1.3 机械加工技术
机械加工技术通常是指切削和磨削加工技术。随着科学技术的发展与进步，尽管在过去的几十年里，不断出现了许多新的加工方法，如电物理加工、电化学加工、激光束和离子束加工、精密铸造和精密锻造成型加工方法等，并且得到了较广泛地应用和发展，但是切削和磨削加工仍是迄今为止机械制造应用最多、最广、最为主要的加工方法。据专家估计，机械制造中约有30%～40%工作量是切削和磨削加工，对于尺寸和形状的配合精度要求越高的零件（在微米内），就越必须经过切削和磨削加工来完成，至今还没有更好的加工方法。因此，重视切削和磨削加工技术的研究，不断提高切削和磨削加工技术水平，对提高一个国家的机械制造技术水平和机电产品的性能、质量及市场竞争力具有十分重要的意义，所以切削和磨削加工技术理所当然地受到了所有工业发达国家，如美、德、日、英等国的极大重视。
衡量一个国家的切削和磨削加工技术水平的高低可从三个方面考虑：一是考虑机械制造业中普遍采用的切削用量（υc 和 f）达到的加工精度、生产效率和加工质量等；二是考虑在切削和磨削加工中的自动化、柔性化程度以及在超精密加工、难加工材料（如特硬、特软、特黏及特脆材料等）加工方面所具有的能力和水平；三是考虑切削和磨削加工中的材料消耗、能量消耗和所产生的环境污染（切削液和噪声污染）等[3]。
由此可见，现代切削和磨削加工技术，即机械加工新技术，不仅涉及到了切削和磨削加工机理和工艺方法方面的问题，也涉及到所需的技术装备，包括机床、刀具、磨料、磨具、量具、量仪及监测监控技术等诸方面的问题。而且前者是发展和提高切削和磨削加工技术水平的依据，后者（技术装备）则是实现发展和提高切削和磨削加工技术水平的保证。二者必须同步发展，相互适应。
1．机床技术的发展
为适应国民经济发展的需要，现代机床正在向高速化、高精度化和自动化方向发展。
（1）机床的高速化
航空和航天工业、轿车工业的迅猛发展，迫切要求生产高效率。高效率的根本途径就是生产的高速化。特别是20世纪90年代以来，随着电主轴和直线进给电动机在机床上的应用，使得机床的主运动和进给运动的速度大大提高。航空和航天工业是高速与超高速加工传统的应用领域，最新发展趋势是采用整体铝合金坯料“掏空”制造飞机的机身和机翼等大型零件，用以代替传统的拼装结构。例如，美国CINCINNATI公司以往用于飞机制造的铣床主轴转速为15000r/min，现在已经提高到了40000r/min，功率从22kW提高到了40kW。Hyper Mach铣床已提高到了60000r/min，功率达80kW。Hyper Mach铣床采用了直线电动机，工作行程进给速度最大达60m/min，空行程快速达100m/min，加速度达2g。该铣床试切一薄壁飞机零件，仅用了30 min。意大利的JOBS公司2000年用于航空和模具工业的高速大型铣床Linx，其主轴转速为24000r/min，功率为44kW，进给速度为60m/min，加速度为0.6g。据称，由于电主轴的高速和直线电动机进给的高速，使得加工时间减少了50%，机床结构大大简化，机床零件减少了25%，使得维修也变得容易。
轿车工业也是高速加工应用的一个重要领域，据报道，现在已采用高速加工中心代替多轴组合机床，提高了产品生产的柔性，有利于产品的更新换代。上海通用汽车公司也已用高速加工中心代替部分组合机组成新生产线。
淬硬模具钢的加工也采用高速铣削，这又推动了电加工机床实现直线电动机进给，也使电加工大大减少了加工时间，提高了模具加工的生产效率。
据报道，现在正在研制主轴转速为300000r/min，直线进给速度达200m/min的新加工中心。当然，这么高转速和这么快进给速度的机床也必须实现自动化和高精度才有意义。
（2）机床的高精度化
要想满足航空和航天，特别是微电子产品和光学产品性能的要求，必须解决超精密加工技术问题，其核心是要有超精密加工机床。美国的超精密机床水平是全世界公认的。美国pneumo公司的MSG-325金刚石车床主轴回转精度可达0.025µm，加工形状精度为0.1～0.2µm，加工有色金属工件的表面粗糙度Ra为0.01～0.02µm。
美国1983年研制的大型金刚石车床DTM，可加工直径φ2100mm，质量为4500kg的工件；1984年研制的大型光学金刚石车床LODTM，可加工直径φ1625mm，质量为1360kg的工件。它们的主轴分别采用空气轴承和高压液体静压轴承，刚度高、动态特性好；采用精密数字伺服控制内装式CNC系统和激光干涉测长仪，以实现随机测量定位；用压电式微位移机构以实现刀具的微量进给（nm级位移）；用恒温油淋浴系统，使油温控制在20±0.0005℃，以消除加工中机床的热变形；还采用了压电晶体误差补偿技术，使得加工精度达到0.025µm，表面粗糙度Ra达0.0042µm。DTM既可加工平面、球面，又可加工非球曲面。
英国1991年研制成功了OAGM2500大型超精密机床，专门用于加工X射线天体望远镜的大型曲面反射镜，其工作台为2500mm×2500mm，还有φ2500mm高精度回转工作台。机床采用精密数控驱动，用分辨率为2.5µm的双频激光测量系统检测运动位置并向数控系统反馈。OAGM2500大型精密机床的精度大大高于过去的同类机床。
此外，20世纪90年代以来，高速铣床和高速铣削加工中心的精度也在不断提高。例如，德国和日本研制的高速铣削加工中心，主轴转速达60000r/min，进给速度达80m/min，加速度2g～2.5g，其重复定位精度达到了±1µm。
（3）机床的自动化
机床的自动化乃是提高生产效率和产品质量的必然途径。自动化包括两个层次：一是大批量生产的自动化，二是中小批量生产的自动化。过去的自动线生产早已解决了大批量生产的自动化。数控化乃是实现中小批量生产自动化最可行的办法。
数控化使制造技术从手工制造、机械制造、自动化制造推进到了信息化制造。因此，数控化率已成为当今衡量一个国家制造技术水平高低的重要指标。20世纪80年代发达国家机床的数控化率已达10%；日本在1994年就达到了20.8%，它的机床年产量的70%以上为数控机床；很多发达国家在航空、航天、造船、模具、机床制造业中机床数控化率高达30%～70%，制造业已发展到了一个很高水平。但我国1995年数控化率才只有1.9%，1998年机床总产值中数控机床产值只占21%，即便在机床数控化率较高的飞机制造厂，其数控化率也只有10%～20%[4]。
为提高效率，多轴联动和机床的复合化也是机床发展的新方向，如近些年出现的车铣复合加工中心就是一例。
永磁环形伺服力矩电机将在复合转台和复合主轴头A、C轴伺服传动中取代蜗轮蜗杆副，采用一个复合主轴头就可实现5个面加工，对大型模具加工非常有利。车铣复合加工中心可实现在一次装夹中就可把大直径整体材料加工成发动机曲轴，用X、Y、C三轴联动就可加工出连杆轴颈和曲拐的多个表面。
2．刀具技术的发展
高速与超高速机床的出现，使得在切削加工技术步入以高速切削HSC（High Speed Cutting）为重要特征的全新发展阶段。新型刀具材料和涂层技术的发展又为高速切削工艺的实现创造了条件。20世纪70年代化学气相沉积CVD（Chemical Vapor Deposition）法和物理气相沉积PVD（Physical Vapor Deposition）法硬质涂层技术的出现是刀具材料发展的一次重大变革，硬质涂层为刀具切削性能的提高开创了历史新篇章。至今涂层材料的发展，已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层，经历了TiC-Al2O3-TiN复合涂层和TiCN，TiAlN等多元复合涂层的发展阶段，又发展到了TiN/NbN，TiN/CN等多元复合薄膜材料，使得刀具涂层材料的性能有了更大地提高[5]。
自20世纪70年代初采用低压化学气相沉积法合成金刚石薄膜以来，经过近30年的攻关，低压气相合成金刚石技术已有了重大突破。1995年Sandvik Coromant公司已把涂复金刚石层的硬质合金可转位刀片投放市场，金刚石硬质合金刀具的商品化是涂层技术的又一个重大成就，这种刀片有极好的切屑控制性能，使切削力大大减小且不生成积屑瘤，加工工件的表面质量极好，刀具寿命比常用刀具高10倍。日本OSG公司开发的超微细金刚石涂层硬质合金立铣刀，加工高Si-Al合金时，表面粗糙度 Ry 可达0.66µm，明显优于粗颗粒金刚石涂层高速纲HSS（High Speed Steel）立铣刀，且刀具寿命也有较大提高。如能解决金刚石的热稳定性问题，金刚石涂层硬质合金刀具还可能用于钢铁材料的加工，我们正在期待着这一天的到来。
20世纪80年代以来，美国科学家又开始了合成氮化碳（CN）的研究工作，这也是世界材料科学领域的热门课题。近年日本已合成氮化碳的维氏硬度达6380HV（63.8 GPa），很有希望达到或超过金刚石10000HV（100 GPa）的水平。还有一项尚待突破的技术就是立方氮化硼CBN薄膜合成技术，这将是21世纪要解决的刀具又一重大突破性技术，因为CBN可高速精加工钢铁材料。
3．磨削技术的发展
20世纪70年代以来，磨削加工技术也有了很大发展，新研制和开发了很多高效、高质量、高精度磨削加工新工艺与新方法。例如，重负荷荒磨削、大切深缓进给磨削、高速和超高速磨削、高精度小粗糙度磨削、砂带磨削，特别是超硬磨料砂轮在线电解磨削（ELID）技术、快速点磨削新工艺、CBN蜗杆砂轮硬齿面齿轮磨削、珩磨内齿轮新工艺等。国外磨削速度已高达150～180m/s，试验速度在200～250m/s以上，超高速磨床已推向市场了。
随着科学技术的不断发展，切削和磨削加工技术还在不断地发展。
以上这些都标志着机械加工技术已发展到了一个新阶段。