精密加工技术在机械制造业中的创新实践

一、引言

在机械制造业的发展进程中，精密加工技术凭借其高精度、高质量的加工优势，成为推动行业进步的关键力量。从航空航天领域的高精尖零部件制造，到汽车工业的高效能部件生产，再到电子设备的微型化精密加工，精密加工技术不断革新，重塑着机械制造业的格局。

二、精密加工技术概述

（一）超精密加工技术

超精密车削以高精度车床为载体，其结构采用液体静压轴承、气浮导轨等技术，具备极高的回转精度与直线运动精度，部分高精度车床主轴回转精度可达 。在加工过程中，刀具材料对加工精度影响显著，金刚石刀具凭借其硬度高、耐磨性强、刃口锋利等特性，常被用于超精密车削，可实现纳米级的加工精度。超精密磨削是利用细粒度砂轮，通过微切削、塑性流动和滑擦等作用，实现工件表面的高精度加工。

（二）特种加工技术

电火花加工基于放电蚀除原理，在工具电极与工件电极之间施加脉冲电压，当间隙达到一定值时，介质被击穿产生火花放电，瞬间高温使金属材料熔化、气化并被抛出，从而实现材料去除。加工设备主要由脉冲电源、间隙自动调节器、机床本体和工作液循环系统组成。激光加工利用激光的热效应或光化学效应，将高能量密度的激光束聚焦到工件表面，使材料瞬间熔化、气化或发生化学反应，实现材料的去除、连接或改性。

三、精密加工技术在机械制造业中的创新实践案例

（一）航空航天领域

在航空发动机叶片加工中，超精密加工技术发挥着关键作用。采用五轴联动超精密加工机床，结合金刚石刀具和微量切削技术，可实现叶片型面的高精度加工，加工精度达到±0.005mm，表面粗糙度Ra＜0.4μm。为提升叶片的气动性能和耐高温性能，通过创新工艺在叶片表面加工出微米级的气膜冷却孔，采用电火花加工或激光加工技术，可精确控制孔径和孔的位置精度，确保冷却效果。特种加工技术在航空复杂结构件制造中得到广泛应用。以飞机机翼的整体壁板为例，采用激光切割技术替代传统的机械加工方法，可减少加工余量，提高材料利用率，同时实现复杂外形的精确加工，切割精度可达±0.1mm。

（二）汽车制造领域

在汽车发动机缸体加工中，精密加工技术不断创新。采用高速加工中心和高精度刀具，对缸体的缸孔、顶面、底面等关键部位进行加工，通过优化加工工艺和刀具路径，可将缸孔的圆度误差控制在0.003mm 以内，圆柱度误差控制在 0 . 0 0 5 m m 以内，表面粗糙度 Ra＜0.8μm，提高发动机的密封性和动力性能。激光加工技术在汽车零部件表面强化和改性处理中展现出独特优势。

（三）电子设备制造领域

在 MEMS 器件制造中，精密加工技术不断创新突破。光刻工艺作为 MEMS 加工的核心技术之一，通过使用深紫外光刻技术和电子束光刻技术，可实现亚微米级甚至纳米级的图形转移精度，用于制造MEMS 器件的微结构，如加速度计的梳齿结构、陀螺仪的振动结构等。超精密加工技术在半导体芯片制造中起着决定性作用。晶圆切割采用高精度的划片机，通过优化切割工艺参数和刀具选择，可将切割精度控制在 ± 2 μ m 以内，减少芯片在切割过程中的损伤，提高芯片的成品率。

四、精密加工技术创新实践面临的问题

（一）技术层面

当前精密加工技术在进一步提高加工精度时面临诸多限制。从物理层面来看，热变形、振动和磨损等因素严重影响加工精度。加工过程中产生的切削热会导致工件和机床的热变形，即使微小的热变形也可能使加工精度偏离设计要求；机床的振动会使刀具与工件之间产生相对位移，造成表面粗糙度增加和尺寸精度下降；刀具和砂轮的磨损则会改变其几何形状，影响加工精度。在精密加工中，追求高精度往往会导致加工效率下降。为保证加工精度，通常需要采用较小的切削用量、较慢的加工速度和更精细的加工工艺，这无疑会延长加工时间，降低生产效率。

（二）成本层面

精密加工设备价格昂贵，一台高精度的五轴联动加工中心价格可达数百万元甚至上千万元，超精密车床、磨床等设备价格更高 。先进的特种加工设备如激光加工设备、电火花加工设备，其购置成本也十分高昂。同时，精密加工技术的研发投入巨大，企业需要投入大量资金用于新技术、新工艺的研究和开发，以及专业人才的培养。精密加工设备对使用环境要求苛刻，需要在恒温、恒湿、洁净的环境中运行，这增加了设备的运行成本。设备的日常维护和保养也需要专业人员和专用工具，维护费用高昂。

（三）人才层面

精密加工领域专业技术人才培养体系尚不完善，高校相关专业的课程设置和教学内容与实际生产需求存在一定差距，培养的人才实践能力不足。同时，精密加工技术发展迅速，新设备、新工艺不断涌现，现有人才的知识更新速度难以跟上技术发展步伐，导致专业技术人才短缺。精密加工技术涉及机械、电子、材料、计算机等多学科知识，具有复杂性和专业性强的特点，人才培养难度大。

五、精密加工技术创新实践的发展策略

（一）技术创新与突破

加强产学研合作，整合高校、科研机构和企业的优势资源，共同研发具有创新性的精密加工工艺和方法。例如，研究新型的切削加工技术，如超声振动切削、低温切削等，通过引入外部能量或改变加工环境，降低切削力和切削热，提高加工精度和效率；探索新的特种加工技术，如等离子体加工、磁流体加工等，拓展精密加工技术的应用领域。将人工智能、大数据、物联网等技术融入精密加工，实现智能化加工。通过在加工设备上安装传感器，实时采集加工过程中的温度、振动、切削力等数据，利用大数据分析技术对数据进行处理和分析，预测设备故障和加工质量变化趋势，提前采取措施进行预防和调整。

（二）成本控制与优化

企业应根据自身的生产需求、产品定位和资金实力，合理选择精密加工设备和技术。对于中小企业，可以采用设备租赁、合作生产等方式，降低设备购置成本；在技术引进方面，优先选择性价比高、适用性强的技术，避免盲目追求高端设备和技术。同时，加强企业间的技术合作和资源共享，共同开展技术研发和设备使用，降低研发成本和设备闲置率。

（三）人才培养与引进

高校和职业院校应加强精密加工专业建设，优化课程设置，增加实践教学环节的比重，将理论教学与实际生产紧密结合。引入企业参与教学过程，开展校企合作办学，共同制定人才培养方案、建设实训基地、开发教学资源，培养适应企业需求的实用型人才。

六、结论

精密加工技术在机械制造业的创新实践中取得了显著成果，从航空航天到汽车制造，再到电子设备制造，其应用极大地提升了产品的精度、性能和质量，推动了各领域的技术进步。

参考文献：

[1] 李伟， 王建国， 张强. 超精密加工技术在航空航天制造中的应用进展[J]. 机械工程学报， 2021， 57（11）： 1-15.

[2] 陈明， 刘志峰， 王成勇. 微细切削加工技术创新及在精密模具制造中的应用[J]. 中国机械工程， 2020， 31（8）： 901-912.

[3] 赵万华， 卢秉恒， 丁玉成. 增材制造与精密加工复合制造技术研究进展[J]. 机械工程学报， 2022， 58（5）： 1-13.