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现代机械设计和机械制造相关技术探讨

时间:2020年06月07日 所属分类:推荐论文 点击次数:

摘要:绿色制造是环境保护,节约资源和能量,实现生态工业和社会可持续发展的一种途径。为了实现绿色制造的目的,就必须解决传统制造技术中资源能源耗费大、环境污染严重的问题,探索新型的绿色制造工艺。 关键词:绿色制造;新型的;制造工艺 1概述 我国是制

  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

制造技术与机床

  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。