现代机械制造技术的主要特征与发展趋势

现代机械制造技术的主要特征与发展趋势

摘要：机械制造业已经熔入电子学、信息科学、材料学、生物学、管理科学等

最新科学成就，现代制造技术的发展趋势有三个方面：高精度、高效自动化和特

种加工。

关键词：现代机械制造；主要特征；发展趋势

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）09-0002-02

0 引言

当时间的脚步跨入二十一世纪，机械制造业已经不再是传统意义上的机械加

工了。现代制造技术是集机械、电子、光学、信息科学、材料学、生物学、管理

科学等最新科学成就为一体的新兴的科学与工业的综合体系。现代机械制造技术

不仅在它的信息处理与控制等方面运用了电子技术、计算机技术、激光加工技术，而且在加工机理、切削过程乃至所用的刀具、模具，无不融入了高新技术。

1 现代机械制造技术主要特征

1.1 CAD/CAM的广泛应用和开发。计算机及其网络技术的迅速发展，使机械

技术、制造和理论计算融为一体。

1.2 设计与工艺一体化。随着科学技术的迅速发展、市场竞争的日益加剧、社会需求的日益多样化，更新换代加快、品种越来越多、批量越来越少。因此，小

批量的生产在产品生产中已成为主流，出现了面向制造设计的并行工程（CE）和

精良生产（LP）新技术，使设计与工艺一体化。随着计算机的普及与网络技术的

迅速发展，设计与工艺一体化进程正在加速发展。

1.3 制造技术已成为系统。传统的制造技术与高新技术的发展，使得制造技术集成一个有机的整体，构成从产品开发和设计→制造→进入市场→返回产品开发

与设计的大系统，这是一个重大的突破。现代制造系统正向着柔性化、集成化、

智能化方向发展。

1.4 机械制造与电子技术、计算机技术的结合越来越紧密。数控技术、计算机辅助设计与制造、工业机器人、柔性制造系统、计算机集成制造系统等已成为提

高劳动生产率的强大手段，成为制造业现代化的标志。工业化国家数控机床占机

床安装的总量，一般在10%以上。而我国则远远达不到这个比例，且多数为经济

型数控机床。因此，我国数字化制造技术的应用水平还比较低。

1.5 注重环保。将有限的资源进行最大限度的利用，并最大可能地进行回收再利用，这已经成为现代机械制造技术的重要课题之一。

2 现代制造技术的发展趋势

随着宇航、电子、激光等现代科学技术的发展，对机械加工技术提出了越来

越高的要求。现代制造技术的发展趋势有三个方面：高精度、高效自动化和特种

加工。

2.1 精密制造技术。精密制造技术包括精密加工和超精密加工技术、微细加工和超微细加工技术、微型机械制造技术等。精密加工和超精密加工的主要方法是

精密切削和精密磨削技术等。其加工精度已由微米（μm）向纳米级发展。

尖端技术产品对零件提出了越来越高的精密要求。例如：飞机、潜艇、导弹

上的精密陀螺框架、集成电路的各种基片、大型天文望远镜的透镜都需要常规技

术无法达到的精度。适应现代技术发展的精密、超精密加工技术是满足高精度要

求的有效手段。目前，加工精度在0.1微米（μm）以下、表面粗糙度（Ra）在

0.02微米（μm）以下的加工方法称为精密加工。超精密加工技术的发展依赖并促进了机械、电子、计算机、光学、材料学的发展。实际上，精密和超精密技术反

映了一个国家技术水平的高低。

科学家们预言，在未来的10-15年内，纳米技术的开发将成为仅次于芯片制

造的世界第二大制造业。目前，已研制成功纳米管、极小的微电机系统、微型机

器人等。在精密制造技术中，纳米技术是目前最先进的技术。纳米技术是单个原子、分子制造物质的科学技术，它对于21世纪的科学发展提供了一个新的技术

基础。

微细加工和超微细加工是一种特殊的精密加工，不仅精度高，而且尺寸十分

微小。其主要工艺方法是光刻（蚀）、沉淀、扩散、离子注入等。

微型机械制造技术是机械技术和电子技术在纳米级水平上相融合的产物，它

将是21世纪的核心技术。

2.2 制造系统的柔性化、集成化和智能化。现代制造技术的发展，使高质量和高效率成为可能。现代制造系统的发展是：NC（数控）→FMS（柔性制造系统）

→CIMS（计算机集成制造系统）→IMS（智能制造系统）。计算机集成制造系统

是一个工厂的全盘集成制造系统，它借助计算机将经营决策、产品设计、生产准备、零件加工、产品装配、检查和销售等各个自动化子系统有机地综合集成起来，成为高效益、高柔韧性、自动化、智能化的生产系统。先进工业国的柔性制造系

统已相当广泛。我国起步较晚，但数控技术和柔性制造技术也已得到较广泛的应用，CIMS（计算机集成制造系统）的研究已取得了相当的成就，并开始在全国进

行试点、推广，现已取得了良好的效果和效益。

2.3 特种加工技术。随着社会发展的需要，很多机械设备都有高温、高压、高速和高精度的要求，因而不断采用了一些新材料来制造零件，如淬火钢、耐热合金、硬质合金、硅、锗、宝石和金刚石等难加工材料。同时，很多零件的形状也

越来越复杂，如小孔、深孔、型孔、窄缝、弯孔和型腔等。用通常的金属切削加

工方法来加工这些零件已十分困难，有的根本就无法加工。这就需要探索新的加

工工艺和方法。

特种加工技术是一种直接利用电能、热能、光能、化学能、声能、电化学能

来进行加工的方法。它可以加工高强度、高硬度、高脆性、耐高温等难切削材料，以及精密细小和复杂形状的零件。特种加工如电化学加工、电解加工、电子束加工、超声波加工和激光加工、水射流加工等加工方法，已经开始在一些先进的制

造厂家中应用。

2.4 绿色化趋势。近几年来，如何有效地利用有限资源和最低限度地产生废物是当前制造科技领域面临的最大问题，绿色制造由此产生。绿色制造是一个综合

考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，它要求人们追求的目标由时间（Time）、质量（Quality）、成本（Cost）和服务（Service）这四个变成五个，即：时间（Time）、质量（Quality）、成本（Cost）、服务（Service）和环境（Environment），其中Environment就是指环境影响。同时，绿色制造涉及到产

品的整个生命周期和多个生命周期，因为某些产品和零部件报废后还可以直接或

经整修后，用于新产品中，所以有多个生命周期。产品多个生命周期工程所追求

的目标是：在产品多个生命周期内，使产品回收、利用的时间最长，对环境的负

面影响最小，资源的利用率最高。

综观我国机械制造业当前的发展前景，柔性化、集成化和智能化仍然是现代