劉超逸

（中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100000）

機(jī)械設(shè)計(jì)制造原理與自動(dòng)化特點(diǎn)研究

Mechanical design and manufacturing principles and automation characteristics

劉超逸

（中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院，北京 100000）

在本文，筆者首先以特種設(shè)備為例，介紹機(jī)械設(shè)計(jì)制造的原理，然后再分析機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化特點(diǎn)，并據(jù)此展望機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的發(fā)展方向。

機(jī)械設(shè)計(jì)制造；自動(dòng)化；發(fā)展方向

機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)是一門(mén)傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性行業(yè)，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展發(fā)揮著重要的作用。但面對(duì)工業(yè)化進(jìn)程的加快及工業(yè)生產(chǎn)要求的提高，機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)急需進(jìn)行改革，即利用新興科技來(lái)提高機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)的自動(dòng)化水平和服務(wù)水平。

1 機(jī)械設(shè)計(jì)制造原理

特種設(shè)備的設(shè)計(jì)制造方法按能量來(lái)源、作用形式及加工原理可分為電火花加工、電化學(xué)加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、等離子弧加工及超聲加工。本文重點(diǎn)討論特種設(shè)備的電火花加工，而電火花加工的機(jī)理主要分為以下四個(gè)階段。

1.1 極間介質(zhì)的電離、擊穿

工具電極與工件電極之間存在間隙，因此兩者的電路通電時(shí)會(huì)形成斷路，且兩者之間分布著一個(gè)電場(chǎng)（電場(chǎng)強(qiáng)度E=U/D）和一個(gè)電壓U。當(dāng)工具電極與工件電極相互接近、放電間隙逐漸縮小時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)瞬間增至無(wú)限大。當(dāng)E增至約105 V/mm時(shí)，距離兩端電極最近的峰點(diǎn)A/B處的電子便會(huì)從陰極表面移至陽(yáng)極表面；電流與電子流在電場(chǎng)作用下分別從陽(yáng)極移至陰極、從陰極快速朝陽(yáng)極移動(dòng)，同時(shí)電子與工作液介質(zhì)發(fā)生碰撞，并形成碰撞電離；電子流移動(dòng)至陽(yáng)極處時(shí)，介質(zhì)被擊穿，并形成放電通道。

1.2 火花放電與電極材料的熔化、氣化、熱膨脹

當(dāng)工作液介質(zhì)被電離、被擊穿并形成放電通道之后，正離子與負(fù)電子分別從陰極、陽(yáng)極高速移動(dòng)，此時(shí)反方向的粒子流相互摩擦碰撞，并對(duì)陰陽(yáng)極表面進(jìn)行轟擊，外加功能轉(zhuǎn)換形成大量的熱能，從而引起通道中心溫度瞬間升高至10 000 ℃。此時(shí)，通道溫度足以熔化正負(fù)極的表面材料，并使工作液介質(zhì)發(fā)生汽化反應(yīng)。

1.3 電蝕產(chǎn)物的拋出

陰陽(yáng)極之間的電火花使放電通道瞬時(shí)的溫度和壓力很高，其中壓力最高的部位是通道中心，此時(shí)汽化后的工作材料與工作液持續(xù)向外膨脹，并形成瞬間的內(nèi)外壓力差，而高壓處的蒸汽及熔融金屬液體瞬時(shí)被局部高壓微爆炸向四周拋出，注意工作液使多數(shù)電蝕產(chǎn)物冷結(jié)呈小且細(xì)的圓球顆粒（冒煙現(xiàn)象），而未被冷卻的部分卻被局部微爆炸拋至陰陽(yáng)極以外（桔紅色火花）。

1.4 極間介質(zhì)的消電離

當(dāng)脈沖電壓降至零點(diǎn)時(shí)，脈沖電流也隨之降至零點(diǎn)，電極恢復(fù)至斷路狀態(tài)，此時(shí)脈沖放電結(jié)束。當(dāng)脈沖放電結(jié)束時(shí)，電極與工件上有凹坑，工作液中有小氣泡、炭黑及金屬微粒。對(duì)此，應(yīng)在下一脈沖到來(lái)之前，完全排出電蝕產(chǎn)物，使剩余帶電粒子變回中性粒子，工作液介質(zhì)消電離，恢復(fù)陰陽(yáng)極之間的絕緣狀態(tài)。

結(jié)合電火花加工機(jī)理可知，包括特種設(shè)備在內(nèi)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)正逐步朝高可靠性、高效率、多功能化及智能化方向發(fā)展，因此自動(dòng)化定將成為機(jī)械設(shè)計(jì)制造行業(yè)最為顯著的特點(diǎn)。

2 機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化特點(diǎn)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化是指將電子技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，并使多種技術(shù)相互滲透，以優(yōu)化機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化過(guò)程，從而提高連續(xù)自動(dòng)生產(chǎn)的人性化和智能化。據(jù)此定義可知，與傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造相比，現(xiàn)代化的機(jī)械設(shè)計(jì)制造更具優(yōu)勢(shì)，而此種優(yōu)越性直接反應(yīng)的便是機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化特點(diǎn)。

（1）傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)制造所用的許多不科學(xué)的部件被各種電子元器件所取代，從而使工作的安全性更高、使用壽命更長(zhǎng)。

（2）傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)制造由人負(fù)責(zé)操作，且操作繁瑣、操作難度大，與此相比，現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)制造僅需輸入對(duì)應(yīng)的控制程序，便能實(shí)現(xiàn)全程操作。

（3）現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造業(yè)采用多種高科技相互融合的發(fā)展策略，因此既能滿足各種場(chǎng)合的應(yīng)用需要，同時(shí)也支持非人工操作，從而使在惡劣環(huán)境中工作的安全性更高。

（4）與傳統(tǒng)的設(shè)備相比，微控制技術(shù)、信息處理技術(shù)及自動(dòng)化技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用使現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)制造機(jī)器的自動(dòng)化與智能化水平更高，同時(shí)也能實(shí)現(xiàn)更高的準(zhǔn)確率和工作效率。

（5）現(xiàn)代的機(jī)械設(shè)計(jì)制造裝有配套的控制系統(tǒng)，用來(lái)檢測(cè)操作過(guò)程出現(xiàn)的安全隱患，并能對(duì)安全隱患進(jìn)行源頭定位，以便技術(shù)人員及時(shí)做出反應(yīng)，從而可使機(jī)械工作的穩(wěn)定性和安全性更高。但與此相比，傳統(tǒng)機(jī)械制造行業(yè)的安全性更低，即傳統(tǒng)的未裝設(shè)任何監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)，也無(wú)法及時(shí)排除和修復(fù)各種隱性故障。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的發(fā)展方向

綜合機(jī)械設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化特點(diǎn)可知，機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化的發(fā)展方向有：機(jī)電一體化，此乃機(jī)械自動(dòng)化的延伸和發(fā)展；智能化，即以控制理論為基礎(chǔ)，吸收計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能、模糊數(shù)學(xué)、運(yùn)籌學(xué)等新思想及對(duì)人的智能進(jìn)行模擬，使之具備人所具備的邏輯思維等能力；模塊化，即運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)單元來(lái)實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的快速開(kāi)發(fā)和規(guī)?；a(chǎn)；網(wǎng)絡(luò)化，即網(wǎng)絡(luò)的普及使各種遠(yuǎn)程控制技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)興起，而遠(yuǎn)程控制所用的終端設(shè)備便為機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品，同時(shí)各種家用電器通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接成計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使得各種家庭活動(dòng)更加便利；微型化，微型機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品泛指幾何尺寸≤1 cm3且逐漸向微米級(jí)、納米級(jí)方向發(fā)展的產(chǎn)品；綠色化，綠色化的機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品指的是用時(shí)不會(huì)造成環(huán)境污染，報(bào)廢時(shí)具有回收利用價(jià)值的產(chǎn)品；人格化，即機(jī)械自動(dòng)化產(chǎn)品以人為最終使用對(duì)象，因此賦予此類產(chǎn)品人性化、情感化、智能化的特點(diǎn)，對(duì)提高產(chǎn)品的服務(wù)能力非常重要；對(duì)生物機(jī)理進(jìn)行模仿。

綜上所述，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化技術(shù)的興起和運(yùn)用能有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)的不足，即提升機(jī)械產(chǎn)品的安全性、穩(wěn)定性；擴(kuò)寬產(chǎn)品的應(yīng)用面；滿足不同的市場(chǎng)需求；符合時(shí)代發(fā)展及人類文明進(jìn)步的要求。

［1]范敬偉. 國(guó)內(nèi)機(jī)械設(shè)計(jì)制造原理與自動(dòng)化發(fā)展前景［J］. 科技致富向?qū)В?015，11：167.

［2]何來(lái)浩. 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)探析［J］. 科技與企業(yè)，2015，06：203.

［3]張磊. 機(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)分析［J］. 南方農(nóng)機(jī)，2015，05：19～20.

［4]劉麗霞. 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)及發(fā)展趨勢(shì)探析［J］. 科技致富向?qū)В?014，11：162.

［5]王宏霞，朱芬芳，吳燕華. 電火花特種加工技術(shù)及應(yīng)用［J］. 新技術(shù)新工藝，2010，10：60～62.

（P-01）

大日本印刷公司開(kāi)發(fā)出吸附性低強(qiáng)度高的包裝薄膜

新近，大日木印刷公司開(kāi)發(fā)出一種吸附性低強(qiáng)度高的包裝薄膜。使用該薄膜可有效抑制吸附藥品和化妝品等含有的有效藥物成分和香氣成分。該包裝材料是運(yùn)用該公司的薄膜制備技術(shù)和層壓技術(shù)制備而成，它具備在控制薄膜吸附性低的同時(shí)，薄膜的密封性能還比以往的聚丙烯腈薄膜高2～3倍，具有用途多樣化及可以適用于各種包裝形態(tài)的優(yōu)點(diǎn)。

（燕豐供稿）

TH16

1009-797X（2016）04-0009-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.04.005

劉超逸（1987-），男，助理工程師，大學(xué)本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械設(shè)計(jì)制造自動(dòng)化類。

2015-12-26