機(jī)電傳動(dòng)控制

1、特 種 加 工吉林大學(xué)吉林大學(xué) 機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院機(jī)械制造及自動(dòng)化系機(jī)械制造及自動(dòng)化系第一章第一章 概論概論2第一章第一章 概論概論1.1 特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展1.2 特種加工的分類特種加工的分類1.3 特種加工對(duì)材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性特種加工對(duì)材料可加工性和結(jié)構(gòu)工藝性等的影響等的影響第一章第一章 概論概論31.1 特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展l定義：定義：特種加工是當(dāng)傳統(tǒng)切削加工方法特種加工是當(dāng)傳統(tǒng)切削加工方法車、銑、鉆、車、銑、鉆、鏜、刨、磨、拉、齒形加工鏜、刨、磨、拉、齒形加工對(duì)產(chǎn)品（或材料）無法對(duì)產(chǎn)品（或材料）無法實(shí)施或保證不了規(guī)定的

2、精度要求時(shí)，而應(yīng)用物理的實(shí)施或保證不了規(guī)定的精度要求時(shí)，而應(yīng)用物理的電、化學(xué)、光、聲、熱等電、化學(xué)、光、聲、熱等方法進(jìn)行加工的手段。方法進(jìn)行加工的手段。l與傳統(tǒng)加工方法的比較：與傳統(tǒng)加工方法的比較： 傳統(tǒng)加工方法傳統(tǒng)加工方法依靠機(jī)械能、切削（磨削）力去除依靠機(jī)械能、切削（磨削）力去除工件上多余的材料（接觸式的、工具硬度高于被加工件上多余的材料（接觸式的、工具硬度高于被加工材料的硬度）。工材料的硬度）。 特種加工特種加工用其他能量去除金屬材料（工具硬度可用其他能量去除金屬材料（工具硬度可以低于被加工材料的硬度、非接觸式的、工具和工以低于被加工材料的硬度、非接觸式的、工具和工件之間不存在切削力）。

3、件之間不存在切削力）。第一章第一章 概論概論4l產(chǎn)生和發(fā)展的外因：產(chǎn)生和發(fā)展的外因：傳統(tǒng)機(jī)械加工手段不能滿足社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的要求，隨著社會(huì)的生產(chǎn)力的發(fā)展人們發(fā)現(xiàn)了新的特殊的材料加工和成形手段。阿雷西沃望遠(yuǎn)鏡阿雷西沃望遠(yuǎn)鏡305m 光學(xué)透鏡曲面光學(xué)透鏡曲面加工要求：高精度、高效率、難加工材料。產(chǎn)產(chǎn)品品方方向向：大大尺尺寸。寸。第一章第一章 概論概論5l產(chǎn)生和發(fā)展的外因：產(chǎn)生和發(fā)展的外因：傳統(tǒng)機(jī)械加工手段不能滿足社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的要求，隨著社會(huì)的生產(chǎn)力的發(fā)展人們發(fā)現(xiàn)了新的特殊的材料加工和成形手段。加工要求：高精度、高效率、難加工材料。產(chǎn)產(chǎn)品品方方向向：微微納納尺尺寸寸?？犷？犷? 2處理器處理器45

4、nm45nm工藝工藝 酷?？犷? 2處理器外觀處理器外觀第一章第一章 概論概論6l產(chǎn)生和發(fā)展的外因：產(chǎn)生和發(fā)展的外因：傳統(tǒng)機(jī)械加工手段不能滿足社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展的要求，隨著社會(huì)的生產(chǎn)力的發(fā)展人們發(fā)現(xiàn)了新的特殊的材料加工和成形手段。加工要求：高精度、高效率、難加工材料。產(chǎn)產(chǎn)品品方方向向：微微納納尺尺寸寸。INTEL P4 NorthwoodINTEL P4 Northwood核心用了核心用了55005500萬晶體萬晶體管，管，0.180.18微米、微米、0.130.13微 米 制 造 工 藝 ；微 米 制 造 工 藝 ；PrescottPrescott核心用了核心用了1.251.25億晶體管，億晶體

5、管，9090納納米制造工藝；米制造工藝；Core Core i7i7核心用了核心用了7.317.31億個(gè)億個(gè)晶體管，核心部分使晶體管，核心部分使用的是用的是32nm32nm制造工藝，制造工藝，而而GPUGPU和和MCHMCH功能部分功能部分則繼續(xù)使用則繼續(xù)使用45nm45nm制造制造工藝。工藝。第一章第一章 概論概論7l產(chǎn)生和發(fā)展的產(chǎn)生和發(fā)展的內(nèi)因：內(nèi)因：特種加工從在很多傳統(tǒng)機(jī)械加工特種加工從在很多傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)。技術(shù)不具備的優(yōu)點(diǎn)。主要用其他能量(如電、化學(xué)、光、聲、熱)去除金屬材料。工具硬度可以低于被加工材料的硬度（以柔克剛）。加工過程中不存在顯著的機(jī)械切削力（非接觸）。加工范

6、圍廣，不受材料物理、機(jī)械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點(diǎn)金屬以及非金屬材料。易于加工復(fù)雜型面、微細(xì)表面以及柔性、低剛度零件。能獲得良好的加工表面質(zhì)量，熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化、熱影響區(qū)以及毛刺等均比較小。各種加工方法易復(fù)合形成新工藝方法，便于推廣應(yīng)用。有的還可用于超精加工、鏡面光整加工和納米級(jí)(原子級(jí))加工。第一章第一章 概論概論81.1 特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展o我國特種加工技術(shù)的發(fā)展歷程1、20世紀(jì)50年代中期，電火花穿孔機(jī)床、電火花表面強(qiáng)化機(jī)研制成功；2、20世紀(jì)50年代末，營口電火花機(jī)床廠開始成批生產(chǎn)電火花強(qiáng)化機(jī)、電火花機(jī)床；3、1979年我國成立

7、了全國性的電加工學(xué)會(huì)；4、1981年我國高校間成立了特種加工教學(xué)研 究會(huì)；5、1997年批量生產(chǎn)。v前蘇聯(lián)的拉扎林科夫婦開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工方法第一章第一章 概論概論91.2 特種加工的分類和比較特種加工的分類和比較F特種加工一般按能量來源、作用形式以及加工原理可分特種加工一般按能量來源、作用形式以及加工原理可分為以下幾種：為以下幾種：q電火花加工電火花加工（電火花成型加工、電火花線切割加工）。（電火花成型加工、電火花線切割加工）。q電化學(xué)加工電化學(xué)加工（電解加工、電解磨削、電鑄、電鍍）。（電解加工、電解磨削、電鑄、電鍍）。q高能束加工高能束加工（激光加工、電子束加工、離子束加工）。（激光加

8、工、電子束加工、離子束加工）。q化學(xué)加工化學(xué)加工（化學(xué)銑削、化學(xué)拋光、光刻）。（化學(xué)銑削、化學(xué)拋光、光刻）。q超聲加工超聲加工（超聲波成形加工、切割、焊接、清洗（超聲波成形加工、切割、焊接、清洗 ）。）。q液體噴射加工液體噴射加工（表面清理、切割、雕刻、落料及打孔）。（表面清理、切割、雕刻、落料及打孔）。 q復(fù)合加工復(fù)合加工（兩種及兩種以上特種加工方法組合）。（兩種及兩種以上特種加工方法組合）。第一章第一章 概論概論10表1-1 常用特種加工方法的分類加 工 方 法 主要能量形式 作用形式 符號(hào) 電火花成型加工 電能、熱能 熔化、氣化 EDM 電火花加工 電火花線切割加工 電能、熱能 熔化、氣

9、化 WEDM 電解加工 電化學(xué)能 金屬離子陽極溶解 ECM(ELM) 電解磨削 電化學(xué)能、機(jī)械能 陽極溶解、磨削 EGM(ECG) 電解研磨 電化學(xué)能、機(jī)械能 陽極溶解、研磨 ECH 電鑄 電化學(xué)能 金屬離子陰極沉積 EFM 電化學(xué)加工 涂鍍 電化學(xué)能 金屬離子陰極沉積 EPM 激光束加工 光能、熱能 熔化、氣化 LBM 電子束加工 光能、熱能 熔化、氣化 EBM 離子束加工 電能、機(jī)械能 切蝕 IBM 高能束加工 等離子弧加工 電能、熱能 熔化、氣化 PAM 超聲加工 聲能、機(jī)械能 切蝕 USM 磨料流加工 機(jī)械能 切蝕 AFM 物料切蝕 加工 液體噴射加工 機(jī)械能 切蝕 HDM 化學(xué)銑削

10、化學(xué)能 腐蝕 CHM 化學(xué)拋光 化學(xué)能 腐蝕 CHP 化學(xué)加工 光刻 光能、化學(xué)能 光化學(xué)腐蝕 PCM 電化學(xué)電弧加工 電化學(xué)能 熔化、氣化腐蝕 ECAM 復(fù)合加工 電解電化學(xué)機(jī)械磨削 電能、熱能 離子溶解、熔化、切割 MEEC 第一章第一章 概論概論111.2 特種加工的分類和比較特種加工的分類和比較q電火花加工靠工具與工件間不斷產(chǎn)生的脈沖性火花放電，利用放電時(shí)產(chǎn)生局部、瞬時(shí)的高溫把金屬材料逐步蝕除下來。q電火花成形加工電火花成形加工適用于各種孔、槽模具，還可加工各類腔模及各種復(fù)雜型腔零件；q電火花線切割加工電火花線切割加工適用于切割各種沖模和具有直紋面的零件，下料、截割和窄縫加工。 第一章

11、第一章 概論概論121.2 特種加工的分類和比較特種加工的分類和比較q電火花加工電火花成形加工電火花成形加工第一章第一章 概論概論131.2 特種加工的分類和比較特種加工的分類和比較q電火花加工電火花線切割加工電火花線切割加工第一章第一章 概論概論14q電化學(xué)加工是通過電化學(xué)反應(yīng)去除工件材料或在其上鍍覆金屬材料等的加工方法。q電解加工電解加工適用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、拋光等。q電鑄加工電鑄加工適用于形狀復(fù)雜、精度高的空心零件，如波導(dǎo)管；注塑用的模具、薄壁零件；復(fù)制精密的表面輪廓；表面粗糙度樣板、反光鏡、表盤等零件。q涂覆加工涂覆加工可針對(duì)表面磨損、劃傷、銹蝕的零件進(jìn)行涂覆以恢復(fù)

12、尺寸；對(duì)尺寸超差產(chǎn)品進(jìn)行涂覆補(bǔ)救。對(duì)大型、復(fù)雜、小批工件表面的局部鍍防腐層、耐腐層，以改善表面性能。 第一章第一章 概論概論15q電化學(xué)加工圖1 電解(電鍍)液中的電化學(xué)反應(yīng)ieei211陽極；2陰極OHClHCu2圖2 電解加工原理圖12345VA1直流電源；2工具電極；3工件陽極；4電解液泵；5電解液第一章第一章 概論概論16q電化學(xué)加工圖3 電鑄成型的原理45636 V789101231鍍槽；2陽極；3蒸餾水瓶；4直流電源；5加熱管；6恒溫裝置；7溫度計(jì)；8母模；9電鑄層；10玻璃管第一章第一章 概論概論17q電化學(xué)加工圖4 電解磨削加工原理圖7685432191251311101直流電

13、源；2絕緣主軸；3磨輪；4電解液噴嘴；5工件；6電解液泵；7電解液箱；8機(jī)床本體；9工作臺(tái)；10磨料；11結(jié)合劑；12電解間隙；13電解液第一章第一章 概論概論18q高能束加工是利用能量密度很高的激光束、電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法的總稱。q激光束加工激光束加工主要應(yīng)用有打孔、切割、焊接、金屬表面的激光強(qiáng)化、微調(diào)和存儲(chǔ)等。q電子束加工電子束加工利用電子束將材料的局部加熱至熔化或氣化點(diǎn)進(jìn)行加工，適合打孔、切割槽縫、焊接及其他深結(jié)構(gòu)的微細(xì)加工；或利用電子束的化學(xué)效應(yīng)進(jìn)行刻蝕、大面積薄層等微細(xì)加工等。q離子束加工離子束加工主要應(yīng)用于微細(xì)加工、濺射加工和注入加工。等離子弧加工適用于各種金

14、屬材料的切割、焊接、熱處理，還可制造高純度氧化鋁、氧化硅和工件表面強(qiáng)化，還可進(jìn)行等離子弧堆焊及噴涂。 第一章第一章 概論概論19q激光加工圖1 激光加工示意圖1234561激光器；2激光束；3全反射棱鏡；4聚焦物鏡；5工件；6工作臺(tái)第一章第一章 概論概論20q激光加工平面鏡激光束輔助氣體鈦合金噴嘴聚焦透鏡激光器圖2 CO2氣體激光器切割鈦合金示意圖第一章第一章 概論概論21q激光加工圖3 振鏡式激光打標(biāo)原理激光束光束準(zhǔn)直振鏡Y軸馬達(dá)透鏡第一章第一章 概論概論22q電子束加工圖4 電子束加工原理電子槍系統(tǒng)聚焦系統(tǒng)電子束工件抽真空系統(tǒng)電源及控制系統(tǒng)第一章第一章 概論概論23q超聲加工是利用超聲振動(dòng)

15、的工具在有磨料的液體介質(zhì)中或干磨料中，產(chǎn)生磨料的沖擊、拋光、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來去除材料，以及超聲振動(dòng)使工件相互結(jié)合的加工方法。適用于成形加工、切割成形加工、切割加工、焊接加工和超聲清洗。加工、焊接加工和超聲清洗。 第一章第一章 概論概論24q超聲加工圖1 超聲波加工原理圖加工力工具工件振動(dòng)方向磨料工作液工具振幅第一章第一章 概論概論25q超聲加工圖2 超聲波加工裝置123456781冷卻器；2磨料懸浮液抽出；3工具；4工件；5磨料懸浮液送出；6變幅桿；7換能器；8高頻發(fā)生器第一章第一章 概論概論26q液體噴射加工是利用水或水中加添加劑的液體，經(jīng)水泵及增壓器產(chǎn)生高速液體束流，噴射到工

16、件表面，從而達(dá)到去除材料的目的?？杉庸け?、軟的金屬及非金屬材料，去除腔體零件內(nèi)部毛刺、使金屬表面產(chǎn)生塑性變形。q磨料噴射加工適用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。 第一章第一章 概論概論27q液體噴射加工第一章第一章 概論概論28q液體噴射加工（b）不銹鋼配件切割 （a）金屬切割 （c）玻璃切割 第一章第一章 概論概論291.2 特種加工的分類和比較特種加工的分類和比較q化學(xué)加工使利用化學(xué)溶液與金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使金屬腐蝕溶解，改變工件形狀、尺寸或表面狀態(tài)加工方法。用于去除材料表層，以減重；有選擇地加工較淺或較深的空腔及凹槽；對(duì)板材、片材、成形零件及擠壓成形零件進(jìn)行錐孔加工

17、。 第一章第一章 概論概論30q化學(xué)加工化學(xué)溶液被溶解去除部分耐腐蝕保護(hù)層第一章第一章 概論概論31表1-2 幾種常見特種加工方法的綜合比較加工方法 可加工材料 工具損耗率/% (最低/平均) 材料去除率/ (mm3/min) (平均/最高) 可達(dá)到尺寸 精度/mm (平均/最高) 可達(dá)到表 面粗糙度 Ra/m (平均/最高) 主要適用范圍 電火花 成型加工 0.1/10 30/3000 0.03/0.003 10/0.04 從數(shù)微米的孔、槽到數(shù)米的超大型模具、工件等，如各種類型的孔、各種類型的模具 電火花線 切割加工 較小(可補(bǔ)償) 20/200* (mm2/min) 0.02/0.002

18、5/0.32 切割各種二維及三維直紋面組成的模具及零件，也常用于鉬、鎢、半導(dǎo)體材料或貴重金屬切削 電解加工 任 何 導(dǎo)電金屬材料， 如硬質(zhì)合金鋼、耐熱鋼、 不銹鋼、淬火鋼、鈦合金等 不損耗 100/10000 0.1/0.01 1.25/0.16 從微小零件到超大型工件、模具的加工，如型孔、型腔、拋光、去毛刺等 第一章第一章 概論概論32電解磨削 1/50 1/100 0.02/0.001 1.25/0.04 硬質(zhì)合金鋼等難加工材料的磨削，如硬質(zhì)合金刀具、量具等 超聲波 加 工 任何脆性 材料 0.1/10 1/50 0.03/0.005 0.63/0.16 加工脆硬材料，如玻璃、石英、寶石、金剛石、硅等，可加工型孔、型腔、小孔等 激光加工 精密加工小孔、窄縫及成型切割、蝕刻，如金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承等 電子束 加 工 瞬 時(shí) 去 除率很高，受功率限制，平均去除率不高 0.01/0.001 10/1.25 在各種難加工材料上打微小孔、切縫、蝕刻、焊接等，常用于制造大、中規(guī)模集成電路微電子器件 離子束 加 工 任何材料 不