机械加工技术范文

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关键词：多线切割技术；硅片生产流程；硅片切割工艺；硅片切割新技术

中图分类号： TU74 文献标识码： A

太阳能级硅片切割的历史

在上世纪80年代以前，人们在切割超硬材料的时候一般采用涂有金刚石粉的内圆切割机进行切割。然而随着半导体行业的飞速发展，人们对已有的生产效率难以满足，同时由于内圆切割的才来损失非常大，在半导体行业成本的摩尔定律的作用下，人们对于降低切割陈本，提高效率的要求欧越来越高。多线切割技术因此而逐步发展起来。多线切割机由于其更高效、更小的切割损失以及更高精度的优势，对于切割贵重、超硬材料有着巨大的优势，近十年来已取代传统的内圆切割成为硅片切割加工的主要方式。

在2003年以前，多线切割主要满足于半导体行业的需求，切割技术主要掌握在欧、美、日、台等国家和地区，国内半导体业务以封装业务为主，上游的晶圆切割技术远远落后于发达国家和地区，相关的设备制造研发也难有进展。

2003年随着太阳能光伏行业的爆发式增长，国内民营企业的硅片切割业务迅速发展起来。大量引进了瑞士和日本的先进的数控多线切割设备。这才使切割太阳能级硅片的多线切割机的数量开始在国内爆发式增长，相关的技术交流也开始在国内广泛兴起。

当前国内使用的硅片切割机的种类及特点

目前国内各个硅片切割厂家基本使用国际3大多线切割机的设备。也就是，瑞士的HCT、M+B、日本的NTC，另外近两年日本的TMC(东京制纲)线锯也开始打入国内市场，并取得了不错的销量。

太阳能级硅片制造的工艺流程

太阳能级硅片制造目前分为两种：一是多晶硅片的制造流程，一是单晶硅片的制造流程。由于硅片的外观有区别，所以两种硅片的制造过程会有不同，下面以图表的形式作以说明。

多晶硅片的制造加工流程

单晶硅片的制造加工流程

由以上的流程图可以看出，两种硅片的制造加工环节的区别主要在晶棒粘接前，这是由单晶棒和多晶硅锭的制造方式决定的。

多线切割机（线锯）的切割原理和工艺

多线切割机切割原理

多丝切割技术是近年来崛起的一项新型硅片切割技术，它通过金属丝带动碳化硅研磨料进行研磨加工来切割硅片。下图可以说简单说明其切割原理。

切割工艺简介

切割工艺主要涉及到以下几个参数：切割钢线的线速度，切割台速，砂浆流量和温度。下面分别作以说明。

4.2.1钢线的线速度

钢线的高速运动是砂浆的载体，碳化硅就是通过粘连在钢线周围的悬浮液对硅块进行切割的。切割过程中线速过低，线网承受的压力会很大，导致线弓变大，很容易出现断线；线速过快，虽然线网压力减小，但是带砂浆能力会减弱，砂浆来不及被带入硅块内，同样会导致切割产生锯痕等不良品。所以线速度要适中，既要保证一定的线弓，又要能够最大限度的将砂浆带入被切割的硅块中。

4.2.2切割台速

切割的工作台速度是很重要的参数，它不但影响着整个的加工时间，也在很大程度上决定了硅片的薄厚程度。台速设置过慢加工时间变长，这样浪费生产时间，这样也会使生产成本增加；台速设置过快，与砂浆的切割能力不匹配，会导致硅片在入刀、中间和出刀产生薄厚差距过大的情况，严重的会产生不合格硅片。

4.2.3砂浆的流量和温度

砂浆的流量一般在入刀、中间和出刀过程中有所区别。入刀时流量偏低，因为此时台速一般较慢，不需要很强的切割能力；中间阶段流量最大，需要保证砂浆的切割能力；出刀时可以降低流量也可以不降，由于切割后期碳化硅颗粒已经在很大程度上磨损，导致切割能力下降，所以可以不降流量的完成切割。

砂浆的温度最好在整个切割过程中保持不变，而且设置砂浆温度要根据悬浮液的粘度来定。由于悬浮液是一种醇类液体，有一定的粘度，符合粘温曲线的规律，所以粘度低一些的砂浆需要将切割时的温度设置低一些，保证其粘连性和冷却效果，反之，将温度设高即可。

以上只是切割过程中需要工艺人员合理设定的主要参数，真正能不能切割出良率较高的硅片，还跟原材料的品质，操作人员的操作水平等有较大关系，所以多线切割是一个多种因素交织在一起的生产模式，在实际的生产控制中需要把基础工作做牢，才能发挥工艺参数设置的合理作用。

硅片切割的最新技术及发展方向

多线切割设备和技术到目前为止也有30多年的发展时间了，这项技术也较产生初期有了相当大的发展。就当前太阳能硅片切割领域来看，出现了不少新设备、新技术、新材料，这些有的已经应用到实际生产中，有的属于研发和小规模应用阶段。下面可以举几个例子。

砂浆在线回收系统

国内太阳能级切片厂家刚起步的时候，基本采用人工配料，操作环境比较恶劣，工人劳动强度很大，砂浆制备过程中经常由于人为原因导致碳化硅添加不均匀，浆料搅拌不充分，从而对线锯切割产生较大影响。针对此种情况，近几年一些厂家开始设计并应用了砂浆回收和在线供给系统。砂浆的回收和供给通过管道来实现，加料搅拌通过机器设备来替代人工，并且系统中配有热交换子系统，可以保证客户需要的砂浆温度，从而更好的控制砂浆的粘度值。整个系统可以实现全自动化控制和运行。此种系统虽然投资较大，工程施工较复杂，但系统运行后节省了大量人力，并极大程度的保证了砂浆的供应质量。目前比较专业的厂家有德国赛锡公司、日本IHI公司和美国CRS系统。

金刚线切割技术

传统的多线切割技术是靠高速运动的钢线带动由悬浮液和碳化硅微粉混合配置的砂浆来进行切割的。参与切割的碳化硅在钢线上处于游离状态，砂浆在钢线圆周方向上包裹着，对硅块起到研磨的作用。这种传统的方式，砂浆需要较长时间的制备并且必须始终处于搅拌状态，其用量会随着切割硅块面积的增大而增大，切割的台速也不会太快。

目前有一种新的金刚现切割技术，其特点是将参与切割的砂粒镀到钢线上，切割时靠喷嘴中喷出的水进行冷却，完全不用再配置砂浆。这种方式可以完全抛弃砂浆，切割速度可以加快。但是钢线价格很高，钢线镀砂的均匀性技术也有待提高。虽然目前HCT和M+B等线锯厂家已经推出相应的金刚线设备进行开方甚至切片，但是在实际应用中还不甚理想，要想完全替代砂浆方式的线切割机还需要进一步研发和应用，并进行切割成本的降低工作。

结论

太阳能级硅片切割技术是特定领域的一种特殊的机械加工方式，它不同于传统的机械加工，但又是在其基础之上发展衍生而来的。这种技术有其本身的独特性，但同时也遵循着传统机械加工的规律。对于切片工艺的一些说明很多都是在生产实践中总结出来的， 只要符合多线切割的基本规律，就可以利用这些经验发现并解决实际生产中遇到的问题。当然，理论在不断地发展，经验也是需要不断地获取，只有针对各自工厂的实际情况并结合以往的理论和经验才能真正解决实际问题。

参考文献：

[1]万志峰.中国太阳能硅片线切割设备国产化的现状和趋势

[2]靳永吉.线锯切割失效机理.电子工业专用设备，2006,142：24-27

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关键词：数控机床；机械加工；制造行业

1 概述

近些年来，为了使产品在加工时的效率能够有效的提高，制造行业会通过降低产品成本、增强企业的竞争力等手段。数控机床的控制系统使机械加工制造行业的发展有了保障，并且能够通过机床的拉制使多轴联动加工，从而满足了生产机械加工的需求，使加工效率提高。1952年第一台数控铣床的出现，在制造行业的效率方面产生了很大的优势，特别是在效率高的方面使企业得益，本文从两个方面来体现数控组合机床加工技术的高效发展：（1）采用工艺优

化、刀具路径优化、高速切削和刀具结构优化来大大加快单台机床的工作效率；（2）在加工工件的需求上，把数台数控机床组合使机床自动化。

2 机械制造技术的发展现状

制造行业给人们带来了灿烂的物质文明。衡量国家经济发展的重要音速是制造业的发达程度，制造行业在很多国家的经济发展中起到举足轻重的作用，全球的竞争和经济的发展给制造业带来了很多新的挑战。为了适应今天的制造业发展，企业需要满足市场更高的要求，企业若是能在市场中鹤立鸡群，就必须对机械加工技术进行创新，并橛没Ц咝率的提供价格低、品质高、富有个性化的加工产品，这样让先进机械制造技术在用户和市场中能够赢得一片天地。

先进机械制造技术的主要特点：（1）包含机械科学、信息科学、系统科学、管理科学的一种综合学科；（2）以可持续发展、快捷制造、高效低成本为基本目标；（3）重视制造过程和体制的简洁合理化，管理与技术结合的全新的生产方式。

先进机械制造技术的主要发展趋势：（1）向高精度方向发展；

（2）向自动化、集成化、智能化方向发展；（3）特种化加工；（4）表面工程；（5）适应现代化社会、环境的可持续发展，节约资源的绿色制造化。而多工具联动控制机械加工技术是近代先进机械制造技术的一个重大发展和进步。

3 多工具联动控制机械加工技术的有关概论

3.1 多工具联动控制机械加工技术的含义

单工位多工具联动控制机械加工技术是基于某些曲面工件具有径向对称分布特征和回转特征特点下，在单一工位采用数个刀具同时进行的一种加工技术。而多工位多工具联动控制机械加工技术是基于一个工作台上存在的数个工位下，在其每个工位都才用单个刀具同时进行的一种加工技术。

3.2 多工具联动控制机械加工技术的优点

单工位多工具联动控制机械加工技术抛光特点有：灵活生产、刀具易规划、效率能大大提高等；因曲面工件具有径向对称分布特征和回转特征而使加工效率大大提高。多工位多工具联动控制机械加工技术抛光特点有：大批量生产性、控制简易性、高效性等。用这种方式加工可以一次加工输个工件，大大提高了加工效率，同步抛光数个工位，加工效率也会随着工位的增加而增加。专用磨具和工件分布对称，若要实现多工件和磨具同时运动，只需把单个磨具的刀具轨迹都规划好。加工数个工件可以用一台机床来完成，操作便易，工业生产可以实现大批量。

4 与多工具联动控制机械加工技术有关的工程应用

4.1 单工位多工具铝轮毂曲面机械抛光机床

抛光这道工序在铝合金汽车轮毂加工过程中很重要，这就需要无过抛变形、去除均匀的抛光表面材料，使其表面粗糙度提高到某值。但是因为代加工轮毂的表面很粗糙、形状很复杂、种类多和需要高效率等，国内电水壶和轮毂生产企业大都靠工人的经验来抛光。基于铝合金汽车轮毂其表面的特性，使用单工位多工具联动控制机械抛光可以大大加快了生产速度。

4.2 多工位多工具不锈钢电水壶机械抛光机床

为了精饰外观，不锈钢电水壶表面抛光在加工过程最后一步。但是抛光时，电水壶机械中大都是难抛光、形状各异、抛光质量和高效率需求的材料，使得现在电水壶机械抛光机床不能适合企业生产。但若要用人工进行电水壶抛光，则加工速度明显降低，抛光的质量也会不稳定，大大影响了电水壶行业的发展。抛光机床有三个工位可以一起抛光加工，加工时间缩短了2-3倍，工人的劳动力降低，产品的生产成本也会下降。专用磨具和工件分布对称，只需规划好单个磨具的刀具轨迹，工人就能快捷简单的操作。另外，机床上附带吸尘装置，可以控制加工环境，避免粉尘污染。

4.3 单工位和多工位多工具联动控制机械加工的关键技术

（1）设计多工具同时抛光并加工机床的结构。若加工机床的结构设计不合理，那么加工过程将会变得复杂，为了降低加工成本和保证产品质量，在机床的结构方面需要更加重视；（2）设计多工具姿态同时调节补偿器。在产品加工时，保证质量的关键是多工具同时协调，这就需要各个工具姿态相同。但是由于机床或工件会引起误差，造成不同时，则需要设计多工具姿态来调节补偿器；（3）设计多工位姿态同时调整装置。工件在制造时会发生旋转、移动等形式变化，多工位姿态由高度和角度构成，实现同步加工的手段就是调整装置让工件有合适的角度、高度和位置。

5 结束语

目前，单工位多工具铝轮毂曲面机械抛光机床和多工位多工具不锈钢电水壶机械抛光机床已经被企业生产利用，运行中的机床可靠平稳，基于抛光表面质量稳定，利用多工具联动控制机械加工技术抛光比人工抛光的效率增加了70%，和另外机械抛光方式比较有更大的优势。除此之外，多工具机床抛光会改善加工环境、使工人劳动力降低并减少污染，符合目前社会效应和经济利益。所以得出：多工具联动控制机械加工技术实用且高效。

参考文献

[1]王建伟.机械加工中电化学加工过程的可控性分析[J].中国新技术新产品，2012（13）：27-28.

[2]田浩天.机械加工机床工具箱的改进设计[J].黑龙江科技信息，2012（35）：20.

[3]王英伟，莫蓉，万能等.多粒度机械加工设计意图建模方法研究[J].工具技术，2014，48（6）：31-35.

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关键词：机械加工；切削液；绿色机械加工应用技术

低碳经济发展时代，人们在追求发展速度的同时，也对环境发展问题更加关注。关注环境，实现经济的可持续发展是当前人们对经济发展的要求。各行业已接受了绿色环保发展理念。制造业也在不断改革创新，转型提速谋求新发展。试图通过技术更新，以减少污染排放，实现零排放、零污染的理想状态。对机械制造业而言，实现绿色加工技术是机械制造业企业发展的目标。机械制造业实施绿色技术能实现高效发展，降低环境污染，实现零污染，提升机械制造业企业的竞争力，本着可持续发展的目标以实现共赢发展。基于环保理念的机械制造业绿色加工技术引起了人们的关注。本文对机械制造业企业的绿色机械加工技术的应用与发展进行了研究，以提高机械产品和机械加工业的综合效益质量。

1绿色机械加工技术的特点

在过往的工业化生产过程中，粗放式的加工方式对企业环境有较大影响，对资源有极大的浪费，对环境也造成较大的影响。因此在当前绿色机械加工技术导向下，机械制造业企业要实现低污染、高效率的绿色发展模式。

1）低污染。

相较于传统的机械技术而言，机械制造业企业使用绿色加工技术可以优化周边环境，减少对环境的污染。机械制造业企业所采用的绿色加工技术主要是加工冷却处理冷风和自然冷却方式，避免使用化学试剂，避免造成环境污染，通过绿色加工技术的推广，实现可持续发展。同时采用绿色加工技术对工艺流程进行优化，无需再对工具进行二次加工打磨，有效的提高了产品生产质量，降低了生产成本。

2）高效率。

与传统技术相比，绿色加工技术对技术进行了革新，淘汰了传统的老旧工艺，采用新技术进行机械加工，提高了工作效率，降低了成本。在传统机械加工中，在多道工序使用剂、切削液等化学试剂，工作效率低，人工成本高。使用绿色加工技术，对于工艺进行了优化，使用绿色加工工艺，有效降低了各种试剂的使用量，提高了工作效率，同时避免了化学试剂的大量排放。

2绿色机械加工技术的应用

低碳经济时代，人们日益关注环保问题，对机械制造业加工企业而言，要大力推广绿色机械加工技术，主要的工作有：一是优化生产技术，避免各种化学试剂的应用，二是要对工艺流程进行改进，减化不必要的生产流程。

1）高速与超高速干式切削技术。

机械行业对干式切削技术的发展关注程度较高，由于应用干式切削技术无需再对机械部件进行冷却处理，而且能够降低对环境的污染，有着较好的发展前景，但是干式切削技术技术要求比较高，所以在发展的过程中，要充分考虑可持续发展问题，要对干式切削技术不断优化。如在剂的选择中，可选择对环境无害的植物油，植物油的取材丰富，不会对环境造成污染，在绿色机械加工中有较广泛的应用。

2）绿色机械加工切削液的研制。

绿色机械加工技术推行中要特别关注使用绿色的加工材料，实现加工过程的安全、环保、无污染，选择切削液是绿色制造的重点。要充分考虑机械工业的发展趋势和市场需要，推行绿色机械加工模式，采用绿色的切削液。切削液的选择对于绿色加工过程主要包括，一是提高加工机械行业的精度；二是对切削液的应用加以管理，选择具有、冷却功能的切削液，以减少污染，提高透气性；三加工过程中，要选择优质的切削液供应商，在物料采购时，可采用招标形式，对切削液样品进行加工试行，选择质量最优的切削液供应商，确保绿色机械加工的质量。绿色机械加工中切削液的选择要考虑后续的废液处理问题，要对切削液废液进行无公害处理后再行排放。

3）无污染冷却技术。

在绿色机械加工中，要采用无污染冷却技术来降低对环境的污染。当前新的冷却技术能够对传统的加工技术进行极大的改良，能优化工艺，促进绿色加工技术的发展。低污染或无污染冷却技术的要旨在于对传统技术进行优化，确保在加工过程中，所使用的试剂量是最小的，以降低试剂的使用量，避免环境污染。同时优化工艺，少量的剂的使用有助于提高加工效率，提高机械加工产品质量。低污染或无污染冷却技术是一种双赢加工技术，实现了质量最优、成本最低、效率最高的生产优化模式。

3绿色机械加工技术的发展前景

绿色机械加工技术发展趋势主要有：一是通过冷风技术可有效地提升绿色加工和制造水平，通过加入微量的试剂，有效地提高了切削工具之间的，使摩擦力减小，增强了切割产品的使用寿命，通过冷却空气，有效减少摩擦模具温度，实现全过程的优化，减少了污染，提高加工质量和效率。二是通过绿色机械加工避免了对环境的污染，提高了机械加工效率和品质。与传统的机械加工技术相比，具有更广阔的发展前景。三是绿色加工液作为一种生态处理液，具有非常长远的应用前景，并有非常大的经济利益空间。低污染、高效率的绿色加工技术是基于传统的加工技术的优化，具有很大的发展潜力，为机械加工行业的改善提供了广阔的应用前景。绿色加工液不但具有环保、生态、安全等诸多优点，而且对经济和社会方面的影响也比较大，所以应该大力提倡发展绿色机械加工技术，提升了应用水平。

4结语

绿色加工技术具有多元化的特点，要大力开发和推广绿色加工技术，实现零污染、零排放，实现资源的可持续发展，具有重要而深远的意义。

参考文献：

[1]王君,丁飞彪,高俊.浅谈绿色机械加工技术的应用与发展[J].科技与企业,2013,04:258-259.

[2]周亮亮.关于绿色机械加工技术的应用模块的分析[J].科技创新与应用,2014,10:99.

[3]冯丽.绿色机械加工技术的运用和发展探讨[J].科技传播,2014,06:43+33.

[4]李佳.谈绿色机械加工技术的应用与发展[J].黑龙江科技信息,2014,22:14.

[5]于江.浅析绿色制造工艺技术在电机机械加工中的应用[J].黑龙江科学,2014,06:37.

[6]刘文超.浅析绿色机械加工技术的应用与发展[J].黑龙江科学,2014,06:256.

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【关键词】特种加工 微型机械

【中图分类号】TH16 【文献标识码】A 【文章编号】1006-9682（2012）10-0074-02

【Abstract】Domestic and foreign situation of micro mechanical processing technology was introduced in detail in the paper. The main methods and the frontier technologies were also analyzed. And finally the direction and prospect were discussed.

【Key words】Non-traditional machining Micromachine

一、引 言

微型机械加工或称微型机电系统，英文全称为Micro-electromechanical Systems，简称MEMS。它是指可以批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，甚至接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为：（1μm～10mm））、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高、响应时间短；集约高技术成果，附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。

微型机械的加工一方面在向三维复杂形状的制作发展，同时在向更高加工精度和极限尺寸领域推进。从加工原理来看，机械加工、化学腐蚀、能量束加工以及扫描隧道显微加工等最终都可能达到纳米级加工精度。但就加工方法而言，微型机械加工将在结合硅微细加工批量制作及与电路集成的思想的基础上，以极限尺寸加工原理和复合工艺手段，得到进一步的开发和完善。

二、国外发展现状

微型机械在国外已受到政府部门、企业界、高等学校与研究机构的高度重视。美国科学家在20世纪80年代末提出“小机器、大机遇。”关于新兴领域—微动力学报告的国家建议书，声称“由于微动力学（微系统）在美国的紧迫性，应在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面”，建议中央财政预支费用为五年5000万美元，得到美国领导机构重视，并把航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。美国宇航局投资1亿美元着手研制“发现号微型卫星”。

1959年，Richard P Feynman就提出了微型机械的设想。1962年第一个硅微型压力传感器问世，开发出尺寸为50～500μm的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微机械。1965年，斯坦福大学研制出硅脑电极探针。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～12μm的利用硅微型静电机，显示出利用硅微加工工艺制造小可动结构并与集成电路兼容以制造微小系统的潜力。

日本通产省1991年开始启动一项为期10年、耗资250亿日元的微型机械研究计划，研制两台样机。一台用于医疗，进入人体进行诊断和微型手术；另一台用于工业，对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。该计划有东京工业大学、早稻田大学等几十家单位参加。

欧洲工业发达国家也相继对微型系统的研究开发进行了重点投资。德国自1988年开始微加工十年计划项目，其首创的LIGA工艺，为MEMS的发展提供了新的技术手段。法国1993年启动的7000万法郎的“微系统与技术”项目。欧共体组成“多功能微系统研究网络NEXUS”，联合协调46个研究所的研究。瑞士在其传统的钟表制造行业和小型精密机械工业的基础上也投入了MEMS的开发工作，1992年投资为1000万美元。

目前已有大量的微型机械或微型系统被研究出来。例如：德国创造了LIGA工艺，制成了悬臂梁、执行机构、微型泵、微型喷嘴以及多种光学器件等。美国加州理工学院在飞机翼面粘上相当数量的1mm的微梁，控制其弯曲角度以影响飞机的空气动力学特性。日本研制的数厘米见方的微型车床可加工精度达1.5μm的微细轴。

三、国内现状

我国在科技部、国家自然基金委、教育部和总装备部的资助下，积极开展MEMS的研究。广东工业大学与日本筑波大学合作，开展了生物和医用微型机器人的研究，已研制出一维、二维联动压电陶瓷驱动器。其位移范围为10μm×10μm；位移分辨率为 0.01μm，精度为0.1μm，正在研制6自由度微型机器人。

长春光学精密机器研究所研制出直径为Φ3mm的压电电机、电磁电机、微测试仪器和微操作系统；上海冶金研究所研制出了微电机、多晶硅梁结构、微泵与阀；上海交通大学研制出Φ2mm的电磁电机；南开大学开展了微型机器人控制技术的研究等。

四、前沿关键技术

1.微型加工技术

（1）微细电火花加工（Micro EDM）。电火花加工是利用工件和工具电极之间的脉冲性火花放电，产生瞬间高温使工件材料局部熔化和汽化，从而达到蚀除加工的目的。

实现微细电火花加工的关键在于微小轴（工具电极）的在线制作、微小能量放电电源、工具电极的微量伺服进给、加工状态检测与系统控制以及加工工艺方法等。

（2）微细激光成型加工。微细激光成型加工有可加工成型树脂或金属材料的高深宽比三维结构、无需工具或掩模板制作、成型快等特点。但聚焦光斑大小应与扫描间隔匹配，光斑小于扫描间隔时结构易断裂，反之影响成型尺寸精度。

（3）微细机械加工。机械切削加工由于切削力的产生一般认为不适合微型机械的加工制作。但超精密加工已成功制作出尺寸在10～100μm的微小三维构件。机械加工出的三维微小构件与压电薄膜的热液制作结合，试制出了振动陀螺结构。超精密切削加工可望适合三维复杂形状的微小构件制作。

（4）扫描探针显微镜（SPM）加工。应用SPM技术，可利用接近实验材料表面的探针尖端的高电场，切断原子间的结合并蒸发掉原子，进行单个原子的去除、添加和移动。

通常SPM加工明显的缺点是加工区域和速度太小。电化学加工和光刻加工与SPM加工的结合可有效地解决这一问题。

2.关键技术

微型机械加工技术是微型机械发展的关键基础技术，其前沿关键技术包括：

（1）微系统设计技术。主要是微结构设计数据库、有限元和边界分析、CAD/CAM仿真和拟实技术、微系统建模等，微小型化的尺寸效应和微小型理论基础研究也是设计研究不可缺少的课题，如力的尺寸效应、微结构表面效应、微观摩擦机理、热传导、误差效应和微构件材料性能等。

（2）微细加工技术。主要指高深度比多层微结构的硅表面加工和体加工技术，利用X射线光刻、电铸的LIGA和利用紫外线的准LIGA加工技术；微结构特种精密加工技术包括微火花加工、能束加工、立体光刻成形加工；特殊材料特别是功能材料微结构的加工技术；多种加工方法的结合；微系统的集成技术；微细加工新工艺探索等。

（3）微型机械组装和封装技术。主要指沾接材料的粘接、硅玻璃静电封接、硅硅键合技术和自对准组装技术，具有三维可动部件的封装技术、真空封装技术等新封装技术的探索。

（4）微系统的表征和测试技术。主要有结构材料特性测试技术，微小力学、电学等物理量的测量技术，微型器件和微型系统性能的表征和测试技术，微型系统动态特性测试技术，微型器件和微型系统可靠性的测量与评价技术。

五、微型机械加工技术发展趋势

微型机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而又非常活跃的技术领域，其发展不仅可带动许多相关学科的发展，更是与国家科技发展、经济和国防建设息息相关。微型机械加工技术是一门交叉科学，随着微电子学、材料学、信息学等的不断发展，微型机械具备了更好的发展基础。新原理、新功能、新结构体系的微传感器、微执行器和系统将不断出现，并可嵌入大的机械设备，从而提高自动化和智能水平。

微型机械加工技术作为微型机械的最关键技术，也必将有广阔的发展前景。硅加工、LIGA加工和准LIGA加工正向着更复杂、更高深度、适合各种要求的材料特性和表面特性的微结构以及制作不同材料特别是功能材料微结构更易于与电路集成的方向发展，多种加工技术结合也是其重要方向。微型机械在设计方面正向着进行结构和工艺设计的同时实现器件和系统的特性分析和评价的设计系统的实现方向发展，引入虚拟现实技术。

参考文献

1 吴敏镜.微机械技术的兴起及其制造[J].机械工艺师，1998（7）：37～39

2 唐一平.先进制造技术[M].北京：科学出版社，2000

3 张志焜、崔作林.纳米技术与纳米材料[M].北京：国防工业出版社，2001

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关键词：航空发动机；压气机；外环块

中图分类号：TQ171 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0027-03

在航空发动机气路封严配副中使用可磨耗封严涂层技术，可以改进发动机气路封严性能，减少气体泄漏，降低油耗，增大推力，不损伤转子，易于更换维修，显著提高发动机总体性能。封严涂层由于其生产工艺简便、封严效果好、易于返修和调整，是气路封严的关键技术之一。

转子外环块（以下简称外环块）是发动机压气机部分的重要零件，它装配于压气机机匣内腔，与转子叶片配副起封严作用，高速旋转的转子叶片像砂轮一样磨削与其对应的转子外环块上的封严涂层来达到气路封严的目的。

外环块是机匣类零件，薄壁、直径大、尺寸精度高、形状精度高、表面粗糙度低，加工难度比较大。针对转子外环块的特点，本文从加工工艺路线、定位基准、车削刀具、车削用量、工装夹具、精车工序内容等方面对外环块加工技术进行了摸索研究。

1 外环块工艺特性分析

1.1 外环块结构特性

图1 外环块剖面

外环块为锥形薄壁扇形件，直径大――最大直径Φ500多，厚度薄――壁厚最薄1.3mm，宽度窄――轴向长度不到30mm，其主要有以下几种结构特征：起安装固定作用的两处宽1.70-0.02mm凸台、内壁深10+0.1mm的喷涂封严槽以及端面各处倒角等，各处型面粗糙度不大于Ra1.6μm，大端止口端面与端面平行度不大于0.02mm，大端止口内孔与小端止口内孔半径差为1.350+0.03，具有较高的尺寸精度和形状位置要求，其中基准处直径要求在机床上检测的公差在ΦM0-0.02mm范围内。

1.2 外环块材料特性

0Cr17Ni4Cu4Nb是一种马氏体沉淀硬化不锈钢，具有较高的强度、耐腐蚀、抗氧化和可焊性，尤其是抗腐蚀疲劳性能及抗水滴冲蚀能力优于质量分数为12%Cr钢，具有良好的综合力学性能。多用于制造既要求有不锈性及耐弱酸、碱、盐腐蚀又要求高强度的部件。适用于制造400℃以下工作的高强度耐蚀零件，例如飞机、导弹的重要螺栓、销等紧固件、配件、蒙皮、发动机零件（叶片），发动机涡轮机匣的前后安装边和阀门部件、弹簧、刃具等，以及发动机反推装置精铸件、火电机组用汽轮机叶片等。

450℃～500℃时时效强度达最高值，550℃时左右时效强韧性配合最好。要求更高韧性、塑性及耐蚀性能，可于≥580℃进行时效，已达到冷作硬化的目的。

材料塑性、韧性大，易产生积屑瘤，还会出现被加工表面的撕扯现象，使表面粗糙度差。

1.3 外环块加工难点

外环块是机匣类零件，直径大、壁薄、型面尺寸精度高、形状精度高、表面粗糙度低，加工难度比较大。主要有以下难点：（1）零件直径大、壁薄，加工过程中极易因机加应力产生形变；（2）零件型面尺寸、形状精度要求较高，加工比较困难。

2 外环块加工技术研究

针对转子外环块的加工特性和加工难点，在工艺编制和机械加工过程中必须采取相应的措施，以控制和减少各种外界因素对加工过程产生的影响，主要从以下几个方面考虑和处理：加工工艺路线、定位基准、车削刀具、车削用量、工装夹具、精车工序内容等。

2.1 加工工艺路线的安排

按照加工性质和作用的不同，工艺过程一般可划分为如下加工阶段：粗加工阶段、半精加工阶段、精加工阶段和光整加工阶段。机械加工顺序的安排按照“先基面后其他、先主后次、先粗后精”的原则。

热处理工序中固溶处理属于毛坯预备性热处理，应安排在机械加工之前进行；淬火+回火处理属于改善零件组织结构和加工性能并达到零件最终要求的硬度，安排在粗加工后进行；对于尺寸较大、结构复杂、精度要求高的零件要求进行稳定热处理，消除零件残余应力，并且一般安排在半精加工后精加工前。

零件壁非常薄，机加过程中的内应力集中易引起形变，严重时导致零件报废。为了减少精加工去除量，消除机加应力，在机加过程中应安排一次到两次半精加工工序，并且相应安排一次到两次稳定热处理。

特种检验如水浸超声波探伤多用于工件材料内部质量的检验，一般安排在工艺过程的开始；荧光检验主要用于表面质量的检验，通常安排在精加工阶段。

热喷涂是一种利用某种热源将涂层材料加热、熔融或软化，并以高速气流将其雾化，使喷涂材料的溶滴以一定的速度喷向经过预处理的工件表面上，形成涂层的表面改性技术，通常安排在精加工阶段之后。

确定外环块的主要机加工艺路线如下：

锻件（固溶状态提供）粗车（去除余量，为超声波检查做准备）超声波（检查材料内部质量）热处理（达到零件最终要求硬度）立车（平基准）细车（去除余量）稳定热处理（消除机加内应力）立车（平基准）半精车（去除余量，为精加工做准备）稳定热处理（消除机加内应力）立车（平基准）数控精车（精加工内外壁型面，去除工艺安装边）线切割（切分成瓣）钳工（修挫倒角）荧光检查喷涂终检。

2.2 定位基准的选择

定位基准的合理选择不仅影响整个加工工艺的安排和夹具结构的设计，而且直接影响着机械加工的质量与稳定性。

精定位基准的选择应主要遵循以下原则：（1）便于装夹和易于获得所需的加工精度；（2）精度高，装夹稳定可靠，定位面较大。

在工艺安排中，在零件两端分别预留工艺安装边（大端外工艺安装边、小端内工艺安装边）作为零件加工基准，保证能够加工到零件的所有表面。为了获得均匀的加工余量和较高的位置精度，采用零件两端面互为基准、反复加工的原则。

2.3 车削刀具的选取

切削刀具的选择主要取决于工序所采用的加工方法、加工表面的尺寸、工件材料、所要求的加工精度和表面粗糙度、生产率及经济性等。一般应尽可能采用标准刀具，必要时采用高生产率的复合刀具及其他专用刀具。

刀具材料是决定刀具切削性能的根本因素，对于加工效率、加工质量、加工成本以及刀具耐用度影响很大。刀具材料应具有较高硬度、强度和韧性，又具有良好的耐磨性、抗氧化性及抗粘接性。硬质合金刀具应选用含

Ta（Nb）的钨钴类（YG）。

根据我单位实际加工单件小批加工特点，在数控卧式车床车削不锈钢材料过程中经常使用某品牌刀具，通用性能和使用效果良好。该刀具材质为KC5010，表面为高级PVD TiA1N涂层，非合金硬质基体，具有出色的抗变形性能。该材质是对大多数工件材料进行精加工和普通加工的理想之选，速度更高。在加工状态稳定的情况下，非常适合于大多数钢、不锈钢、铸铁、有色金属材料和高温合金的加工。

2.4 车削用量的选择

选择在刚性较好的CKS6180 X2000全功能数控卧式车床上进行车削加工，其最大加工直径Φ800mm。在车削过程中选取车削用量应遵循以下原则：（1）切削速度不宜过高，以减小切削温度，避免刀具急剧磨钝失效；（2）进给量不宜过大，以保证加工表面光洁，避免切削负荷太重；但也不宜过小，以免切屑刃在上次进给所形成的冷硬层内工作；（3）切削深度不宜过大，避免切削力增大，引起变形振动，也不宜过小，以避免在前道工序所留下的加工硬化层或毛坯外皮内切削。

经过工艺试验，确定在实际精加工中采用的切削用量为v=60～80m/min，ap=0.1～0.2mm，f=0.1～0.2mm/r。

2.5 工装夹具的设计

工艺装备的选择原则为：在单件小批生产中，应尽量选用通用夹具和组合夹具，在大批量生产中，应根据工序加工要求设计制造专用夹具。外环块的加工属于单件加工，因此尽量选择通用装备，但是由于零件结构的特殊性，也设计了一些专用的工装夹具。

为尽量减少和避免外环块装夹过程中产生变形，在装夹过程中不应采用卡盘直接径向夹紧零件的方式装夹，应采用垫盘支靠端面、轴向压紧的方式进行装夹。

图2 精车内孔及小端工装

设计的精车内壁及小端专用工装如图2所示，以垫盘凸台定位零件，垫盘凸台与零件大端内止口间隙配合，采用圆弧型面压板多点压紧零件大端外侧圆弧槽。这种设计结构优点非常明显：压板能够最大限度接触并压紧零件，更重要的是能够最大限度地减少零件装夹次数。特别强调的是压板应12～16处多点压紧，拧紧螺栓时应采用限力扳手，尽量避免因受拧紧力不均产生应力而导致零件形变。

在垫盘定位凸台与零件大端内止口接触处，特别要注意两处结构（如图3所示）：（1）垫盘与零件大端面接触处（序号1处）应留适当的间隙，以方便拆卸；（2）垫盘凸台与零件止口配合处（序号2处）应保持间隙0.02～0.03mm。

图3 垫盘与零件配合处

2.6 精车工序内容的安排

为了控制零件变形，采用分层交替切削法进行精车：即在精加工过程中，沿着零件表面采用小切削量逐层交替均匀去量，使零件内应力得到均匀释放。

图4 精车工步二

图5 精车工步三

合理安排精车工序加工内容非常重要，为减少装夹次数，逐层切削时均分两次装夹加工到零件全部表面，且最后一刀的精车分三个工步进行：（1）工步一：平零件小端端面，端面跳动不大于0.01mm；（2）工步二：支靠零件小端端面，压板压紧小端工艺安装边，加工出大端外圆大部、端面及大端内孔小部；（3）工步三：以垫盘凸台定位，支靠零件大端内止口端面，采用圆弧型面压板压紧零件大端外侧圆弧槽，加工出小端外圆其余及小端端面、小端内孔其余。

2.7 注意事项

由于此零件壁薄、直径大，尺寸精度和形位要求高，在车削过程中要特别注意以下四点：（1）定位基准的加工精度要好，应小于零件尺寸和形位精度的1/3；（2）精加工中，同一型面应尽量避免接刀，以免形成接刀痕；（3）刀具锋利，刀具半径要小，以减小加工形变，增加光洁度；（4）刀具切削方向应垂直于定位面，以消除机加应力，减少形变。

2.8 实际加工中出现问题

在半精车稳定热处理后零件出现了变形，翘曲量较大，单边达到了0.5mm，若此时进行精加工势必会产生更大形变。

考虑到零件有足够余量，为了达到消除机加内应力、稳定零件尺寸的目的，另行增加了立车平基准和稳定热处理工序，并且在此次稳定热处理过程中利用工装对零件两端面进行装夹和固定，以稳定尺寸和控制变形。结果证明采取的措施非常有效。

3 结语

转子外环块是典型的大直径薄壁难加工类零件，存在变形及尺寸精度高等加工难题。在合理安排加工工艺路线前提下，选用合适的切削刀具、切削用量，巧妙设计工装夹具，精心安排精车工序内容等，降低加工难度，控制和减少变形等因素的影响，保证了零件加工质量，满足了设计要求，在实践基础上总结出了一套可靠高效的大直径薄壁零件加工方法。

参考文献

[1] 干勇，田志凌，董瀚，冯涤，王新林.钢铁材料手册（下）[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2] 孟少农.机械加工工艺手册（第3卷）[M].北京：机械工业出版社，1992.

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绿色机械加工技术为一项新型技术项目，伴随科学技术的发展，该项新型技术随着经验的总结而出现，该技术在满足机械加工效率基础上保护资源和环境，将其作为一个重点的关注对象，之后通过不同的技术措施达到节约资源的目的。在实施绿色机械加工技术的时候不仅能很好的控制环境污染问题，还能让人们维持较高水平的健康状况。如，剂不仅能让机械顺畅运转，还能显著降低机械消耗，使得原料得到很好的优化，最终使得资源得到科学合理的配置及利用。因此，要想很好的实现绿色机械制造的整体目标，就应通过相应的科学技术进行处理。如，减少直接排入河流的切削液，科学合理的对其进行处理，进而有效避免水资源污染。与此同时，使用处理技术的时候，还应采取相应的保护措施，便于更好的提高加工效果。

2绿色机械加工技术的应用

随着现代工业的快速发展，机械加工与人们的生活、生产之间的关联越来越紧密，同时人们对机械加工的关注力度也越来越大。近年来，随着生态环境的恶化，人们对环保意识也得到了极大的提高，在这种情况下，绿色机械加工技术应运而生，绿色机械加工技术的应用也越来越广泛。

2.1高速与超高速干式切削技术

随着干式切削技术的应用，在机械加工过程中，液、冷却液在机械加工中的应用也逐渐减少。干式切削技术刚出现的时候还不稳定，没有彻底摆脱对液、冷却液的依靠，即便如此，在机械加工中，也极大的减少了刀削力，同时也改变了受热变形的情况，促进了机械加工效率的提升。近年来随着工业技术的发展，干式切削技术也朝着高速、超高速的方向发展，这就极大的促进了干式切削技术的持续发展。需要注意的是在机械加工过程中，需要对一些原材料，如基础油、抗雾剂等进行慎重的选择，作为切削液的重要组成部分，基础油中含有大量的植物油、矿物油，而我国的植物油储备比较丰富，这样就能更好的利用植物油来制造切削液，此外在进行抗压磨剂制作时，可以选择猪血清。

2.2绿色机械加工切削液

在当今的机械加工中，应该坚持低污染、高生产效率的原则，这就要求在机械加工中注重干式切削技术的应用，但是在实际中，受各种因素的影响，干式切削技术的应用效果还没有得到有效的提高，也没有广泛的应用在机械加工中，从而限制绿色机械加工技术的发展，在这种情况下，绿色机械加工切削液的应用就显得十分重要。在实际中，应用绿色机械加工切削液时要注意，根据机械加工的精确度进行切削液选择，同时要对切削液的性能进行评估。此外，还应该注重废液处理，科学、合理的排放切削液，从而降低其对环境的危害。就目前而言，常用的绿色机械加工切削液是水基切削液，其具有防变质、不易燃等特性。

2.3低污染冷却技术

干式切削技术在理论上虽然具有良好的效果，但是其应用还没有得到推广，还没有完全走向市场。低污染冷却技术是一种比较成熟的双赢加工技术，将其应用在机械加工中，能实现高效、低耗等目的，能优化生产模式，有利于机械加工的可持续发展。

3绿色机械加工技术的发展前景

绿色机械加工技术对于生态环境的持续发展有极大的帮助，在新时期下，为了进一步促进机械加工的持续发展，就必须对绿色加工技术的发展前景进行探究，这样才能为绿色加工技术的发展指明方向。

3.1零污染

对机械制造行业而言，绿色机械加工技术的应用，其实施对厂址生态环境的保护，和传统的机械加工技术相比较，绿色机械加工技术在能耗方面能得到极大的改善，以电能为例，绿色机械加工技术比传统机械加工技术能减少20%的能耗，同时绿色加工技术还能延长刀具的使用寿命。在今后的发展中，绿色机械加工技术会朝着零污染的方向发展。

3.2绿色机械加工液

新时期下，绿色机械加工液主要是在微量油膜附水滴技术的基础上，利用冷风、自然降解有剂、水等原材料，进行机械加工。在今后，绿色机械加工液的发展会得到进一步的深化，从而将传统机械加工技术带入一个新的高度，促进我国现代机械制造业的全面发展。

3.3低排放高效率

绿色机械加工技术的产生是对传统机械加工技术的优化、改善，现如今，绿色机械加工技术的应用确实有效的降低了机械加工的污染物排放量，实现了机械加工的持续发展，同时也促进了生态环境的改善。在今后，绿色机械加工技术会朝着低排放高效率的方向发展，从而有效的减少机械加工成本，提高机械加工的经济效益。

4结束语

进入新时期以后，随着我国社会经济的持续发展，绿色、生态已经成为各个行业的发展目标，对于机械加工，在今后的发展中，也应该朝着这一方向进行，因此，在实际中，必须加强对绿色机械加工技术的研究和普及，实现机械加工的零排放、零污染，保证资源的可持续利用，为机械加工的持续发展打下良好基础。

作者:马骢 单位:四川托普信息技术职业学院

参考文献

[1]王恩双，阳开华.浅谈绿色机械加工技术的应用与发展[J].商品与质量，2015（37）：252-251.

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关键词 机械加工；切削液；绿色机械加工；超高速干式切削

中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）111-0043-02

在进行机械加工零部件的过程中，切削、磨削在生产过程中占的比例较大。而对于刀具来讲，它对其损坏也较大。既利用摩擦生热提高了表面温度，同时又对生产的质量产生负面影响。因此面对此种情况，相关人士提出了利用切削液来克服这种现象的产生，来提高生产率。在常规可能下，为了能够达到更好的降温和效果，常在切削液中添加一定的化学制剂，这些化学制剂一方面对在其排放的过程中对环境造成污染，另一方面会消耗大量能源。更重要的是其中的化学成分对人体的身体健康造成很大的负面影响。清洁、安全、绿色、无公害的生产方式符合可持续发展战略的需要，因此，面对此种情况很多专家学者将关注点投入到绿色机械加工技术中。这种技术的实现与应用，可降低能源消耗，减少环境污染，克服传统的机械加工技术所带来的负面影响。

1绿色机械加工技术的特点

绿色机械加工技术以减少能源消耗、绿色环保为中心。在保证生产效率的前提下，尽量将生产成本降到最低，将环保工作做的做好。而利用切削液的生产方法，在调制切削液的过程中，所耗费的原料占整个生产的比例较大。因此降低能源消耗成为了绿色机械加工技术的首要特点。

相对与绿色机械加工技术来说，传统的切削液，在加工生产过程中，对环境的污染和人体的损害较大。这有悖于可持续发展战略的中心原则。因此，有效的保护环境，维护生态安全，实现人与自然的统一，成了绿色机械加工技术的重要特点。

2 绿色机械加工技术的应用

随着绿色经济、绿色生产加工等理论的提出和发展，绿色机械加工技术已经收到广泛的认可和关注。许多相关专业人士，对于这一门技术进行深入的研究和探讨，并提出高速与超高速干式切削技术、绿色切削液的研制以及在完全实现高速与超高速干式切削过程中采用低污染与无污染的冷却技术等核心理论。

2.1高速与超高速干式切削技术

干式切削技术是一种很理想的切削状态，它是在不任何冷却和液体的前提下完成整个机械加工过程并达到在机械加工中的冷却和作用，这就对整个生产技术提出很高的要求。以及生产工具和生产环境提出更多参数。高速切削理念最早在德国提出，高速切削的优势就在于它能够降低切削力、减小热变形、提高加工表面质量和生产效率等。但是目前在我国，广泛使用该技术进行生产仍然具有一定的难度。

2.2绿色机械加工切削液的研制

对于目前我国的机械加工业来说，能够在不使用切削液的前提下，顺利完成机械的加工生产是最为理想的状态，也是我们的最终目标。但是由于国内的技术实力还未发展到此种程度，实现该状态较为困难。因此，国内专家将焦点放在了绿色切削液的研制上，这种切削液与传统切削液的本质区别在于绿色环保、无公害、无污染、并能起到传统切削液的作用。对于此种工业添加剂的选择上专家们也很慎重，在基础油、抗烟雾剂、切削液添加剂、防腐剂以及极压抗磨剂的选择上考虑极为周全。

当前，我国专家提出，植物油是作为基础油的最好选择。一方面，它作为可持续能源取之不尽、用之不竭。另一方面，它是绿色无公害的能源，对于环境和人体不能产生伤害。而在抗烟雾剂和极度抗磨剂的选择上，专家更偏向与聚异丁烯和猪血清。

2.3低污染与无污染的冷却技术的应用

目前，对于我国的机械加工技术来说，传统的切削液技术存在着很多的弊端，而干式切削技术发展还不够成熟。因此面对此种情况最小量润剂技术得到广泛的应用与发展。

最小量润剂技术是具备了干式切削技术的优势同时又大量避免了传统技术劣势的一种新型有效的加工方法。生产过程中，利用此种技术可以有效的减少冷却液的用量，降低造价，同时还提高了工业生产的生产效率。可以说是一种环保、高效、绿色的机械加工技术。它较前两种加工技术而言，具备了质量高、节约生产成本、对人体无公害、系统简单易操作、环保等优点。

3绿色机械加工技术发展的前景

绿色加工液在机械加工中扮演着重要的角色，它相对与传统的加工液来说，它具备更多优势和特点。然而绿色机械加工液的发明和运用对传统的机械加工液产生了重大冲击。尤其在现在的生产加工中，数据明显证明了，绿色机械液在生产的过程中承担了主要作用。由于它能够在不污染环境和不损害人体健康的基础上高效的进行生产。因此，这种技术的发展前景会越来越广。绿色机械加工技术的发展空间会逐步扩大。

4结论

基于传统技术的沿袭和发展上。新时代工业技术革命已经爆发，新型高效工业技术代替了传统密集型工业技术。这将是一种发展趋势，并且它符合了可持续发展的中心思想与理念。未来的工业技术将是一种可持续发展的技术。绿色机械加工技术在某种程度上已经表明，工业化进程的发展需要我们不断的创新与改革。我国的资源是有限的，而我们的智慧是无限的，在有限的资源下发挥无限的智慧，进行创新，进行改革。将技术转化成生产力。更好的为现代化的发展服务。综上所述，绿色机械加工技术的发展和应用为我国工业化发展的进程产生了巨大的推动力，它绿色、环保、无公害、节能的理念也被大众所认可和接受。因此，我们应关注科技，关注社会，将科学技术投入到生产中，能够更好的为国家服务，造福人民。

参考文献

[1]刘俊岩.水蒸汽做绿色冷却剂的作用机理及切削试验研究.哈尔滨工业大学，2011，6(12)：6-8.

[2]郭以伟.微量油膜附水滴冷却机理应用试验研究[J].中北大学，2012，8(19)：13-15.

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微型机械加工或称微型机电系统或微型系统是只可以批量制作的、集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、甚至接口、通讯电路和电源等于一体的微型器件或系统。其主要特点有：体积小（特征尺寸范围为：1 m-10mm）、重量轻、耗能低、性能稳定；有利于大批量生产，降低生产成本；惯性小、谐振频率高、响应时间短；集约高技术成果，附加值高。微型机械的目的不仅仅在于缩小尺寸和体积，其目标更在于通过微型化、集成化、来搜索新原理、新功能的元件和系统，开辟一个新技术领域，形成批量化产业。

微型机械加工技术是指制作为机械装置的微细加工技术。微细加工的出现和发展早是与大规模集成电路密切相关的，集成电路要求在微小面积的半导体上能容纳更多的电子元件，以形成功能复杂而完善的电路。电路微细图案中的最小线条宽度是提高集成电路集成度的关键技术标志，微细加工对微电子工业而言就是一种加工尺度从微米到纳米量级的制造微小尺寸元器件或薄模图形的先进制造技术。目前微型加工技术主要有基于从半导体集成电路微细加工工艺中发展起来的硅平面加工和体加工工艺，上世纪八十年代中期以后在LIGA加工（微型铸模电镀工艺）、准LIGA加工，超微细加工、微细电火花加工（EDM）、等离子束加工、电子束加工、快速原型制造（RPM）以及键合技术等微细加工工艺方面取得相当大的进展。

微型机械系统可以完成大型机电系统所不能完成的任务。微型机械与电子技术紧密结合，将使种类繁多的微型器件问世，这些微器件采用大批量集成制造，价格低廉，将广泛地应用于人类生活众多领域。可以预料，在本世纪内，微型机械将逐步从实验室走向适用化，对工农业、信息、环境、生物医疗、空间、国防等领域的发展将产生重大影响。微细机械加工技术是微型机械技术领域的一个非常重要而又非常活跃的技术领域，其发展不仅可带动许多相关学科的发展，更是与国家科技发展、经济和国防建设息息相关。微型机械加工技术的发展有着巨大的产业化应用前景。

二、微型机械加工技术的国外发展现状

1959年，Richard P Feynman（1965年诺贝尔物理奖获得者）就提出了微型机械的设想。1962年第一个硅微型压力传感器问世，气候开发出尺寸为50～500 m的齿轮、齿轮泵、气动涡轮及联接件等微机械。1965年，斯坦福大学研制出硅脑电极探针，后来又在扫描隧道显微镜、微型传感器方面取得成功。1987年美国加州大学伯克利分校研制出转子直径为60～12 m的利用硅微型静电机，显示出利用硅微加工工艺制造小可动结构并与集成电路兼容以制造微小系统的潜力。

美国MIT、Berkeley、Stanford\AT&T和的15名科学家在上世纪八十年代末提出“小机器、大机遇：关于新兴领域――微动力学的报告”的国家建议书，声称“由于微动力学（微系统）在美国的紧迫性，应在这样一个新的重要技术领域与其他国家的竞争中走在前面”，建议中央财政预支费用为五年5000万美元，得到美国领导机构重视，连续大力投资，并把航空航天、信息和MEMS作为科技发展的三大重点。美国宇航局投资1亿美元着手研制“发现号微型卫星”，美国国家科学基金会把MEMS作为一个新崛起的研究领域制定了资助微型电子机械系统的研究的计划，从1998年开始，资助MIT，加州大学等8所大学和贝尔实验室从事这一领域的研究与开发，年资助额从100 万、200万加到1993年的500万美元。1994年的《美国国防部技术计划》报告，把MEMS列为关键技术项目。美国国防部高级研究计划局积极领导和支持MEMS的研究和军事应用，现已建成一条MEMS标准工艺线以促进新型元件/装置的研究与开发。美国工业主要致力于传感器、位移传感器、应变仪和加速度表等传感器有关领域的研究。很多机构参加了微型机械系统的研究，如康奈尔大学、斯坦福大学、加州大学伯克利分校、密执安大学、威斯康星大学、老伦兹得莫尔国家研究等。加州大学伯克利传感器和执行器中心（BSAC）得到国防部和十几家公司资助1500万元后，建立了1115m2研究开发MEMS的超净实验室。

日本通产省1991年开始启动一项为期10年、耗资250亿日元的微型大型研究计划，研制两台样机，一台用于医疗、进入人体进行诊断和微型手术，另一台用于工业，对飞机发动机和原子能设备的微小裂纹实施维修。该计划有筑波大学、东京工业大学、东北大学、早稻田大学和富士通研究所等几十家单位参加。

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机械加工技术；教学改革；实践教学；实训车间

1.走进实训车间是机械加工技术课程学习的必然

当前，受普通高中以及家长们望子成龙的观念影响，中等职业学校的招生状况日渐窘迫，各校间的竞争也日趋激烈，生源质量不断下降，给教育教学带来相当大的困难。纵观各中职学校，在专业课程教学中都普遍存在这样一个问题，即课程自身难度较大，而学生的学习能力相对较弱。如机械加工技术课程具有“内容相对抽象，与数学和物理联系紧密”等特点，而中职学生普遍文化基础较差，缺乏必要的数学、物理基础和相应的自主学习能力，特别是对于其中的“分流生”来讲，绝大部分学生甚至完全没有基础，致使教学工作难上加难。的确，机械加工技术课程的抽象，对入学成绩比较低的学生来讲，确实有相当难度。但在当前加工技术高度发展的今天，并且处于专业和未来工作的需要，他们却又不可避免地必须进行机械加工技术等相关课程的学习。因此，改革传统的教学模式、加强实践教学环节的建设与探索，从感性教学入手，让学生直观地认知学习内容，对于学生学习兴趣的培养、实际动手能力的培养、以及记忆的加强都是十分重要的和必要的。

2.走进实训车间进行机械加工技术课程学习的优点

教学形象直观，学生容易理解。许多教师在实际教学过程中都碰到过这样的情况：对某些设备的功能或某种操作方法讲述了多次，不如将实物展现一下或对该操作方法演示一遍更容易让学生接受。比如在讲授“轴类零件的加工方法”这部分内容时，尽管都是最普遍、最常用的，但对于没有见过、没有用过的学生来说，课堂上的理论教学只能是纸上谈兵，学生很难有直观认识，很难想象出真正的零件是怎样的。即使给学生讲过以后，他们见到这些零件实物，仍不知该怎么识别和区分。若把这些内容放到实训车间里对照实物来讲解，让学生边听边识别，并操作，这样学生就比较容易识别和掌握该零件的特性，同时也学会了使用，对所加工的零件留下极为深刻的印象。

动手、动脑穿行，提高知识吸收率。中职学生都有偏爱动手实践的特点，当教师在讲解完甚至还没讲解完知识要点的时候，学生已“跃跃欲试”。针对这一情况，教师完全可以在实训车间教学中，以生动的演示增加学生的听课兴趣和求知欲望。如在进行“轴类零件的加工方法”的教学中，先用30分钟做观察性实训，然后作理论性讲解，就收到了事半功倍的效果。

营造自主学习和创造性学习的良好氛围。由于学生所看所接触的均为实训车间的实物，任何内心所想都可以立刻通过实训来验证，所以实训车间现场教学可以充分发挥学生主观能动性，培养学生观察、分析问题、解决问题、实际操作、开拓创新的能力、培养学生认真、严谨的工作作风，更容易使学生把理论知识应用到实际操作中去。

培养学生良好的职业素质。在实训车间进行教学，不仅能够充分调动学生的积极性，而且还能潜移默化培养学生各方面的综合能力。如在实训中，可以把学生分成若干小组，每组5~6人，对有代表性的问题以组为单位进行讨论，随后每组轮流派一名同学代表小组回答老师的问题，最后老师根据答题结果，给该组同学打分。通过这样的训练，可以有计划地培养学生分析问题能力、口头表达能力、团队协作能力等。

3.如何让机械加工技术课程顺利走进实习实训车间

努力提高教师的“双师型”素质。当代科学技术发展迅猛，科学发明创造日新月异，各类知识相互交叉。任何一个教师如果把自己仅仅局限于本学科之内的研究是远远不够的。而且学生对新鲜事物的学习兴趣不断增加，学习内容不断丰富，尤其是通过网络可以涉猎任何感兴趣的领域。这就要求教师，要不断加强学习，像海绵―样从各个方面吸取知识，特别是要注重学习新技术和新知识，密切关注与本专业相关学科的最新发展，以防知识老化，这样不仅有利于提高教师的业务水平，而且也有利于引导学生进行深造。

目前有些中职学校采取了由“理论教师”教授理论知识，由“实训教师”教授实训课程的做法，当然这样的“实训教师”都是在企业中工作过的技师或工程师。这种教学方式的初衷是好的，但具体实施起来却给学生出了难题。道理很简单，对于同一门课程来说，每位教师都有自己的思维方式和方向，他们对其中知识要点的理解不同，且不说如何将理论与实验完美地衔接起来，仅从让学生准确掌握两位教师从不同角度讲解的课程知识上来说，就已经很难实现了。这时就需要能将教师与技师或工程师这两者有机融合的“双师型”教师来完成。可见，在任何一门课程教学中，任课教师所具有的素质与能力是学生能否学好该课程的关键因素之一。

建立与教学配套的实习实训车间。中职学校实训车间既是从事实训教学、教研及交流的重要场所，也是培养技能型人才的重要基地。为达到良好的实训效果，中职学校应该建立与教学配套的实训车间。

机械加工技术课程需要学生在教师的指导下，人人动手，利用设备、工具等完成实训内容，并在此基础上有所突破与创新。这里“人人动手”，就需要实训车间具备相应的规模。实验设备应尽可能地达到课内学生每5～6人配备一套的水平，否则，不利于学生在有限的实训时间内掌握实训内容，同时也会引起教学秩序混乱，场面失控，造成安全隐患。

根据人才培养目标，制定切实可行的教学计划。发展职业教育要面向市场，以就业为导向，以服务为宗旨，加快培养大批中等素质技能型劳动者，逐步建立起与经济社会发展相适应的现代职业教育体系。使学生在具有一定的专业知识的基础上，加强实践能力及技术应用能力的培养，以更好地适应社会用人单位的需求，为自身的就业做好准备。这就需要教育主管部门及职业技术学校的教育工作者切实地转变传统的教育观念，更新教育思想，研究与之适应的教学方法，改变以课堂为中心的模式和灌输教材为主的教学计划，加大灵活多样的实践教学环节，创造更多的条件，让学生有更多的机会实践，做到理论与实践教学巧妙地有机结合，提高学生的应用能力水平。

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【关键词】 职业能力；典型工作任务；课程体系；教学载体

【中图分类号】G633.59 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2013）17-00-01

依据我校机械加工技术专业，探索以“订单”为载体，以岗位能力需求和岗位（群）职业标准相融合的工学结合人才培养模式，实现五个对接的要求。传统的学科课程体系已经不适应该专业的人才培养目标与模式，应突破传统的基于知识储备的学科课程体系思路，按照专业能力训练层次和职业成长规律建立课程体系。将岗位（群）实际工作凝练成“典型工作”，以典型工作为中心整合知识、技能和态度，形成工作任务引领型课程；建立教学过程与工作过程融为一体的“教、学、做”合一的教学设计理念；最终形成以知识的运用为主线，行业、企业专家参与、校企共同推进的“基于机械加工生产工作过程系统化的工学结合课程体系”。

课程体系不是形成的而是转换而来的，开发课程（即凝练典型工作任务），应依据职业成长和学生的认知规律，由顶层向底层进行专业技术课程开发，而教学加工由底层向顶层。课程体系开发具体如下：

一、开展市场调研，进行市场需求论证，完成岗位群工作任务分析

通过对“订单”合作企业和相关机械加工企业调研，获得专业培养方案原始依据，取得来自职场、企业的第一手需求信息。经过分析、整理出机械加工技术专业适应企业生产的岗位群，并对岗位工作任务、岗位（群）能力进行分析。建立科学的岗位能力标准，确立专业对应工作岗位及岗位群对应的典型工作任务，为课程开发奠定基础，同是也是课程建设的基础工作，是建设专业课程体系的前提，也为课程教学方案、课程实施方案的制定提供依据。

二、通过对岗位及其所需职业能力的梳理，预期学生通过学习本专业课程后，能够达到的能力水平。完成机械加工技术专业岗位群职业能力分析

职业能力来源于职业情境，又高于职业情境。职业行动能力是职业能力形成的手段和不断累积的过程，它包括职业技能和工作过程知识。通过市场调研汇总来自企业的工作任务，经讨论、分解、界定（依据能力提升梯度）职业能力类别，提炼出机械加工技术专业的职业核心能力为：会识图、明要求、知工艺、能操作、会维护。并设计、填写机械加工技术专业岗位群职业能力分解表。

职业能力群分为行业通用能力（职业基本技能）、行业专项技能、职业特定能力（综合能力）。行业通用能力是支撑行业技能通用的知识，处于底层；职业特定能力属顶层。对所有岗位的能力分解表合并，去除相同的能力表达，按照职业成长规律，将职业能力进行归纳、梳理、排序，从而获得企业需求的人才能力目标。汇总机械加工技术专业岗位群职业能力。

三、建立课程体系开发基础，形成教学内容主体，实现课程设置与工作任务对接，开发典型工作任务

专业技术课程开发应由顶层向底层进行，从职业综合能力向职业基本技能进行分析，并与企业、行业一同根据职业能力复杂程度对其进行整合形成行动领域，行动领域是对典型工作任务归纳的结果。

典型工作源于实际又高于实际，开发典型工作，是为了实现实际工作向典型工作的转换，它也是典型工作向课程转换的桥梁。确定典型工作，分析典型工作任务，从而实现将该专业的能力培养需求通过教育加工形成可教学实施的任务。设计、填写机械加工技术专业典型工作开发表，并结合专家建议，优化、完善典型工作开发。

四、将典型工作向课程转换，进行课程开发，形成专业课程体系

课程开发要充分体现课程内容及其之间衔接关系，形成完善的体系。课程内容应从知识本位转向职业能力本位，它是课程建设的难点。在确定课程目标前提下，应开发每门课程包含的工作任务，以及所需要的知识、技能和态度，形成课程标准。

五、对课程进行排序，构建机械加工技术专业课程结构框架，形成“基于机械加工生产工作过程系统化的工学结合课程体系”

分析行动领域，根据能力结构和性质，把工作任务分析的结果转化成专业课程，实现典型工作向课程转换，分析要达成机械加工技术专业整个人才能力培养目标需要开设哪些课程？整理、归纳本专业需开设的专业核心课程和专门化方向课程。并撰写专业标准，为教学计划编写做准备；完善专业课程结构，对课程进行排序。

六、课程体系开发后，教师应遵循职业成长规律和认识规律对所担任的课程进行第二次开发，协调课程与课程间的内在逻辑关系

课程是学生获取知识、提高素质和能力的重要载体，对培养学生的质量起着至关重要的作用。一门课程的建设要融入整个课程体系建设之中，课程开发与教学设计的关键是理念，难点是课程内容与知识序列的构成。

在教学设计中，学习情境教学要以完成“典型工作任务”的职业素养为教学目标，以真实的工作过程为主线设计教学过程。学习情境与典型工作任务一致，教学过程与典型工作任务的工作过程一致。