陳志廣

齊齊哈爾斯潘塞重工裝備有限公司，中國·黑龍江 齊齊哈爾 161002

機(jī)械設(shè)計；機(jī)械制造；技術(shù)

1 引言

如今，在中國生產(chǎn)力發(fā)展的過程中，機(jī)械化是至關(guān)重要的技術(shù)表現(xiàn)。在生產(chǎn)加工機(jī)械化進(jìn)程中，機(jī)械設(shè)計和機(jī)械制造技術(shù)發(fā)揮了重要作用。機(jī)械設(shè)計是基于相關(guān)需求，對機(jī)械結(jié)構(gòu)、功能配置等方面進(jìn)行設(shè)計的過程，要求兼顧科學(xué)性、實用性和創(chuàng)新性。機(jī)械制造是對機(jī)械設(shè)計理念和方案的落實過程，要求具備工藝嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性。顯然，機(jī)械設(shè)計和機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展是相輔相成的，需要相關(guān)技術(shù)人員投入大量精力進(jìn)行研究和實踐。

2 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計與機(jī)械制造相關(guān)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題

2.1 機(jī)械設(shè)計

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計更多依靠技術(shù)人員的經(jīng)驗和不斷試錯，往往需要消耗大量的時間、資金成本，才能完成一個比較成熟的機(jī)械設(shè)計方案。雖然中國很多企業(yè)在機(jī)械系統(tǒng)創(chuàng)新設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計方面成立了相應(yīng)的部門，但是設(shè)計進(jìn)度慢、各部門協(xié)調(diào)性不強(qiáng)，成為制約機(jī)械設(shè)計技術(shù)發(fā)展的重要因素。另外，當(dāng)前中國在機(jī)械制造方面的創(chuàng)新性不足，多數(shù)都按照國際的相關(guān)設(shè)計理念進(jìn)行改進(jìn)，缺乏相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)，導(dǎo)致中國機(jī)械化技術(shù)的發(fā)展很大程度上受到國際企業(yè)和市場的限制。但是，近年來中國鼓勵技術(shù)創(chuàng)新，部分技術(shù)企業(yè)在探索中逐漸將高新技術(shù)與機(jī)械設(shè)計技術(shù)融合起來，加上企業(yè)對創(chuàng)新性機(jī)械設(shè)計的鼓勵，讓一些具備創(chuàng)造性和科學(xué)性的機(jī)械設(shè)計理念和作品進(jìn)入到實際生產(chǎn)領(lǐng)域之中，給生產(chǎn)加工行業(yè)及人們的生活帶來了便利[1]。

2.2 機(jī)械制造

和傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備不同，中國當(dāng)代機(jī)械系統(tǒng)不僅在機(jī)械構(gòu)造方面更復(fù)雜，更重要的是還涉及到傳統(tǒng)動力、電氣、數(shù)控、信息化等多種技術(shù)，這些都給機(jī)械制造工藝提出了更高的要求。尤其是在精細(xì)化加工的大背景下，高精度、低誤差成為機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的核心標(biāo)準(zhǔn)之一。顯然，機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)一方面需要不斷升級加工制造系統(tǒng)，滿足創(chuàng)新性機(jī)械設(shè)計方案的需求，另一方面需要不斷提升工藝水平，提高制造效率、精度和質(zhì)量。如今，基于數(shù)控技術(shù)的機(jī)械化加工已經(jīng)出成為中國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的主要加工方式，尤其在高精度加工方面的技術(shù)水平已經(jīng)達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。

3 現(xiàn)代主要的機(jī)械設(shè)計技術(shù)和應(yīng)用分析

3.1 數(shù)字化設(shè)計技術(shù)

數(shù)字化設(shè)計是目前機(jī)械設(shè)計中比較常用的技術(shù)，是中國數(shù)字化背景下至關(guān)重要的設(shè)計模式之一。數(shù)字化設(shè)計技術(shù)主要是通過數(shù)字化建模來完成初期設(shè)計，然后通過計算機(jī)軟件對設(shè)計方案的可行性進(jìn)行分析，再逐步調(diào)試達(dá)到最佳設(shè)計方案。顯然，數(shù)字化設(shè)計技術(shù)是基于機(jī)械系統(tǒng)全生命周期進(jìn)行考慮的，可以進(jìn)一步提升機(jī)械系統(tǒng)整體性和實用性，并能優(yōu)化資源配置，降低設(shè)計成本。

3.2 自動化和智能化機(jī)械設(shè)計

自動化設(shè)計技術(shù)主要是基于對現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)測，收集相關(guān)數(shù)據(jù)信息，包括機(jī)械動能、運(yùn)行效率、故障率、局部磨損情況、元件更換率、運(yùn)行成本、運(yùn)行效益等?；诙喾降臄?shù)據(jù)信息的分析，從機(jī)械設(shè)計的角度進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。基于信息化技術(shù)的應(yīng)用，整個數(shù)據(jù)信息收集、分析和落實到機(jī)械設(shè)計改良的過程，智能化設(shè)計的概念逐步成型。自動化和智能化設(shè)計是未來中國機(jī)械設(shè)計技術(shù)的發(fā)展方向，也是提高設(shè)計科學(xué)性和可行性的關(guān)鍵[2]。

3.3 并行化和綜合化設(shè)計技術(shù)

在機(jī)械化產(chǎn)品應(yīng)用面越來越廣的大環(huán)境下，人們對機(jī)械系統(tǒng)的功能和運(yùn)行品質(zhì)要求更高。為此，機(jī)械設(shè)計不能進(jìn)行停留在對單一機(jī)械功能進(jìn)行考慮的狀態(tài)，更多的時候需要完成多功能綜合機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域中，并行化設(shè)計還需要考慮不同類型技術(shù)的同步設(shè)計。因為現(xiàn)代機(jī)械系統(tǒng)不再單單使用一種動力系統(tǒng)或控制模塊，在動力方面會用到電能、燃油、燃?xì)狻⑻柲艿?，不同的能源形式涉及到的機(jī)械系統(tǒng)各有不同。而在控制系統(tǒng)方面會用到數(shù)控系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)等，不同的控制系統(tǒng)對應(yīng)的自動化水平不同。為了進(jìn)一步滿足不同領(lǐng)域用戶的需求，當(dāng)代機(jī)械設(shè)計技術(shù)需要兼顧多種動力類型和控制模式，最終完成綜合性的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計。

4 現(xiàn)代主要的機(jī)械制造技術(shù)的應(yīng)用分析

4.1 數(shù)控加工技術(shù)

機(jī)械制造是一個復(fù)雜的過程，在數(shù)控技術(shù)不斷發(fā)展的大環(huán)境下，數(shù)控技術(shù)在機(jī)械制造中的應(yīng)用可以提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量。尤其在精度要求較高、零件比較復(fù)雜的機(jī)械元器件生產(chǎn)中，數(shù)控車床憑借較好的靈活性和通用性，表現(xiàn)出很高的應(yīng)用價值。如今，小到零部件制造，大到汽車、工程機(jī)械制造，再到軍事、航天產(chǎn)業(yè)中，數(shù)控加工技術(shù)都是中國機(jī)械制造中不可或缺的關(guān)鍵性技術(shù)。

4.2 計算機(jī)輔助技術(shù)

計算機(jī)技術(shù)是當(dāng)今時代的主流技術(shù)，改變了人們的思維和發(fā)展模式。在機(jī)械制造領(lǐng)域當(dāng)中，計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械制造過程的控制管理，還能通過收集和分析相關(guān)數(shù)據(jù)，對機(jī)械制造方式進(jìn)行改良。CAD 以及CAM等計算機(jī)輔助技術(shù)的應(yīng)用，讓機(jī)械制造的方式更為多元化，同時其也避免了人工操控和管理存在的誤差風(fēng)險，進(jìn)一步提高了機(jī)械制造水平。

4.3 精密加工技術(shù)

如今的機(jī)械化工業(yè)制造行業(yè)更注重精細(xì)化加工，高精度零件、儀器的制造，代表著一個國家的尖端工業(yè)科技水平。因此，當(dāng)下中國的機(jī)械制造技術(shù)逐漸在向精密加工方向發(fā)展，涵蓋了材料科學(xué)、計算機(jī)、航空航天等技術(shù)領(lǐng)域。尤其是綜合了自動控制技術(shù)的機(jī)械加工系統(tǒng)，可以實現(xiàn)0.01μm 亞納米級別的精密加工。無論從推動社會發(fā)展的角度，還是提高國家競爭力的角度來看，精密機(jī)械加工技術(shù)，都是中國未來需要努力的方向[3]。

4.4 高速切削和高速磨削技術(shù)

在機(jī)械制造過程中，切削和磨削工藝十分常見，而切削、磨削速度則與加工質(zhì)量息息相關(guān)。如今，中國相關(guān)機(jī)械制造加工產(chǎn)業(yè)開始采用新型切削刀具和磨削材料，結(jié)合精度和速度極高的切削和磨削工藝，可以提升加工精度和材料去除率。從另一個角度來講，高速切削和磨削技術(shù)的應(yīng)用，可以降低材料形變量，進(jìn)而對材料本身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的破壞，并且加工過程中產(chǎn)生的熱量相對較少，具有制造精度高、成本低等特點。

4.5 新興機(jī)械制造技術(shù)

在中國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)當(dāng)中，技術(shù)人員正在積極研發(fā)新的技術(shù)，或是對傳統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行改良。這些新的技術(shù)構(gòu)想和研究方向，對進(jìn)一步提高機(jī)械加工效率、精度、質(zhì)量和效益，都有重要的價值。下面主要分享三個有代表性的新興機(jī)械制造技術(shù)。

第一，虛擬軸機(jī)床。這是一種以智能機(jī)器人為核心的自動化機(jī)械制造技術(shù)，和傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床不同的是，該技術(shù)充分發(fā)揮了智能化計算機(jī)系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)勢。通過大量的數(shù)據(jù)和邏輯模塊，讓計算機(jī)中樞能夠?qū)︿浫氲募庸ひ筮M(jìn)行分析，選擇更優(yōu)的加工方式。同時，在加工過程中實時評估各項數(shù)據(jù)，提高加工準(zhǔn)確率。

第二，輕量化制造技術(shù)。傳統(tǒng)的機(jī)械制造車間需要用到大量的夾具，這是傳統(tǒng)生產(chǎn)加工模式所決定的。但是，夾具的存在不僅會導(dǎo)致機(jī)械加工成本增加，還會影響加工系統(tǒng)運(yùn)行效率和精準(zhǔn)度，更會影響產(chǎn)品柔性和質(zhì)量。中國目前一些機(jī)械制造的頭部企業(yè)正在研究一種不用家具或減少夾具使用量的加工技術(shù)，這種輕量化的制造加工技術(shù)需要從加工機(jī)床自身的構(gòu)造和控制系統(tǒng)入手，打造具備綜合性的制造加工系統(tǒng)。

第三，納米技術(shù)。納米技術(shù)一直都是中國現(xiàn)代制造業(yè)中經(jīng)常被提及的技術(shù)概念，目前中國精密制造產(chǎn)業(yè)已經(jīng)達(dá)到亞納米級別，正在像納米級技術(shù)方向努力。納米級制造技術(shù)，對任何機(jī)械制造品而言，不僅可以大幅度雖小機(jī)械系統(tǒng)體積，還可以節(jié)省大量材料成本，具有很好的經(jīng)濟(jì)價值和技術(shù)價值。

5 結(jié)語

綜上所述，對機(jī)械的設(shè)計、制造和應(yīng)用，是現(xiàn)代人類文明生產(chǎn)力發(fā)展的象征。在全新的歷史時期當(dāng)中，中國機(jī)械設(shè)計和機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)受到傳統(tǒng)思維和應(yīng)用環(huán)境的影響，存在著一些不足和亟待改進(jìn)的地方。這要求相關(guān)技術(shù)企業(yè)積極創(chuàng)新思維，秉承科學(xué)性、實用性和創(chuàng)新性的原則，完成更有價值的機(jī)械設(shè)計方案，提高企業(yè)核心競爭力。同時，在機(jī)械制造領(lǐng)域中要對數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息化技術(shù)等進(jìn)行綜合性研究，構(gòu)建更高效、更精準(zhǔn)、更智能化的機(jī)械制造體系。只有這樣，才能不斷提高機(jī)械設(shè)計制造水平，推動中國社會生產(chǎn)力的進(jìn)一步發(fā)展。