，且可以直接使用切削的方式进行操作[2]。在具体操作过程中，如果需要精准度更高，或者对表面粗糙度的要求更高，一定要排除外界的干扰，比如刀具与机床的干扰。所以机床的选择要以刚度高、热变形小等综合性能良好的产品。精密切削加工的切削过程一定要科学合理：

　　第二，超精密加工技术。在现代科学技术的快速发展下，超精密加工技术得以快速进步，尤其是美国2004年发射了引力探测器，核心部件石英转子的真球度达到了7.6nm，这也是超精密加工技术的极限。超精密加工技术对零部件的要求极为苛刻，加工零件的尺寸精度、表面粗糙度Ra、所用机床定位精度的分辨率和重复性要分别控制在0.1μm以上、0.025μm以下、0.01μm以上。微细加工、光整加工等都是超精密加工技术。超精密磨削过程中，要求尺寸精度、表面粗糙度Ra分别控制在0.1~0.3μm与0.2~0.05μm。珩磨过程中，加工后的表面粗糙度可以达到0.025μm[3]。

　　慧士通(上海)机械电子有限公司开发了一款豪华的以铝件为主的残疾人椅子，这个产品有100多个子件，涵盖了压铸、注塑、冲压、精密铸造、车加工、CNC加工等多种加工工艺，此项目开发了大概参与1.5年，这其中通过反复的工艺试验，最终还是克服困难得到客人的认可，顺利量产，每年大概1.5万台。在其中加工工艺中就通过精密及超精密加工的应用，使得产品质量较高，且得到客户的认可

　　[4]。

　　3.2现代数控加工技术

　　现代数控加工技术具有加工性能良好、效率高及效能良好等特点，在实际应用中具有良好的性价比。现代数控加工技术可以对大型船用螺旋桨叶片、风电齿轮箱等进行加工处理，通过重载大扭矩加工机床的应用，加工效率得到明显提升。在航天等相关设备的零件加工中，该技术也能发挥其良好的效果。应用过程中，可以达到主轴转速、切削速度、金属去除率与主轴功率分别为40000转/min、2000～5000m/min、30～40kg/h、30～80kW，从而提升加工效率[5]。

　　例如，在慧士通(上海)机械电子有限公司的芬兰锁具研发项目中，根据客户给出的成品装配图，进行分解子零件，并且分析每个子零件应该采用的加工工艺。该锁具来自芬兰的客户，对质量要求极高，而且外观不允许出现任何问题。本项目子零件的生产工艺包含了精密铸造、数控机床加工以及拉丝和激光刻印工艺。本项目中难点在于，我们第一次涉足到精密铸造工艺，我们团队成员通过不断的学习和研究，最终掌握了不同铸造工艺所能达到的精度，最终选择了蜡模精密铸造，不仅此工艺相对成熟，而且可以准确制作出我们所需要的复杂形状。

　　3.3高速切割技术

　　在欧美等发达国家高速切削技术的应用十分普遍，并且在切削技术中是使用最为普遍的一种。高速切割技术在实际应用中具有加工精度高、不易变形、加工速率高等特点[6]。高速切削加工中，主轴的转速一般较高，且都在10000转/min以上。例如在表壳模具的加工过程中，转速较高，且达到了40000转/min。在复杂曲面模具的加工中，在高速铣削加工的应用下，可以高效完成加工，在模具加工中，需要应用到的主轴转速、进给速度分别为9000转/min与5000mm/min，加工后表面质量为0.01，人工操作的时间可以有效减少40%[7]。

　　在高速切割技术中，激光切割技术也是当下使用较为广泛，且应用效果较好的技术。光纤激光切割机在加工过程中，采用CO2激光器为焊接设备，可以对20mm以内的碳钢进行稳定切割，也可以对10mm以内的不锈钢及8mm以内的铝合金进行稳定的切割。在光纤传输的应用下，激光切割技术的柔性化程度较强，且可以对1mm左右的薄板进行加工。光纤激光配合同样柔性化的机器人系统，在实际应用中成本较低，且发生故障的概率较低，在后期的维护过程中十分方便。

　　3.4CAD/CAM机械制造技术

　　CAD是计算机辅助设计，CAM是计算机辅助制造，可以看出计算机是CAD/CAM机械制造技术的核心要素。在CAD技术的应用下，可以设计出符合CAM加工的零部件模型，通过对象参数的精确与优化，构建起三维立体模型，对CAM加工需要的精细化要求进行满足。在机械制造过程中，CAM机械制造技术可以通过计算机进行游侠的控制。CAM的应用，可以为机械加工提供交互式编程，产生加工轨迹。具体应用中可以对刀具进行设定，对加工的工艺参数进行设定等。

　　CAM软件在实际应用中具有良好的效果，主要是由于第一，刀具的路径可以是二维的也可以是三维的，这样就能满足不同的需求;第二，可以对刀具路径进行修改，提升刀具使用的灵活性;第三，系统可以对转速进行自动调整;第四，可以对加工过程及时间进行估算，并模拟加工过程。

　　例如，在给客户设计及制作气体燃烧喷嘴装置的项目开发过程中，材料全部采用不锈钢，共完成8种设计，整个项目的设计、材料采购、工艺编制、零部件的跟踪制作、表面处理、装配及设计包装等工作都有较高的要求，尤其是在工艺编制、部件的跟踪制作、表面处理过程中，需要借助CAD/CAM机械制造技术，合理设置设计及加工过程中的相关参数，确保加工的顺利进行。

　　3.5微细纳米整合技术

　　在制造业的快速发展过程中，对加工精度的要求在不断提升，所以就要积极研究并使用微细纳米整合技术。该技术是建立在先进切割技术上的，人可以在实际应用中，且在计算机的帮助下，可以对细小的零部件进行切割，尤其是在微型芯片的应用中，该技术具有良好的应用效果。由于微型芯片的进度要求较高，且直径一般在0.01mm~0.02mm之间，所以要合理使用微细纳米整合技术，才能满足微型芯片的加工要求。未来要加强对该技术的研究与应用，不断满足机械加工的实际需求。

　　4、提升机械设计加工质量的策略

　　4.1合理选择原材料

　　在现代机械加工中，加工的零部件一般都为金属，金属的硬度较高，切割难度大，所以在切割设备及零件的材料选择上一定要合理。在材料的选择上，可以针对具体加工的零部件，或者行业需求，选择合适的材料，为加工设备或者加工零部件的交工提供保障。

　　4.2标准化、规范化设计加工

　　由于在机械加工过程中会存在一些误差，这些误差主要是由于工作人员的操作不合理、参数的设置不合理、未能按照相关的规范要求进行操作等造成的，所以在设计加工过程中，在控制误差过程中，要规范化、标准化设计加工。首先要制定相关的标准，对设计加工的参数进行合理设置，确保参数的优化设置;其次要对操作人员的行为进行规划，保证操作人员可以按照相关的要求展开设计与加工工作;要在加工前对设备、技术等进行校验，确保符合加工要求。现代机械设计及机械加工，对细节与质量的要求较高，为保证产品质量，降低加工成本，提升加工效率，就要标准化、规范化设计加工，体现设计加工的“工匠精神”，满足产品的设计及加工要求。同时也能让我机械设计加工可以不断与国际接轨，提升我国的综合竞争力。

　　4.3选择合适的工具与润滑剂

　　针对具体的零部件要求，选择合适的加工工具，保证加工的质量。同时也要注重对切削液的选择，在加工过程中，切削液会自动加入到工件与车刀之间，其主要目的是将加工过程中产生的高温热量进行带走，并且还可以冲走切屑。在切削液的选择上要遵循低污染或者无污染、低成本的原则。同时在润滑剂的选择上也要科学合理，首先要查找机器上的润滑油推荐铭牌，其次要按照说明书选择推荐的或者合适的润滑油。

　　结束语

　　当下我国社会经济取得快速发展，机械设计及机械加工取得快速发展，在促进相关行业发展，提升人们生活质量方面发挥着重要作用。但是我国机械设计及机械加工依然存在一些不足，使得机械加工行业的发展并不理想。所以要积极使用先进技术，比如精密与超精密加工技术、现代数控加工技术等，然后在机械设计及机械加工过程中要合理提升产品质量，确保新技术的效能得以发挥。最后，也希望在未来我国要不断探索机械设计及机械加工技术，为机械加工行业的可持续发展提供技术支撑。

　　参考文献：

　　[1]王亮.CAD在机械设计中的应用及机械制造技术的新发展探讨[J].2017(26):222-222.

　　[2]张民杰,蒋瑜,李婷.现代企业中机械设计制造及自动化发展方向分析[J].知识经济,2016(16):71-71.

　　[3]于雪莲,史尧臣.机械设计与制造技术现状及相关先进技术分析[J].内燃机与配件,2019(15):185-186.

　　[4]余德林,陈建华.加工中心进给系统动态特性分析及工作台尺寸优化设计[J].内燃机与配件,2017(16):66-67.

　　[5]杜燕.机械设计与机械制造技术的探讨[J].科技致富向导,2015(9):159-159.

　　[6]许建,刘明阳,张明良.西门子840DsL数控系统在φ260普通大型镗床技术改造中的应用[J].制造技术与机床,2016(7):134-139.

　　作者：孙志兴

　　相关机械论文投稿刊物：制造技术与机床(月刊)创刊于1951年，由中国机械工程学会和北京机床研究所主办，是机床及机械制造领域专业技术期刊。