机械制造工艺及精密加工技术研究

蒋玉成

（常州轩成机械有限公司，江苏常州 213000）

1 机械制造工艺

1.1 机械制造工艺的基本概念

机械制造工艺是指通过一系列物理和化学过程，直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程。该过程通常包括零件的制造和机器的装配两个部分。具体来说，机械加工工艺是在机械加工流程的基础上，按照特定的顺序和步骤，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品。这个过程需详细的工艺流程说明，包括每个步骤的具体操作、所用设备、参数设定、材料要求、质量标准等。机械制造工艺通常包括机床加工、热处理、焊接、铸造、切割、装配等环节。

1.2 机械制造工艺的流程

（1）机床加工。其包括铣削、车削、钻孔、磨削等多种类型。机床加工的精度和效率直接影响着整个机械制造的精度和效率。目前，机床加工已逐渐向数字化、智能化方向发展，通过采用数控机床、加工中心等先进设备，实现高精度、高效率的加工。

（2）热处理。其作用是通过加热和冷却来改变材料的物理性质与化学性质，提高材料的强度、硬度、耐磨性和抗疲劳性等。热处理的工艺和技术直接影响着机械制造产品的质量和寿命。

（3）焊接。焊接是一种将金属材料连接在一起的工艺方法，其种类繁多，包括熔焊、压焊、钎焊等。焊接的质量和效率直接影响着机械制造产品的质量与生产成本。目前，焊接技术已逐渐向自动化、数字化方向发展，提高了焊接效率和精度。

（4）铸造。铸造是一种将熔融金属倒入模具中冷却凝固成型的工艺方法，其广泛应用于机械制造领域。铸造的工艺和技术直接影响着机械制造产品的质量与生产成本。目前，铸造技术已逐渐向数字化、智能化方向发展，通过采用3D 打印技术、数值模拟等技术手段，提高了铸造效率和精度。

（5）切割。其作用是将原材料或半成品进行分割和切削。切割的工艺和技术直接影响着机械制造产品的质量和生产成本。目前，切割技术已逐渐向自动化、数字化方向发展，通过采用激光切割、水刀切割等先进技术手段，提高切割效率和精度。

（6）装配。装配是将机械制造产品各部件进行组装的工艺过程，其质量和效率直接影响着机械制造产品的质量和生产成本。目前，装配技术已逐渐向自动化、数字化方向发展，通过采用机器人装配、自动化流水线等先进技术手段，提高装配效率和精度。

2 精密加工技术

2.1 精密加工技术的定义

精密加工技术是指通过高精度机床、工具和材料，将原材料或半成品转化为高精度、高质量的产品。精密加工技术包括超精密切削、精密磨削、超精密研磨、精密测量等。这些技术能够实现纳米级精度加工，满足现代机械制造业的高精度需求。精密加工技术的发展对于提高机械制造业的产品质量和生产效率具有重要意义。

2.2 精密加工技术的分类

（1）精密磨削。精密磨削是一种通过高精度磨床和砂轮进行磨削的加工方法，其精度可达到纳米级别。精密磨削的砂轮材料和磨床设备要求极高，且磨削力极小，需精确控制磨削参数和磨削环境。精密磨削广泛应用于各种高精度零件的加工，如轴承、轴、齿轮等，如图1所示。

图1 精密磨削的螺旋齿轮

（2）超精密研磨。超精密研磨是一种通过高精度研磨机和研磨剂进行研磨的加工方法，其精度也可达到纳米级别。超精密研磨的研磨剂和研磨机要求极高，且研磨压力极小，需精确控制研磨参数和研磨环境。超精密研磨广泛应用于各种高精度零件的加工，如表面粗糙度要求极高的平面、曲面等。

（3）精密测量。精密测量是一种通过高精度测量设备和测量方法进行测量的加工方法，其精度也可达到纳米级别。精密测量的测量设备和测量方法要求极高，需精确控制测量参数和测量环境。精密测量广泛应用于各种高精度零件的加工和检测，如各种复杂形状的零件、光学元件等。

2.3 精密加工技术的重要性

精密加工技术是现代制造业的关键技术之一，对于提高产品质量和生产效率具有重要意义。精密加工技术通过高精度的制造和组装，实现了零件和组件的高质量和可靠性，进而保证了产品整体的稳定性和可靠性。现代制造业离不开精密加工技术的支持。精密加工技术涉及多个领域，包括机械制造、光学、电子等，这些领域的产品都需高精度、高质量的零件和组件。精密加工技术的出现，使得制造高精度、高质量的产品成为可能，从而提高了产品整体质量和竞争力。通过高精度的制造和组装，使得零件和组件的误差率大幅降低，减少了潜在的安全隐患，提高了产品的可靠性和安全性。

3 机械制造工艺及精密加工技术概述

3.1 机械制造工艺及精密加工技术的现状

目前，机械制造工艺及精密加工技术已得到广泛的研究和应用。在机床加工方面，数控机床、加工中心等先进设备的应用越来越广泛，实现了高精度、高效率的加工。在热处理方面，研究者不断探索新的热处理工艺和技术，以改善材料的性能和可靠性。在焊接方面，自动化、数字化的焊接技术已逐渐取代传统焊接技术，提高了焊接效率和精度。在铸造方面，数字化、智能化的铸造技术已逐渐成为主流，提高了铸造效率和精度。在切割方面，自动化、数字化的切割技术已逐渐取代传统切割技术，提高了切割效率和精度。在装配方面，机器人装配、自动化流水线等先进技术手段已逐渐成为主流，提高了装配效率和精度。

3.2 机械制造工艺及精密加工技术的领域和方向

随着制造业的不断发展，机械制造工艺和精密加工技术的研究也在不断深入。当前的研究主要集中在工艺优化、新型设备研发、新型工艺探索等方面。同时，随着计算机技术和数字化技术的发展，越来越多的研究开始关注智能化制造、数字化制造、绿色制造等领域。其中数字化制造是指通过数字化技术实现制造过程的数字化转型；智能化制造是指通过智能化技术实现制造过程的自动化和智能化；绿色制造是指通过环保技术和可持续发展技术实现制造过程的绿色化。例如，在数字化制造方面，越来越多的研究关注如何通过数字化技术提高制造效率和精度；在智能化制造方面，研究主要集中在如何实现智能化生产控制系统和提高设备自动化程度等方面；在绿色制造方面，研究主要集中在如何通过环保技术和可持续发展技术降低制造业对环境的影响。

4 机械制造工艺及精密加工技术的应用

4.1 机械制造工艺及精密加工技术在工业制造领域的应用

机械制造工艺在工业制造领域中有着重要的作用，其在提高生产效率、降低成本、提高产品质量、延长产品使用寿命、优化产品设计等方面有着不可替代的作用。而精密加工技术是指利用各种超精密加工方法和设备，将原材料或半成品加工成符合高精度、高质量要求的产品。精密加工技术包括纳米加工、微细加工、激光加工、电化学加工和离子束加工等。精密加工技术是现代制造业的核心技术之一，其在航空航天、汽车制造、电子工业、医疗器械等领域有着广泛的应用。例如，在汽车制造领域中，采用先进的机械制造工艺和精密加工技术能够制造出高质量的汽车零部件和总成，提高汽车的性能和可靠性；如图2所示，利用精密加工技术能够制造出高质量的发动机零部件和附件，提高汽车的性能和可靠性。

图2 机械主轴

4.2 机械制造工艺及精密加工技术在航空航天领域的应用

机械制造工艺在航空航天领域中涉及众多零部件的制造和组装。例如，数控机床的广泛应用使得复杂零部件的加工更加容易，同时提高了产品的质量和精度。此外，先进的焊接技术，如激光焊接技术，可用于制造飞机的机身和发动机部件，实现高速、高精度的焊接过程，提高产品的质量和可靠性。同时航空航天领域对零部件的精度和质量要求极高，精密加工技术可用于制造航空发动机的涡轮叶片，确保其尺寸和形位的精确度，提高发动机的性能和燃油效率。此外，精密加工技术还可用于制造航天飞机的太阳能电池板，确保其在太空中的稳定性和可靠性。因此，机械制造工艺和精密加工技术在航空航天领域的应用，对于提高航空航天器的性能、质量和可靠性至关重要。随着科技的不断发展，这些技术的进步将进一步推动航空航天领域的发展。

4.3 机械制造工艺及精密加工技术在医疗设备领域的应用

（1）在制造医疗设备的过程中，需进行高精度的切削、磨削和抛光等工艺操作，以确保产品的质量和可靠性。

（2）在制造医疗诊断设备时，需使用机械制造工艺来制造各种精密零部件，如光学元件、精密齿轮和滑轨等。这些零部件需具有高精度、高耐磨性和高可靠性等特点，以确保设备的精确度和使用寿命。

（3）机械制造工艺和精密加工技术在医疗设备领域的应用还涉及许多其他方面，如医疗器械的加工和组装、医用材料的加工和制备、医疗设备的维修和保养等。例如，利用数控机床和激光加工技术制造医疗器械，能够提高生产效率和质量，降低成本。

4.4 机械制造工艺及精密加工技术在微电子领域的应用

机械制造工艺和精密加工技术在微电子领域的应用，提高了微电子元件和设备的质量和可靠性，推动了电子设备的不断进步和发展。

（1）微电子领域对零件的精度和质量要求极高，这正是精密加工技术大显身手的地方。例如，在制造大规模集成电路和微处理器等微电子元件时，需使用精密加工技术来确保产品的尺寸和形位精度及表面光洁度等要求。这些微电子元件是电子设备的核心部件，其质量和性能直接影响到整个电子设备的性能和使用寿命。

（2）机械制造工艺在微电子领域也有着广泛的应用。例如，在制造半导体芯片时，需使用机械制造工艺来制造各种精密零部件，如引脚、连接器和支架等。这些零部件需具有高精度、高耐磨性和高可靠性等特点，以确保产品的质量和可靠性。

5 机械制造工艺及精密加工技术的前景展望

随着科技的不断发展，机械制造工艺及精密加工技术的未来发展前景十分广阔。在未来，机械制造工艺及精密加工技术将更加注重数字化、智能化、绿色化等方面的研究与应用。数字化制造将更加普及，通过先进的测量技术和数据处理技术，实现高精度的数字化制造将成为常态。智能化制造将更加普及，通过机器人技术、物联网技术等实现制造过程的智能化和自动化将成为主流。绿色化制造将更加重要，通过环保技术和可持续发展理念实现资源的高效利用和减少环境污染将成为关注的焦点。同时，随着新兴技术的应用和推广，机械制造工艺及精密加工技术的应用领域也将更加广泛，如在新能源领域、智能制造领域等都将有更广泛的应用。

6 结束语

机械制造工艺和精密加工技术是现代制造业的核心技术，在各个领域中都有着广泛的应用。这些技术对于制造高质量、高效率的产品非常重要，能够提高生产效率、降低成本、提高产品质量和延长产品使用寿命。特别是在工业制造领域中，机械制造工艺和精密加工技术的应用能够促进工业制造的发展与创新，提高我国制造业的竞争力。同时，这些技术也是医疗设备和微电子领域中不可或缺的，为人们的健康和电子设备的进步提供了重要的支持。总之，机械制造工艺和精密加工技术的不断发展和创新，将为现代制造业的发展提供更加强有力的支持，促进工业制造的进步和创新。