第十章切削加工先進(jìn)技術(shù)

1、第十章數(shù)控加工 特種加工特種加工利用非常規(guī)的切削加工手段，利用電、磁、聲、光、熱等物理及化學(xué)能量，直接施加于被加工工件待加工部位，達(dá)到材料去除、變形以及改變性能等目的的加工技術(shù)。 第二節(jié)第二節(jié) 特種加工特種加工常用特種加工方法能量形式及適用范圍一、電火花加工一、電火花加工1 1電火花加工原理電火花加工原理 電火花加工電火花加工是一種利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)電材料進(jìn)行電蝕以去除多余材料的加工方法，故又稱為電蝕加工。a）電火花加工原理b）蝕除材料的過程c）工件成型電火花加工電火花加工電火花機(jī)床 2 2電火花加工特點(diǎn)電火花加工特點(diǎn) （1）能加工各種具有導(dǎo)電性能的硬、脆、軟、韌材料。 （2）適宜加工小孔、薄壁

2、、窄腔槽及各種復(fù)雜的型孔、型腔和曲線孔等，也適用于精密細(xì)微加工。 （3）有利于提高工件的加工精度和表面質(zhì)量，也有利于加工熱敏感性強(qiáng)的材料。 （4）便于實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。 （5）工具電極消耗較大。 3 3電火花加工應(yīng)用電火花加工應(yīng)用 （1）電火花穿孔、成形加工。包括穿孔和型腔加工兩類。 （2）電火花小孔加工。 （3）電火花精密細(xì)微加工。 （4）電火花磨削。二、電火花線切割加工二、電火花線切割加工1 1電火花線切割加工原理電火花線切割加工原理快速走絲電火花線切割加工原理示意圖 2 2電火花線切割加工特點(diǎn)電火花線切割加工特點(diǎn) （1）可以加工用傳統(tǒng)切削加工方法難以加工或無法加工的形狀復(fù)雜的工件。 （

3、2）工件變形小，電極絲、夾具不需要太高的強(qiáng)度。 （3）可加工任何導(dǎo)電的固體材料。 （4）有利于加工精度的提高，便于實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化。 （5）不能加工非導(dǎo)電材料。 （6）加工成本高，不適合加工形狀簡單的大批量工件。3 3電火花線切割加工應(yīng)用電火花線切割加工應(yīng)用 （1）各種形狀的沖裁模（凸模、凹模）及其他模具的制造。 （2）各類精密型孔、樣板、成形刀具等工件和容易引起變形的精密狹槽類工件的加工。 （3）加工和切割稀有、貴重金屬。 1 1激光加工原理激光加工原理 固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖 三、激光加工三、激光加工2 2激光加工的特點(diǎn)激光加工的特點(diǎn) （1）幾乎可以加工任何固體材料。 （2）可進(jìn)行精密細(xì)微

4、加工。 （3）屬于非接觸加工，沒有明顯的機(jī)械力，沒有工具損耗，可加工易變形的薄板和橡膠等彈性工件。 （4）加工速度快，熱影響區(qū)小，并可通過透明體進(jìn)行加工。 （5）精密細(xì)微加工時(shí)，需反復(fù)試驗(yàn)，尋找合理的加工參數(shù)，才能達(dá)到其精度和表面粗糙度要求。3 3激光加工工藝及應(yīng)用激光加工工藝及應(yīng)用l 去除加工（激光打孔、激光切割）l 連接加工（即激光焊接） 激光打孔 激光切割四、高壓水射流切割加工四、高壓水射流切割加工 高壓水射流切割高壓水射流切割是一種冷切割工藝，被加工材料的物理性能、力學(xué)性能及材質(zhì)的晶體組織結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞，可免除后續(xù)機(jī)械加工工藝。一、認(rèn)識(shí)精密加工一、認(rèn)識(shí)精密加工 精密加工精密加工是指在

5、一定發(fā)展階段，加工精度和表面質(zhì)量比傳統(tǒng)的加工方法能達(dá)到更高程度的加工工藝。 按我國目前情況，精密加工是指加工精度在0.110m（相當(dāng)于IT5以上），表面粗糙度值小于Ra 0.16m的加工方法。 精密加工中，精度高于0.1m，表面粗糙度值小于Ra 0.1m的加工方法稱為超精密加工超精密加工。 第三節(jié)第三節(jié) 精密加工精密加工1 1機(jī)床設(shè)備條件機(jī)床設(shè)備條件 必須在精密機(jī)床上進(jìn)行。機(jī)床應(yīng)具有高的運(yùn)動(dòng)精度，高的剛度和高的轉(zhuǎn)速以及小的進(jìn)給量。 2 2環(huán)境條件環(huán)境條件l 消除工藝系統(tǒng)內(nèi)部和外部的振動(dòng)干擾。l 創(chuàng)造恒溫條件。二、精密車削二、精密車削1 1精密車削的應(yīng)用精密車削的應(yīng)用l銅、鋁及其合金制件的最終加

6、工。 l純金屬、塑料、玻璃纖維、合成樹脂及石墨等不宜采用磨削而要求又高的零件。l黑色金屬或其他表面硬度高的精密零件光整加工前的預(yù)加工工序。2 2精密車削的刀具和切削用量精密車削的刀具和切削用量 金剛石車刀金剛石車刀刀具材料種類：有天然單晶金剛石和人造聚晶金剛石兩種：有天然單晶金剛石和人造聚晶金剛石兩種刀具材料特點(diǎn)和應(yīng)用：金剛石具有硬度高、耐磨性好、刃口鋒利和摩擦因數(shù)小等優(yōu)點(diǎn)，但韌性很差，刃磨困難 金剛石刀具適用于有色金屬及其合金（如鋁、紫銅、黃銅、巴氏合金、鈹銅、鋅等）及非金屬材料（如酚醛塑料、陶瓷等）的精密車削 由于金剛石與鐵的親和力很強(qiáng)，因此金剛石刀具不適于加工黑色金屬刀具材料特點(diǎn)和應(yīng)用金

7、剛石車刀車刀示例車刀圖車刀特點(diǎn)：圖示為在精密車床上加工黃銅H62所用的金剛石精密車刀，工件要求表面粗糙度值為Ra0.03m。為加強(qiáng)刀尖和刃口部位強(qiáng)度，采用前角o=-5-10，o=23，過渡刃為0.05mm 金剛石車刀切削用量的選擇切削速度vc可采用很高的切削速度，也可以低速進(jìn)行切削，例如在CGM6125車床上加工黃銅H62材料時(shí)，可選切削速度vc68m/min或vc17m/min進(jìn)給量f一般選f=0.010.04mm/r背吃刀量ap雙面加工余量為0.30.5mm半精加工ap=0.050.1mm，精加工時(shí)ap=0.020.05mm，超精密加工時(shí)ap=0.0030.006mm2 2精密車削的刀具和

8、切削用量精密車削的刀具和切削用量 硬質(zhì)合金精密車刀硬質(zhì)合金精密車刀刀具材料種類：有細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金和超細(xì)顆粒的硬質(zhì)合：有細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金和超細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金兩種金兩種刀具材料特點(diǎn)和應(yīng)用：用細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金（如K01，K10等）車刀進(jìn)行精密車削，可以達(dá)到表面粗糙度值Ra0.05m左右,用超細(xì)顆粒的硬質(zhì)合金（如K10，K05，K30等）車刀進(jìn)行精密車削，可以達(dá)到表面粗糙度值Ra0.03m硬質(zhì)合金精密車刀車刀示例車刀圖車刀前面、后面的表面粗糙度值Ra應(yīng)不大于0.02m；刃傾角為10，以利于排屑；車刀采用6后角和3副后角，可以減小振動(dòng)，并使刀具后面對(duì)工件有輕微的擠壓作用用于精密車削銅料，能獲得鏡面K1

9、0硬質(zhì)合金精密車刀硬質(zhì)合金精密車刀 硬質(zhì)合金精密車刀切削用量的選擇切削速度vc一般采用高的切削速度。車鋁合金材料vcmax=350m/min，車銅合金材料vcmax=400m/min；車鎂合金材料vcmax=100m/min切削速度越高，獲得的表面粗度值越小，但刀具磨損及振動(dòng)也隨之加劇，所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況合理選擇進(jìn)給量f:一般取f=0.020.04mm/r背吃刀量ap:一般取ap=0.20.3mm三、精密磨削三、精密磨削 精密磨削精密磨削在精密磨床上用經(jīng)過精細(xì)修整的細(xì)粒度砂輪進(jìn)行磨削的方法。1 1精密磨削的應(yīng)用精密磨削的應(yīng)用 機(jī)床主軸、高精度軸承、液壓滑閥、標(biāo)準(zhǔn)量具、量儀、半導(dǎo)體硅片，以及航空

10、、航天工業(yè)中的精密工件、計(jì)算機(jī)磁盤等。 2 2精密磨削的種類精密磨削的種類l 精密磨削（Ra0.16Ra0.04m）l 超精密磨削（Ra0.04Ra0.01m）l 鏡面磨削（Ra 0.01m） 3 3精密磨削用機(jī)床精密磨削用機(jī)床l 砂輪主軸的回轉(zhuǎn)精度為1m，內(nèi)圓磨具采用靜壓； l 應(yīng)有對(duì)傳動(dòng)部分的減振措施；l 橫向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的重復(fù)精度高；l 工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在一定范圍內(nèi)無爬行。4 4精密磨削用砂輪精密磨削用砂輪l 磨料。 l 粒度。 l 硬度。 l 結(jié)合劑。 l 組織。 四、光整加工四、光整加工 光整加工光整加工精加工后，從工件上不切除或切除極薄金屬層，只減小工件表面粗糙度值，提高工件表面質(zhì)量或

11、強(qiáng)化工件表面的加工過程。 l 超精加工l 珩磨l 研磨l 拋光 1 1超精加工超精加工 超精加工超精加工用細(xì)粒度的磨具對(duì)工件施加很小的壓力，并作往復(fù)振動(dòng)和慢速縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)微量磨削的一種光整加工方法。 2 2珩磨珩磨 珩磨珩磨利用珩磨工具對(duì)工件表面施加一定壓力，珩磨工具同時(shí)作相對(duì)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切除工件上極小余量的光整加工方法。 磨粒運(yùn)動(dòng)軌跡3 3研磨研磨 研磨研磨用研磨工具和研磨劑，從工件上研去一層極薄表面層的光整加工方法。 l 研磨外圓時(shí)，使用研具為研套。 l 研磨內(nèi)孔時(shí)，使用的研具為研磨棒。 外圓研具 研磨棒 研磨外圓 研磨內(nèi)孔 拋光拋光利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的作用，使工件獲得

12、光亮、平整表面的加工方法。 4 4拋光拋光 一、先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r一、先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r1 1加工精度不斷提高加工精度不斷提高 第四節(jié)第四節(jié) 先進(jìn)加工技術(shù)先進(jìn)加工技術(shù) 隨著制造工藝技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，機(jī)械加工精度得到不斷提高。20世紀(jì)50年代末，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了微米級(jí)的加工精度。在最近的十年時(shí)間內(nèi)，機(jī)械加工精度提高了12個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到10nm的精度水平。預(yù)計(jì)在不久的將來，可實(shí)現(xiàn)原子級(jí)的加工和測(cè)量。切削速度隨刀具材料的變更而提高 2 2切削速度迅速提高切削速度迅速提高3 3新型工程材料的應(yīng)用新型工程材料的應(yīng)用4 4自動(dòng)化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展自動(dòng)化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展5 5產(chǎn)品加工向少余量和無

13、屑加工方向發(fā)展產(chǎn)品加工向少余量和無屑加工方向發(fā)展飛機(jī)總裝生產(chǎn)線二、先進(jìn)加工技術(shù)的分類二、先進(jìn)加工技術(shù)的分類l 超精密加工技術(shù)l 高速加工技術(shù)l 微細(xì)加工技術(shù)l 數(shù)控加工技術(shù) 精密工程、微細(xì)工程和納米技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，它包括了所有能使工件的幾何精度和尺寸精度達(dá)到微米和亞微米范圍的機(jī)械加工方法。1. 1. 超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù)2. 2. 高速加工技術(shù)高速加工技術(shù) 高速加工技術(shù)高速加工技術(shù)是指采用超硬材料的刀具與磨具，能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的自動(dòng)化制造設(shè)備，可極大地提高材料切除率，并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)。高速切削加工目前主要用于難加工材料、超精密

14、微細(xì)切削、復(fù)雜曲面的加工等。3. 3. 微細(xì)加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù) 微細(xì)加工微細(xì)加工是指加工尺度為微米級(jí)范圍的加工方式。微細(xì)加工起源于半導(dǎo)體制造工藝，加工方式十分豐富，包含了微細(xì)機(jī)械加工、各種現(xiàn)代特種加工、高能束加工等方式。而微機(jī)械制造過程又往往是多種加工方式的組合。目前，微細(xì)加工技術(shù)有以下幾種：超微機(jī)械加工技術(shù)、光刻加工技術(shù)、LIGA技術(shù)（制版術(shù)、電鑄成形和微注塑）等。4. 4. 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù) 數(shù)字控制加工技術(shù)數(shù)字控制加工技術(shù)簡稱數(shù)控（NC）加工技術(shù)，是近代發(fā)展起來的一種自動(dòng)控制技術(shù)，該技術(shù)是典型的機(jī)械、電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)和檢測(cè)技術(shù)密切結(jié)合的機(jī)電一體化高新技術(shù)。數(shù)控加工技術(shù)是實(shí)

15、現(xiàn)制造過程自動(dòng)化的基礎(chǔ)，是自動(dòng)化柔性系統(tǒng)的核心，是現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)的重要組成部分。三、先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)三、先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)1. 1. 機(jī)械加工向超精密、超高速方向發(fā)展機(jī)械加工向超精密、超高速方向發(fā)展 超精密加工技術(shù)目前已進(jìn)入納米加工時(shí)代，加工精度達(dá)0.025m，表面粗糙度值達(dá)Ra0.0045m。精切削加工技術(shù)由目前的紅外波段向加工可見光波段或不可見紫外線和X射線波段趨近，超精加工機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展，超精加工材料由金屬擴(kuò)大到非金屬。 2. 2. 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，趨向全球化、虛制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，趨向全球化、虛擬化和綠色化擬化和綠色化 制造全球化制造全球化是制造自動(dòng)化技

16、術(shù)發(fā)展的最重要的發(fā)展趨勢(shì)。全球化制造自動(dòng)化技術(shù)的基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化和集成化。 制造過程的虛擬化制造過程的虛擬化，是指面向產(chǎn)品生產(chǎn)過程的模擬和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可加工性、加工方法和工藝的合理性，以優(yōu)化產(chǎn)品的制造工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)周期和最低成本為目標(biāo)，進(jìn)行生產(chǎn)過程計(jì)劃、組織管理、車間調(diào)度、供應(yīng)鏈及物流設(shè)計(jì)的建模和仿真。 制造過程的綠色化制造過程的綠色化，是指制造過程中的無切削、快速成形、擠壓成形等，盡量減少材料和能量的消耗。3. 3. 采用清潔能源及原材料，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)采用清潔能源及原材料，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)l采用清潔能源，如用電加熱代替燃煤加熱鍛坯，用電 熔化代替焦炭沖天爐熔化鐵液。l采用清潔的工藝材料，開發(fā)新的工藝方法，如在鍛造 生產(chǎn)中采用非石墨型潤滑材料，在砂型鑄造中采用非 煤粉型砂。l采用新結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備的噪聲和振動(dòng)，如在鑄造生產(chǎn) 中噪聲極大的振擊式造型機(jī)已被射