精密機(jī)械制造技術(shù)5非典型加工與先進(jìn)制造技術(shù)

1、LOGO*1LOGO一、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)一、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（）（）二、智能制造系統(tǒng)二、智能制造系統(tǒng)（）（）三、精良生產(chǎn)三、精良生產(chǎn)（）（）四、敏捷制造四、敏捷制造（）（）*2LOGO科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加工方法難以勝任的制造任務(wù)。工方法難以勝任的制造任務(wù)。非傳統(tǒng)加工法正是為完成這些制造任務(wù)非傳統(tǒng)加工法正是為完成這些制造任務(wù)產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。*3LOGOv特種加工是利用特種加工是利用、（電、聲、（電、聲、光、熱、磁）、光、熱、磁）、的方法對(duì)材料進(jìn)行加的方法對(duì)材料進(jìn)行加工的工的v特種加工能解決大量的普通機(jī)械加工方法特種加工能解決

2、大量的普通機(jī)械加工方法難以解決甚至不能解決的問(wèn)題難以解決甚至不能解決的問(wèn)題*4LOGOv 化學(xué)加工（化學(xué)加工（CHM）v 電化學(xué)加工（電化學(xué)加工（ECM）v 電化學(xué)機(jī)械加工（電化學(xué)機(jī)械加工（ECMM）v 電火花加工（電火花加工（EDM）v 電接觸加工（電接觸加工（RHM）v 超聲波加工（超聲波加工（USM）v 激光束加工（激光束加工（LBM）v 離子束加工（離子束加工（IBM）v 電子束加工（電子束加工（EBM）v 等離子體加工（等離子體加工（PAM）v 電液加工（電液加工（EHM）v 磨料流加工（磨料流加工（AFM）v 磨料噴射加工（磨料噴射加工（AJM）v 液體噴射加工（液體噴射加工（HD

3、M）v以及各種復(fù)合加工以及各種復(fù)合加工*5LOGO一、電火花加工一、電火花加工1.電火花加工原理電火花加工原理v利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫熔蝕工件的表面材料來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。的高溫熔蝕工件的表面材料來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。v圖圖6-1為電火花加工裝置原理圖。為電火花加工裝置原理圖。*6LOGO2.電火花加工機(jī)床的組成電火花加工機(jī)床的組成由脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置、機(jī)床本由脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置、機(jī)床本體及工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)等。體及工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)等。電火花加工的電源應(yīng)選擇電火花加工的電源應(yīng)選擇直流脈沖電源直流脈沖電源，以形成明顯的以形成明顯

4、的極效應(yīng)極效應(yīng)。v圖圖6-2是線切割機(jī)床的工作原理圖是線切割機(jī)床的工作原理圖*7LOGOv電火花加工適用于導(dǎo)電性較好的金屬材料的加電火花加工適用于導(dǎo)電性較好的金屬材料的加工，不受材料的強(qiáng)度、硬度、脆性、韌性及熔工，不受材料的強(qiáng)度、硬度、脆性、韌性及熔點(diǎn)的影響；點(diǎn)的影響；v加工過(guò)程中不存在切削力，可適用于薄壁、小加工過(guò)程中不存在切削力，可適用于薄壁、小孔、窄縫的加工；孔、窄縫的加工；*8LOGOv可用于各種復(fù)雜形狀的型孔及立體曲面型腔的可用于各種復(fù)雜形狀的型孔及立體曲面型腔的一次成形；一次成形；v可以用來(lái)進(jìn)行切斷、切割，以及表面強(qiáng)化、刻可以用來(lái)進(jìn)行切斷、切割，以及表面強(qiáng)化、刻寫(xiě)、打印銘牌和標(biāo)記等

5、。寫(xiě)、打印銘牌和標(biāo)記等。缺點(diǎn)：金屬的去除率較低；存在重鑄層和受熱缺點(diǎn)：金屬的去除率較低；存在重鑄層和受熱影響層等。影響層等。*9LOGO1.電解加工原理電解加工原理 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解的電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解的電化學(xué)反應(yīng)原理，將金屬材料加工成形的一種方法。電化學(xué)反應(yīng)原理，將金屬材料加工成形的一種方法。v圖圖6-3為電解加工的工作原理圖。為電解加工的工作原理圖。*10LOGO2.電解加工設(shè)備的組成電解加工設(shè)備的組成由機(jī)床本體、電源和電解液系統(tǒng)等部由機(jī)床本體、電源和電解液系統(tǒng)等部分組成。分組成。*11LOGO工作電壓低，電流大；不受加工材料的硬工作電壓低，電

6、流大；不受加工材料的硬度、強(qiáng)度、韌性的限制，可加工多種難切削金屬度、強(qiáng)度、韌性的限制，可加工多種難切削金屬材料；加工效率比電火花成形加工高材料；加工效率比電火花成形加工高510倍；無(wú)倍；無(wú)機(jī)械切削或切削熱；平均加工公差可達(dá)機(jī)械切削或切削熱；平均加工公差可達(dá)0.1mm；附屬設(shè)備多，占地面積大，造價(jià)高；電解液腐蝕附屬設(shè)備多，占地面積大，造價(jià)高；電解液腐蝕機(jī)床，易污染環(huán)境。機(jī)床，易污染環(huán)境。 *12LOGO1.激光加工概述激光加工概述激光特征：激光特征：亮度高亮度高、方向性好方向性好、單色性好單色性好、相干性好相干性好-利用光學(xué)系統(tǒng)可聚焦稱(chēng)極小的光斑，利用光學(xué)系統(tǒng)可聚焦稱(chēng)極小的光斑，獲得極高能量密度

7、和極高的溫度。獲得極高能量密度和極高的溫度。 影響激光加工的因素：輸出功率與照射時(shí)影響激光加工的因素：輸出功率與照射時(shí)間；焦距、發(fā)散角與焦點(diǎn)位置；照射次數(shù)；工件間；焦距、發(fā)散角與焦點(diǎn)位置；照射次數(shù)；工件材料等。材料等。v圖圖6-4為激光加工機(jī)示意圖為激光加工機(jī)示意圖*13LOGO2.激光加工機(jī)的組成激光加工機(jī)的組成激光加工機(jī)通常由激光器、電源、光學(xué)激光加工機(jī)通常由激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。*14LOGO3.激光加工的特點(diǎn)激光加工的特點(diǎn)不需要加工工具；激光束功率密度高，幾乎不需要加工工具；激光束功率密度高，幾乎可以加工任何難加工的材料；工件無(wú)受力變形；激可以加工任

8、何難加工的材料；工件無(wú)受力變形；激光打孔、切割的速度很高，加工部位材料幾乎不受光打孔、切割的速度很高，加工部位材料幾乎不受切削熱的影響，熱變形小；激光切割的切縫窄，切切削熱的影響，熱變形小；激光切割的切縫窄，切割邊緣質(zhì)量好。割邊緣質(zhì)量好。*15LOGO利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，使工作液中的利用工具端面作超聲頻振動(dòng)，使工作液中的懸浮磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。懸浮磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。v超聲波加工適合于超聲波加工適合于加工各種硬脆材料加工各種硬脆材料，特別是不，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、瑪瑙、寶導(dǎo)電的非金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、瑪瑙、寶石、金剛石等。石、金剛

9、石等。v圖圖6-56-5為超聲波加工的原理圖為超聲波加工的原理圖*16LOGO1.電子束加工原理電子束加工原理分為電子束熱加工和電子束化學(xué)加工分為電子束熱加工和電子束化學(xué)加工利用電子束的熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。如電子利用電子束的熱效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加工的。如電子束熔煉、電子束焊接、電子束打孔等（圖束熔煉、電子束焊接、電子束打孔等（圖5-1）*17LOGO功率密度非常低的電子束照射到工件表面功率密度非常低的電子束照射到工件表面（高分子材料），入射電子與高分子相碰撞，使分（高分子材料），入射電子與高分子相碰撞，使分子鏈斷裂或重新聚合，從而使高分子材料的分子量子鏈斷裂或重新聚合，從而使高分子材料的分子量和化學(xué)性

10、質(zhì)發(fā)生變化，這就是電子束的化學(xué)效應(yīng)。和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，這就是電子束的化學(xué)效應(yīng)。利用該效應(yīng)可以進(jìn)行化學(xué)加工。利用該效應(yīng)可以進(jìn)行化學(xué)加工。*18LOGO2.電子束加工設(shè)備主要由以下四部分組成：電子束加工設(shè)備主要由以下四部分組成：由電子發(fā)射陰極、控制柵極：由電子發(fā)射陰極、控制柵極和加速陽(yáng)極組成，電子槍用來(lái)發(fā)射高速電子，和加速陽(yáng)極組成，電子槍用來(lái)發(fā)射高速電子，并初步聚焦，使電子加速。并初步聚焦，使電子加速。：由聚焦裝置、偏轉(zhuǎn)裝置和工作：由聚焦裝置、偏轉(zhuǎn)裝置和工作臺(tái)位移裝置等組成。臺(tái)位移裝置等組成。*19LOGO：形成真空環(huán)境。電子高速運(yùn)動(dòng)、：形成真空環(huán)境。電子高速運(yùn)動(dòng)、發(fā)射陰極不被氧化以及被加工表面

11、不被氧化發(fā)射陰極不被氧化以及被加工表面不被氧化等，均需要真空環(huán)境。等，均需要真空環(huán)境。：提供各種控制電壓和加速電壓。：提供各種控制電壓和加速電壓。*20LOGO-光刻膠是高分子材料，按規(guī)定圖形光刻膠是高分子材料，按規(guī)定圖形對(duì)光刻膠進(jìn)行電子束照射就會(huì)產(chǎn)生潛像。再將它浸對(duì)光刻膠進(jìn)行電子束照射就會(huì)產(chǎn)生潛像。再將它浸入適當(dāng)?shù)娜軇┲?，由于照射部分和未照射部分材料入適當(dāng)?shù)娜軇┲校捎谡丈洳糠趾臀凑丈洳糠植牧系姆肿恿坎煌?，溶解速度不一樣，就?huì)使?jié)撓耧@影的分子量不同，溶解速度不一樣，就會(huì)使?jié)撓耧@影出來(lái)。出來(lái)。（圖（圖6-7）：）：*21LOGOv不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石等不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼

12、、陶瓷、玻璃和寶石等難加工材料的圓孔、異形孔和窄縫的加工，最小難加工材料的圓孔、異形孔和窄縫的加工，最小孔徑可達(dá)孔徑可達(dá)0.020.003mm。v用來(lái)焊接難溶金屬、化學(xué)性能活潑的金屬，以及用來(lái)焊接難溶金屬、化學(xué)性能活潑的金屬，以及碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等。碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等。v細(xì)微加工的光刻。細(xì)微加工的光刻。*22LOGO在真空條件下，利用惰性氣體離子在電在真空條件下，利用惰性氣體離子在電場(chǎng)中加速而形成的高速離子流來(lái)實(shí)現(xiàn)微細(xì)加場(chǎng)中加速而形成的高速離子流來(lái)實(shí)現(xiàn)微細(xì)加工的工藝方法。工的工藝方法。v離子束加工是一種新興的細(xì)微加工方法，離子束加工是一種新興的細(xì)微加工方法，在亞微米至納

13、米級(jí)精度的加工中很有發(fā)展前在亞微米至納米級(jí)精度的加工中很有發(fā)展前途。途。*23LOGO：離子聚焦成細(xì)束：離子聚焦成細(xì)束狀，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，狀，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，實(shí)現(xiàn)原子或離子與母材的分離。實(shí)現(xiàn)原子或離子與母材的分離。：離子被加速，打：離子被加速，打在靶材上，靶材分離出原子或分子，附著在靶材上，靶材分離出原子或分子，附著到工件表面形成鍍膜。到工件表面形成鍍膜。*24LOGO：用高能離子轟擊工用高能離子轟擊工件表面，將離子打入工件表層，其電荷被中和，件表面，將離子打入工件表層，其電荷被中和，成為置換原子或晶格間原子，留在工件表層，從成為置換原子或晶格間原子，留在工

14、件表層，從而改變了工件表層的材料成分和性能。而改變了工件表層的材料成分和性能。*25LOGO1.概述概述20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)年代中期發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)-傳統(tǒng)的加工方法是傳統(tǒng)的加工方法是“去除去除”材料，而快速成形技材料，而快速成形技術(shù)則采用術(shù)則采用“增加增加”材料。材料。2.快速光造影系統(tǒng)（快速光造影系統(tǒng)（SLA）SLA組成：組成：CAD/CAM系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)及掃系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)及掃描控制系統(tǒng)、光敏樹(shù)脂、樹(shù)脂容器及升降工作臺(tái)以描控制系統(tǒng)、光敏樹(shù)脂、樹(shù)脂容器及升降工作臺(tái)以及后固化裝置等組成。及后固化裝置等組成。*26LOGO3.其他類(lèi)型的快速成形系統(tǒng)其他類(lèi)型的快速成形系統(tǒng)v圖圖a采用塑料作原料，零件按照每層的形狀由熱采用塑料作原料，零件按照每層的形狀由熱熔塑料堆砌而