現(xiàn)代制造技術(shù)整本書課件完整版電子教案(最新)

1、現(xiàn)代制造技術(shù)第1章 緒論1.1 制造業(yè)、生產(chǎn)系統(tǒng)和制造系統(tǒng)1.2 機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展1.3 現(xiàn)代制造技術(shù)的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成1.4 現(xiàn)代制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及分類1.5 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢1.1 制造業(yè)、生產(chǎn)系統(tǒng)和制造系統(tǒng)1.1.1 制造業(yè)的基本概念制造業(yè)是將制造資源（物料、能源、設(shè)備、工具、資金、技術(shù)、信息和人力等）通過制造過程，轉(zhuǎn)化為可供人們使用與利用的工業(yè)品與生活消費(fèi)品的行業(yè)。1.1.2 生產(chǎn)系統(tǒng)的基本概念 如果將整個(gè)機(jī)械制造業(yè)為分析研究對象，若要實(shí)現(xiàn)最有效地生產(chǎn)和經(jīng)營，不僅要考慮物料、能源、設(shè)備、工具、設(shè)計(jì)、加工、裝配、儲運(yùn)等各種因素，而且還必須把技術(shù)情報(bào)、經(jīng)營管理、勞動力調(diào)配、資源和能

2、源的利用、環(huán)境保護(hù)、市場動態(tài)、經(jīng)濟(jì)政策、社會問題乃至國際因素等作為更重要的要素來考慮。1.1.3 制造系統(tǒng)的基本概念制造過程及其所涉及的硬件包括人員、生產(chǎn)設(shè)備、材料、能源和各種輔助裝置以及有關(guān)軟件包括制造理論、制造技術(shù)等組成了一個(gè)具有特定功能的有機(jī)整體，稱之為制造系統(tǒng)。制造技術(shù)則是按照人們所需的目的，運(yùn)用知識和技能利用客觀物質(zhì)工具，使原材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的技術(shù)總稱。1.2 機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展1.2.1 傳統(tǒng)制造業(yè)及其技術(shù)的發(fā)展1用機(jī)器代替手工，從作坊形成工廠2從單件生產(chǎn)方式發(fā)展成大量生產(chǎn)方式3柔性化、集成化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代制造技術(shù)1.2.2 現(xiàn)代制造及其技術(shù)的發(fā)展（1）在生產(chǎn)規(guī)模上，從少品種

3、大批量單件小批量多品種變批量的發(fā)展。（2）生產(chǎn)方式上，呈現(xiàn)出從勞動密集型設(shè)備密集型信息密集型知識密集型變化。（3）制造設(shè)備的發(fā)展過程是手工機(jī)械化單機(jī)自動化剛性自動線柔性自動線智能自動化。（4）在制造技術(shù)和工藝方法上，重視必不可少的輔助工序，如加工前后處理；重視工藝裝備，使制造技術(shù)成為集工藝方法、工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術(shù)；（5）引入工業(yè)工程和并行工程概念，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)化及其技術(shù)和管理的集成，將技術(shù)和管理有機(jī)地結(jié)合在一起1.3 現(xiàn)代制造技術(shù)的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成1.3.1 現(xiàn)代制造技術(shù)的定義現(xiàn)代制造技術(shù)是傳統(tǒng)制造技術(shù)不斷吸收機(jī)械、電子、信息、材料、能源及現(xiàn)代管理等技術(shù)成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、

4、制造、檢測、管理、售后服務(wù)等機(jī)械制造全過程.1.3.2 現(xiàn)代制造技術(shù)的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成1.基礎(chǔ)技術(shù)：是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少無污染基礎(chǔ)制造技術(shù) 2.新型單元技術(shù)：是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術(shù)與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新的制造技術(shù) 。3.集成技術(shù)：是應(yīng)用信息、計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)管理技術(shù)對上述兩個(gè)層次的技術(shù)局部或系統(tǒng)集成而形成的現(xiàn)代制造技術(shù)的高級階段 。1.4 現(xiàn)代制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)及分類1.4.1 現(xiàn)代制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu) 主技術(shù)群、支撐技術(shù)群和制造技術(shù)環(huán)境。這三個(gè)技術(shù)群體相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，組成一個(gè)完整的體系 1.4.2 現(xiàn)代制造技術(shù)的分

5、類1現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)2、現(xiàn)代制造工藝技術(shù)3、制造自動化技術(shù)4先進(jìn)生產(chǎn)制造模式和制造系統(tǒng)1.5 現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展趨勢1集合多學(xué)科成果形成一個(gè)完整的制造體系2現(xiàn)代制造技術(shù)的動態(tài)發(fā)展過程3信息技術(shù)對現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展起著越來越重要的作用4現(xiàn)代制造技術(shù)與生物醫(yī)學(xué)相結(jié)合5現(xiàn)代制造技術(shù)向超精微細(xì)領(lǐng)域擴(kuò)展6制造過程的集成化7制造科學(xué)與制造技術(shù)、生產(chǎn)管理的融合8綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征9虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用10制造及服務(wù)全球化第二章 特種加工目錄2.1特種加工方法2.1.1電火花加工2.1.2電化學(xué)加工2.1.3超聲波加工2.1.4激光加工2.1.5水射流加工2.2特種加工工藝

6、特點(diǎn)2.3特種加工分類2.4電火花加工2.4.1電火花加工概念2.4.2工藝特點(diǎn)2.4.3主要用途2.4.4方式分類2.4.5電火花成型加工2.4.6電火花加工實(shí)例2.5電解加工和電解磨削2.5.1電解加工2.5.2電解加工特點(diǎn)2.5.3電解加工應(yīng)用2.5.4電解磨削2.5.5電解磨削的特點(diǎn)2.5.6電解磨削的應(yīng)用2.6超聲波加工2.6.1超聲波加工的概念2.6.2超聲波加工的特點(diǎn)2.7激光加工2.7.1激光加工的概念2.7.2激光加工的特點(diǎn)2.7.3激光加工的應(yīng)用2.8其他特種加工2.8,1電子束加工2.8.2電子束加工的特點(diǎn)2.2.3電子束加工的應(yīng)用2.2.4等離子加工2.2.5等離子加工

7、的應(yīng)用2.2.6磨料噴射加工2.2.7磨料噴射加工的特點(diǎn)2.2.8磨料噴射加工的應(yīng)用2.2.9電鑄成型2.2.10電鑄的特點(diǎn)2.2.11液力加工2.2.12液力加工的應(yīng)用2.1 特種加工方法2.1.1電火花加工電火花成型電火花線切割2.1.2電化學(xué)加工電解、電鑄、電鍍 2.1.3超聲波加工 2.1.4激光加工 2.1.5水射流加工電火花線切割機(jī)床2.2 特種加工工藝特點(diǎn)1改變了零件的典型工藝路線 它不受工件硬度的影響，而且為了免除加工后淬火引起熱處理變形，一般都先淬火后加工。2試制新產(chǎn)品時(shí)的優(yōu)點(diǎn) 利用電能、電化學(xué)能、聲能、光能，可以省去設(shè)計(jì)和制造相應(yīng)的刀、夾、量具及二次工具，大大縮短了試制周期

8、。3特種加工對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來很大的影響4. 傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好與壞，需要重新衡量2.3 特種加工分類一般按能量形式和作用原理分類電能與熱能作用方式電火花EDM、線切割WEDM、電子束EBM、等離子PAM電能與化學(xué)能作用方式電解ECM、電鑄、電刷鍍電化學(xué)能與機(jī)械能作用方式電解磨削ECG、電解珩磨ECH聲能與機(jī)械作用能作用方式：超聲波加工USM光能與熱能作用方式：激光加工LBM超聲波加工水射流加工電能與機(jī)械作用能作用方式：離子束加工IM液流能與機(jī)械作用能：擠壓珩磨AFH、水射 流WJC離子束加工2.4 電火花加工2.4.1 電火花加工利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)

9、電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工英文簡稱EDMElectrical DischargeMachining 2.4.2 工藝特點(diǎn) 能加工普通切削加工方法難以切削的材料和復(fù)雜形狀工件；加工時(shí)無切削力；不產(chǎn)生毛刺和刀痕溝紋等缺陷；工具電極材料無須比工件材料硬；直接使用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動化；加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進(jìn)一步去除； 工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。 2.4.3 主要用途加工具有復(fù)雜形狀的型孔和型腔的模具和零件； 加工各種硬、脆材料如硬質(zhì)合金和淬火鋼等； 加工深細(xì)孔、異形孔、深槽、窄縫和切割薄片等； 加工各種成形刀具、樣板和螺紋環(huán)規(guī)等工具和量具。2

10、.4.4 方式分類利用成型工具電極，相對工件作簡單進(jìn)給運(yùn)動的電火花成形加工；利用軸向移動的金屬絲作工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運(yùn)動，以切割導(dǎo)電材料的電火花線切割加工；利用金屬絲或成形導(dǎo)電磨輪作工具電極，進(jìn)行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面強(qiáng)化等其他種類的加工。電火花穿孔電火花型腔加工進(jìn)給方向進(jìn)給方向工具電極工件工作液工具電極工件工件電火花成型加工機(jī)床2.4.5 電火花成型加工沖模加工工藝方法 衡量一副沖模質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo)是：沖頭和凹模的配合間隙、尺寸精度、表面粗糙度、刃口高度、刃口斜度和落料角。

11、達(dá)到配合間隙要求的方法有三種： （1）直接配合法 （2）修配沖頭法 （3）修配電極法加工方法 （1）間接法 間接法是指在模具電火花加工中，凸模與加工凹模用的電極分開制造，首先根據(jù)凹模尺寸設(shè)計(jì)電極，然后制造電極，進(jìn)行凹模加工，再根據(jù)間隙要求來配制凸模。間接法（2）直接法 直接法適合于加工沖模，是指將凸模長度適當(dāng)增加，先作為電極加工凹模，然后將端部損耗的部分去除直接成為凸模。直接法加工的凹模與凸模的配合間隙靠調(diào)節(jié)脈沖參數(shù)、控制火花放電間隙來保證。直接法（3）混合法 混合法也適用于加工沖模，是指將電火花加工性能良好的電極材料與沖頭材料粘結(jié)在一起，共同用線切割或磨削成型，然后用電火花性能好的一端作為加

12、工端，將工件反置固定，用“反打正用”的方法實(shí)行加工。這種方法不僅可以充分發(fā)揮加工端材料好的電火花加工工藝性能，還可以達(dá)到與直接法相同的加工效果。混合法型腔加工 工藝方法 型腔膜的電火花加工就不能只是用一個(gè)與型腔形狀相對應(yīng)的整體成型電極沿著型腔的深度方向進(jìn)給。當(dāng)前常用的型腔模電火花加工方法有以下四種： （1）單電極平動加工法 （2）多次更換電極法 （3）分解電極法 （4）用指狀電極接數(shù)控程序加工2.4.6 電火花加工實(shí)例例2.1 兩個(gè)電極的精、 粗加工(本實(shí)例所用機(jī)床為SodickA3R，其控制電源為Excellence XI)。加工條件：1. 電極/工件材料：Cu/St(45鋼)2. 加工表面

13、粗糙度：Rmax7 m 3. 粗加工電極減寸量(即減小量)：0.3 mm/單側(cè) 精加工電極減寸量：0.1 mm/單側(cè)圖2-20 精、粗加工兩個(gè)電極時(shí)的加工條件及加工圖形4. 加工深度：5.00.015. 加工位置：工件中心 精、粗加工兩個(gè)電極時(shí)的加工條件及加工圖形如圖2-20所示，加工條件表如表2-5所示。表2-5 加 工 條 件 表C代碼ONIPHPPPZ軸進(jìn)給余量/m搖動步距/m33010180140C22013035110Z120200C12014035110Z1000C21012025110Z07030C32008025110Z046

14、54C31008015210Z02674粗加工程序： H0000=+00005000; /加工深度G00 G90 G54XYZl.0; G24; G01 C170 LN002 STEP0l0 Z330-H000 M04; G01 C140 LN002 STEP140 Z180-H000 M04; G01 C220 LN002 STEP200 Z120-H000 M04; /以C220條件加工至距離底面0.040 mmM02;精加工程序讀者可以參照上面的程序自己編寫，精加工的加工條件為C120、C210、C320、C310。2.5 電解加工和電解磨削2.5.1 電解加工 電解加工（ECM）又稱電

15、化學(xué)加工，是繼電火花加工之后于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一項(xiàng)新工藝，目前已廣泛應(yīng)用于槍炮、航空、汽車拖拉機(jī)等制造工業(yè)和模具制造行業(yè)。2.5.2 電解加工特點(diǎn) 1）加工范圍廣。電解加工能加工各種高強(qiáng)度、高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，如硬質(zhì)含金、淬硬鋼、不銹鋼、耐熱合金等難加工材料。 2）生產(chǎn)效率高，電解加工是特種加工中材料去除速度最快的方法之一，約為電火花加工的510倍。3）加工過程中無機(jī)械切削力和切削熱，沒有因?yàn)榱εc熱給工件帶來的變形，可以加工剛性差的薄壁零件，加工表面無殘余應(yīng)力和毛刺，能獲得較小的表面粗糙度值（一般為Ra1.250.2）和一定的加工精度（平均尺寸誤差約）。 4）加工過程中工具陰極

16、理論上無損耗，可長期使用并保持其精度。 5）電解加工不需要復(fù)雜的成形運(yùn)動就可加工復(fù)雜的空間曲面，而且不會像傳統(tǒng)機(jī)械加工（如銑削）那樣留下條紋痕跡。 6）電解加工不能加工非導(dǎo)電材料，較難加工窄縫、小孔及尖角。7）對復(fù)雜加工表面的工具電極的設(shè)計(jì)和制造比較費(fèi)事，不利于單件、小批生產(chǎn)。 8）雖然用電解加工制造出來的工件無應(yīng)力，但其疲勞強(qiáng)度約降低10%20%，因此對疲勞強(qiáng)度要求較高的工件可用電解加工后的噴丸硬化來恢復(fù)強(qiáng)度。 9）電解加工附屬設(shè)備較多，占地面積大，投資大，且設(shè)備易腐蝕和生銹，需采取一定的防護(hù)措施。 10）電解加工的加工缺陷主要有空蝕、產(chǎn)生亮點(diǎn)、加工精度低等。2.5.3 電解加工應(yīng)用 電解加

17、工主要用于切削加工困難的領(lǐng)域，如難加工材料、形狀復(fù)雜的表面、剛性較差的薄板等。常用的有電解穿孔、電解成形、電解去毛刺、電解切割、電解拋光、電解刻印等。電解拋光電解磨削2.5.4 電解磨削 電解磨削（ECG）是電化學(xué)腐蝕與機(jī)械磨削作用相結(jié)合的一種復(fù)合加工方法，比電解加工具有較高的加工精度和較小的表面粗糙度值，比機(jī)械磨削有較高的生產(chǎn)率。2.5.5 電解磨削的特點(diǎn)（1）加工范圍廣、加工效率高。（2）磨削的加工精度和表面質(zhì)量較高，電解磨削加工中機(jī)械磨削力小，磨削熱少，不會產(chǎn)生殘余應(yīng)力、變形、燒傷、裂紋和毛刺等缺陷。（3）砂輪損耗少，壽命長，與普通金剛石磨削相比較，電解磨削用的金剛石砂輪消耗速度僅為它們

18、的1/51/10，可顯著降低成本。（4）加工刀具等尖銳刃口不易磨削得非常鋒利。（5）機(jī)床輔助設(shè)備較多，一次性投資較高，同時(shí)設(shè)備易腐蝕和生銹,污染環(huán)境，需采取防護(hù)措施。2.5.6 電解磨削的應(yīng)用 電解磨削由于集中了電解加工和機(jī)械磨削的優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)用范圍廣，可用于內(nèi)、外圓磨削，平面磨削，工具磨削，成形磨削。用于高強(qiáng)度、高硬度、熱敏性和磁敏性等材料，與普通機(jī)械磨削相比，電解磨削碳化鎢時(shí)，可節(jié)省約75%以上的砂輪費(fèi)用和50%以上的加工費(fèi)用。適用于難加工的小孔、深孔、薄壁件，如蜂窩器、薄壁管或外殼、注射針頭等。2.6 超聲波加工2.6.1 超聲波加工 超聲波加工(USM)也稱超聲加工，是利用工具端面作超

19、聲頻振動，并通過懸浮液中的磨料加工脆硬材料的一種加工方法。2.6.2 超聲波加工的特點(diǎn) 1）適于加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料（如陶瓷、玻璃、寶石、金剛石等），擴(kuò)大了模具材料的選用范圍。 2）工具可用較軟的材料做成較復(fù)雜的形狀，不需要工具相對于工件作復(fù)雜的運(yùn)動，機(jī)床結(jié)構(gòu)也就簡單，操作也方便。 3）由于去除加工材料是靠極細(xì)小磨粒的瞬時(shí)局部的撞擊作用，故工件表面的宏觀作用力很小，不會引起變形和燒傷，表面粗糙度也較好（Ra10.1），加工精度可達(dá)0.010.02mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛性工件。2.6.3 超聲波加工應(yīng)用 超聲波加工的生產(chǎn)率雖然比電火花加工和電化學(xué)加工等低，但其加

20、工精度和表面粗糙度都比較好，而且能加工半導(dǎo)體、非導(dǎo)體的硬脆材料，如玻璃、石英、陶瓷、寶石及金剛石等。即使是電火花加工后的一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模、拉絲模和塑料模，最后也常用超聲波拋磨和光整。2.7 激光加工2.7.1 激光加工 激光加工不需要加工工具，加工的小孔孔徑可以小到幾個(gè)微米，而且還可以切割和焊接各種硬脆和難熔工件，具有加工速度快、效率高、表面變形小等特點(diǎn)，因而應(yīng)用越來越廣。另外，激光在機(jī)械制造業(yè)中還可用于精密測量等方面。2.7.2 激光加工的特點(diǎn) （1）加工范圍廣。由于其功率密度高，幾乎能加工任何金屬和非金屬材料，如高熔點(diǎn)材料、耐熱合金、硬質(zhì)合金、有機(jī)玻璃、陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料

21、。 （2）操作簡單方便。激光加工不需要加工工具，所以不存在工具損耗的問題，也不需要特殊工作環(huán)境，可以在任意透明的環(huán)境中操作，包括空氣、惰性氣體、真空、甚至某些液體。（3）適用于精微加工。激光聚焦后的光斑直徑極小，能形成極細(xì)的光束，可以用來加工深而小的細(xì)孔和窄縫。因不需工具，加工時(shí)無機(jī)械接觸，工件不受明顯的切削力，可以加工剛性較差的零件。（4）激光頭不需要過分靠近難于接近的地方去進(jìn)行切削和加工，甚至可以利用光纖傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)距離遙控加工。 （5）因能量高度集中，加工速度快、效率高，可減少熱傳散帶來的熱變形。對具有高熱傳導(dǎo)和高反射率的金屬，如鋁、銅和它們的合金，用激光加工時(shí)效率較低。 （6）可控性好，

22、易于實(shí)現(xiàn)自動化。利用激光器與機(jī)器人相結(jié)合，可以在高溫，有毒或其他危險(xiǎn)環(huán)境中工作。同時(shí)由于一臺激光器可進(jìn)行切割、打孔、焊接、表面處理等多種加工，因而新的工作母機(jī)加上這種激光器，一臺機(jī)器就同時(shí)具備多種功能，開辟了新的自動化加工方式。2.7.3 激光加工的應(yīng)用 在激光加工中利用激光能量高度集中的特點(diǎn)，可以進(jìn)行打孔、切割、雕刻、表面處理。利用激光的單色性還可以進(jìn)行精密測量。激光打孔激光切割激光焊接2.8 其他特種加工2.8.1 電子束加工 電子束加工（EBM）是近年來得到較大發(fā)展的新興特種加工。電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（106109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表

23、面極小的面積上，在極短的時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，其大部分能量轉(zhuǎn)換為熱能，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化或氣化。它在精細(xì)加工方面，尤其是在微電子學(xué)領(lǐng)域中得到了較多的應(yīng)用。2.8.2 電子束加工特點(diǎn)1）電子束加工是一種精密細(xì)微的加工方法。電子束能夠極其微細(xì)聚焦（聚焦直徑一般可達(dá)0.1100）加工面積可以很小，能加工細(xì)微深孔、窄縫、半導(dǎo)體集成電路等。2）加工材料的范圍較廣。對脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體及半導(dǎo)體材料都可以加工。特別適合于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導(dǎo)體材料，因?yàn)槭窃谡婵罩屑庸ぃ灰妆谎趸?，而且污染少?）加工速度快，效率高。4）

24、加工工件不易產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形。因?yàn)殡娮邮庸な欠墙佑|式加工，不受機(jī)械力作用。5）可以通過磁場和電場對電子束強(qiáng)度、位置、聚焦等進(jìn)行直接控制，位置精度可達(dá)0.1左右，強(qiáng)度和束斑可達(dá)1%的控制精度，而且便于計(jì)算機(jī)自動控制。6）設(shè)備價(jià)格較貴，成本高，同時(shí)應(yīng)考慮射線的防護(hù)問題。2.8.3 電子束加工的應(yīng)用 電子束加工按其功率密度和能量注入時(shí)間的不同，可分別用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理、光刻加工等。2.8.4 等離子加工 等離子體被稱為物質(zhì)存在的第四種狀態(tài)，它是高度電離的氣體，是由氣體原子或分子電離之后，離解成帶正電荷的離子和帶負(fù)電荷的自由電子所組成，因正負(fù)電荷數(shù)量相等，故稱之為等離子體。等離子體

25、加工（PAM）又叫等離子體弧加工。2.8.5 等離子加工的應(yīng)用 等離子體加工不僅可以用于切割各種金屬，特別是不銹鋼、銅、鋁的成型切割以及稀有金屬的切割，而且還可以用于金屬的穿孔加工。近些年，又與機(jī)械切削（車、刨）相結(jié)合，用等離子孤作為熱輔助加工，對工件待加工表面加熱，使工件材料變軟，強(qiáng)度降低，降低切削加工中的切削力，延長刀具使用壽命，從而形成各種復(fù)合加工方法。2.8.6 磨料噴射加工 磨料噴射加工（AJM）是利用高速射流（空氣或某些其他氣體作介質(zhì)）來噴射磨粒，使微小的磨粒在射流的驅(qū)動下，達(dá)到很高的速度，利用高速磨粒的動能對工件表面進(jìn)行加工的方法。2.8.7 磨料噴射加工的特點(diǎn) 磨料流束可以跟隨

26、零件的輪廓形狀，因而可以清理不規(guī)則的表面如螺紋孔等。磨料噴射加工不能用于在金屬上鉆孔，因?yàn)榭妆趯⒂泻艽蟮腻F度，且鉆孔速度很慢。在磨料噴射加工時(shí)，由于工具沒有接觸工件，而且是在金屬切除量極微小的情況下逐步切除的，因此很少產(chǎn)生熱量，故不產(chǎn)生顯著的表面損傷。該方法加工成本低，功耗少。2.8.8 磨料噴射加工的應(yīng)用 磨料噴射加工可用于玻璃、陶瓷或硬脆金屬的切割、去毛刺、清理和刻蝕。它還可用于小型精密零件如液壓閥、航空發(fā)動機(jī)的燃料系統(tǒng)零件和醫(yī)療器械上的交叉孔、窄槽和螺紋的去毛刺。由尼龍、聚四氯乙烯和狄爾林制成的零件也可以采用磨料噴射加工來去除毛刺。2.8.9 電鑄成形 電鑄成形是利用電化學(xué)過程中的陰極沉

27、積現(xiàn)象來進(jìn)行成形加工的，也就是在原模上通過電化學(xué)方法沉積金屬，然后分離以制造或復(fù)制金屬制品。2.8.10 電鑄的特點(diǎn)1）復(fù)制精度高。2）重復(fù)精度高。3）原模的材料不一定是金屬。4）電鑄件具有一定的抗拉強(qiáng)度和硬度，因此鑄成之后不需熱處理。5）不需特殊設(shè)備，操作簡單。2.8.11 液力加工 液力加工是利用高速液流對工件的沖擊作用來去除材料的。采用的液體為水或帶有添加劑的水，以高達(dá)3倍音速的速度沖擊工件進(jìn)行加工或切割。2.8.12 液力加工應(yīng)用 液力加工的液體流束直徑為0.050.38mm，可以加工很薄、很軟的金屬和非金屬材料，例如銅。鋁、鉛、塑料、木材、橡膠、紙等七、八十種材料和紙品。液力加工可以

28、代替硬質(zhì)合金切槽刀具，而且切邊的質(zhì)量很好。所加工的材料厚度少則幾毫米，多則幾百毫米，例如切割19mm厚的吸音天花板，采用的水壓為310MPa，切割速度為76m/min。玻璃絕緣材料可加工到125mm厚。由于加工的切縫較窄，可節(jié)約材料和降低加工成本。第三章精密加工和超精密加工3.1精密、超精密加工基本概念3.1.1基本概念3.1.2分類3.1.3工藝特點(diǎn)3.2精密切削加工3.2.1精密切削加工概念3.2.1精密、超精密切削加工應(yīng)用實(shí)例3.3精密磨削加工3.3.1精密磨削加工概念3.3.2精密磨削加工工藝3.3.3精密磨削加工實(shí)例3.4珩磨3.4.1珩磨的概念3.4.2珩磨的工藝特點(diǎn)3.4.3珩磨

29、的用途3.5超精研目錄3.5.1超精研概念3.5.2超精研切削過程3.5.3超精研的應(yīng)用3.6研磨3.6.1研磨的概念3.6.2超精密研磨3.7納米加工3.7.1原子、分子加工單位的加工方法3.7.2原子、分子加工單位的超精密微細(xì)加工方法分類3.7.3原子、分子加工單位加工方法的應(yīng)用3.8精密圓柱齒輪加工3.8.1齒輪精度要求3.8.2精密齒輪圓柱加工方法3.9基于微機(jī)器人的超精密加工技術(shù)3.9.1微機(jī)器人在超精密加工領(lǐng)域中的應(yīng)用3.9.2宏-微結(jié)合的驅(qū)動方式3.9.3機(jī)床與微機(jī)器人技術(shù)結(jié)合3.9.4掃描隧道顯微鏡3.1 精密、超精密加工基本概念3.1.1 概念 隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展，精密加

30、工和超精密加工在機(jī)械、電子、輕工及國防等領(lǐng)域已占有愈來愈重要的地位。從一般意義上講，精密加工是指在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到很高程度的加工工藝。超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的精密加工工藝。3.1.2 分類1一般加工一般指加工精度在1左右，相當(dāng)于在IT57級精度，表面粗糙度Ra值在0.20.8的加工方法，如車、銑、刨、磨、鉸等。適用于汽車、拖拉機(jī)制造等工業(yè)。2. 精密加工 一般指加工精度在0.10.01，相當(dāng)于IT5級精度和5級精度以上，表面粗糙度Ra值在0.1以下的加工方法，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精研、砂帶磨、鏡面磨削和冷壓加工等。3超精密加工超精密加工是

31、指被加工零件的尺寸公差為0.001數(shù)量級，表面粗糙度Rz為0.001數(shù)量級的加工方法，加工中所使用的設(shè)備，其分辨率和重復(fù)精度應(yīng)為0.01數(shù)量級。目前，超精密加工的精度正從微米工藝向納米工藝提高。微米工藝是指精度為1102的微米、亞微米級工藝，而納米工藝是指精度為10-210-3的納米級工藝（1103nm,nm稱納米）。3.1.3 工藝特點(diǎn)1精密加工和超精密加工都是以精密元件為加工對象，與精密元件密切結(jié)合而發(fā)展起來的。2精密加工和超精密加工不僅要保證很高的精度和表面質(zhì)量，同時(shí)要求有很高的穩(wěn)定性或保持性，不受外界條件變化的干擾，因此，要注意以下幾個(gè)方面：（1）工件材料本身的均勻性和性能的一致性，不

32、允許存在內(nèi)部或外部的微觀缺陷，甚至對材料組織的纖維化有一定要求，如精密磁盤的鋁合金盤基就不允許有組織纖維化，精密金屬球也是一樣。（2）要有嚴(yán)格的加工環(huán)境，精密加工和超精密加工大多在恒溫室凈化間中工作，其凈化要求為100級，溫度要求達(dá)200.006。同時(shí)要有防振地基及其他防振措施。（3）精密加工設(shè)備本身不僅有很高的精度，并且在設(shè)備內(nèi)部采用恒溫措施，逐漸形成獨(dú)立的加工單元。如某些精密機(jī)床整個(gè)在一個(gè)大罩內(nèi)，罩內(nèi)保持恒溫。（4）要合理安排熱處理工藝。精密加工和熱處理工藝有密切關(guān)系。時(shí)效、冰冷處理等是使工件精度穩(wěn)定的有效措施。3精密測量是精密加工的必要條件，沒有相應(yīng)的精密測量手段，就不能科學(xué)地衡量精密加

33、工所達(dá)到的精度和表面質(zhì)量。4現(xiàn)代精密加工常常與微細(xì)加工結(jié)合在一起，要有與精度相適應(yīng)的微量切削，因此出現(xiàn)了一系列的精密加工和微細(xì)加工的方法，如金剛石精密車削、精密拋光、彈性發(fā)射加工、機(jī)械化學(xué)加工以及電子束、離子束等加工方法。3.2 精密切削加工3.2.1 精密切削加工 精密、超精密切削加工主要是利用立方氮化硼（CBN）、人造（聚晶）金剛石和單晶金剛石刀具進(jìn)行的切削加工。3.2.2 精密、超精密切削加工應(yīng)用實(shí)例尖端產(chǎn)品和現(xiàn)代化武器依賴于超精密加工，如：(1)導(dǎo)彈的命中精度，由慣性儀決定，而慣性儀是超精密加工產(chǎn)品，1Kg重的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸0.5nm，會引起100m的射程誤差和50m

34、的軌道誤差；(2)哈脖望遠(yuǎn)鏡重量達(dá)900Kg的大型反射鏡的加工(3)精密雷達(dá)、精確制導(dǎo)、電子對抗、TMD、NMD、間諜衛(wèi)星等(4)人造衛(wèi)星儀表軸承(5)紅外導(dǎo)彈中紅外線反射鏡(6)超小型計(jì)算機(jī)等(7)海灣戰(zhàn)爭、克索沃戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭中美國及其盟國武器系統(tǒng)中大部分與超精密加工技術(shù)有關(guān)。如：精密雷達(dá)、精確制導(dǎo)、電子對抗、隱形飛機(jī)、夜戰(zhàn)能力、間諜衛(wèi)星、紅外制導(dǎo)等。(8)美國及其盟國的勝利在某種意義上看，可以說是高技術(shù)戰(zhàn)爭、是高科技的勝利。沒有超精密加工技術(shù)，就沒有真正的國防工業(yè)。大規(guī)模集成電路依賴于微細(xì)加工：集成度與最小線條寬度,如表3-3。 表3-3分類名稱單元芯片上的單元邏輯門路數(shù)單元芯片上的電

35、子元件數(shù)最小線條寬度（m）小規(guī)模集成電路10121008中規(guī)模集成電路1210010010006大規(guī)模集成電路100104100010636超大規(guī)模集成電路1041050.12.5各種民用產(chǎn)品計(jì)算機(jī)磁盤基片、錄像機(jī)磁鼓、激光反射鏡隱形眼睛、光盤、各種天文望遠(yuǎn)鏡顯微鏡、光學(xué)儀器、復(fù)印機(jī)等3.3.1 精密磨削加工磨削后使工件尺寸公差小于10，表面粗糙度Ra值小于0.1的磨削通常稱為精密磨削。現(xiàn)代高精度磨削技術(shù)的發(fā)展，使磨削尺寸精度達(dá)到0.10.3， 表面粗糙度達(dá) Rz0.20.05 。 磨削表面變質(zhì)層 和殘留應(yīng)力均甚 小，明顯提高了 加工零件的質(zhì)量。精密磨削加工3.3 精密磨削加工3.3.2 精密

36、磨削加工工藝1）工件在磨削前要修研中心孔，使其表面的接觸要足夠多。2）砂輪的修整要仔細(xì)，作好砂輪靜、動平衡。3）磨削前要使機(jī)床進(jìn)行空轉(zhuǎn)，使機(jī)床各項(xiàng)性能都處于穩(wěn)定狀態(tài)，再進(jìn)行磨削加工。4）磨削時(shí)嚴(yán)格控制徑向進(jìn)給，機(jī)床刻度不準(zhǔn)時(shí)，在徑向可裝上千分表來進(jìn)行控制。5）切削液要進(jìn)行很好的過濾和定期更換，一定保持清潔，避免污物、雜物劃傷表面。3.3.3 精密磨削加工實(shí)例1）圓柱形鏡面磨削加工方法：磨削速度選V=2535m/s，粗磨時(shí)fr=0.020.07mm，精磨時(shí)fr=310m；當(dāng)用油石研、拋時(shí)，V=1050m/min，材料的去除速度為0.1m1m/min。超精磨削可達(dá)到0.01m的圓度和Ra 0.00

37、2m的表面粗糙度。2）平面形鏡面的磨削加工：平面形鏡面的加工主要采用磨削和研拋工藝方法來加工，目前此法所能達(dá)到的最高平面度0.2m/300mm，表面粗糙度Ra1nm。3.4 珩磨3.4.1 珩磨 珩磨是利用珩磨工具對工件表面施加一定的壓力，珩磨工具同時(shí)作相對旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動，切除工件上極小余量的一種光整加工方法。3.4.2 珩磨工藝特點(diǎn) 珩磨加工是一種使工件加工表面達(dá)到高精度、高表面質(zhì)量、高壽命的一種高效加工方法?？捎行У靥岣叱叽缇?、形狀精度和減小Ra值，但不能提高孔與其他表面的位置精度。 可加工鑄鐵件、淬硬和不淬硬鋼件及青銅件等，但不宜加工韌性大的有色金屬件。 珩磨主要用于孔加工。在孔珩

38、磨加工中，是以原加工孔中心來進(jìn)行導(dǎo)向。加工孔徑范圍為5 500，深徑比可達(dá)10。 珩磨廣泛用于大批大量生產(chǎn)中加工汽缸孔、油缸筒、閥孔以及多種炮筒等。亦可用于單件小批生產(chǎn)中。珩磨時(shí)同軸度無法確定。珩磨與研磨相比，珩磨具有可減輕工人體力勞動、生產(chǎn)率高、易實(shí)現(xiàn)自動化等特點(diǎn)。3.4.3珩磨的用途 珩磨主要用于加工孔徑為5500毫米或更大的各種圓柱孔，如缸筒、閥孔、連桿孔和箱體孔等，孔深與孔徑之比可達(dá)10，甚至更大。在一定條件下，珩磨也能加工外圓、平面、球面和齒面等。圓柱珩磨的表面粗糙度一般可達(dá)Ra0.320.08微米，精珩時(shí)可達(dá)Ra0.04微米以下,并能少量提高幾何精度,加工精度可達(dá)IT74。平面珩磨

39、的表面質(zhì)量略差。 3.5 超精研3.5.1 超精研 超精研是在良好的潤滑冷卻和較低的壓力條件下，用細(xì)粒度油石以快而短促的往復(fù)振動頻率，對低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行光整加工，它是一種用以降低工件表面粗糙度值的簡單而高生產(chǎn)率的方法。超精研加工3.5.2 超精研切削過程 超精研的切削過程與磨削、研磨不同，當(dāng)工件粗糙表面磨去之后，油石能自動停止切削，超精研大致分為四個(gè)階段：1）初期切削階段當(dāng)油石開始同比較粗糙的工件表面接觸時(shí)，雖然壓力不大，但實(shí)際接觸面積小，壓強(qiáng)較大，因而工件與油石之間不能形成完整的潤滑油膜；加之油石磨粒的切削方向經(jīng)常變化，磨粒破碎的機(jī)會較多，油石的自勵(lì)性好，所以切削作用較強(qiáng)。2）正常切削階段

40、當(dāng)少數(shù)凸峰磨平后，接觸面積增加，壓強(qiáng)降低，油石磨粒不再破碎、脫落而進(jìn)入正常切削階段。3）微弱切削階段隨著接觸面積逐漸增大，壓強(qiáng)進(jìn)一步降低，油石磨粒已經(jīng)變鈍，切削作用微弱，細(xì)小的切屑形成氧化物而嵌入油石的氣孔內(nèi)使油石表面逐漸變光滑，油石從微弱的切削過渡到對工件表面起研磨拋光作用。4）停止切削階段油石和工件表面已很光滑，接觸面積大為增加，壓強(qiáng)很小，磨粒已不能穿破工件表面的油膜，工件與油石之間有油膜，不再接觸，切削作用停止。3.5.3 超精研的應(yīng)用超精研廣泛用于加工內(nèi)燃機(jī)的曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承、精密量儀及電子儀器等精密零件；能對不同的材料如鋼、鑄鐵、黃銅、磷青銅、鋁、陶瓷、玻璃、花崗巖等進(jìn)

41、行加工，能加工外圓、內(nèi)孔、平面及特殊輪廓表面等。3.6 研磨3.6.1 研磨 研磨是一種簡便可靠的精密加工方法，研磨后的表面的尺寸誤差和幾何形狀誤差，在研具精度足夠高的情況下可以小到0.10.3，表面粗糙度可達(dá)Ra0.040.01。在現(xiàn)代工業(yè)中往往采用研磨作為加工最精密和最光潔的零件的終加工方法。3.6.2 超精密研磨超精密研磨是一種加工精度達(dá)0.1以下，表面粗糙度Ra在0.02以下的研磨方法。3.7 納米加工3.7.1 原子、分子加工單位的加工方法 在進(jìn)行納米級加工時(shí)，要求精度為1nm，這時(shí)，必須用比它小一個(gè)數(shù)量級的尺寸作為加工單位，即用0.1nm的大小為加工單位，這就是原子、分子加工單位的

42、精密加工。目前，這類加工主要是用電子束或離子束加工大規(guī)模集成電路芯片，以得到線寬從0.5到0.1的超密型線路。3.7.2 原子、分子加工單位的超精密微細(xì)加工方法分類：1. 分離（去除）加工分離（去除）加工就是從工件上分離（去除）分子或原子，這需要很大能量，所需能量可用臨界加工能量密度（單位為Jcm3）或單位體積切削能量（單位為J/cm3）來表示。臨界加工能量密度就是當(dāng)應(yīng)力超過材料彈性極限時(shí)，在與各加工單位相對應(yīng)的空間內(nèi)，材料由于微觀結(jié)構(gòu)的缺陷而產(chǎn)生破壞時(shí)的臨界彈性能量密度；而單位體積切削能量則是指在產(chǎn)生該加工單位切屑時(shí)，消耗在單位體積上的加工能量。由于材料微觀結(jié)構(gòu)的缺陷，實(shí)際的臨界加工能量密度

43、和單位體積切削能量比理論值要低得多。 材料微觀結(jié)構(gòu)缺陷通常有：晶體缺陷、點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)（晶格位移）缺陷和微裂紋、晶界空隙、裂紋和缺口。 分離（去除）加工的方法有電子束加工、激光加工、熱射線加工和離子濺射加工等，也包括單晶金剛石精密切削、超精密拋光、電解加工等。2. 沉積和結(jié)合加工 沉積和結(jié)合加工與分離（去除）加工相反，它是把分子或原子沉積覆在工件表面上，或者與工作表面結(jié)合，形成新的化合物。其加工方法有化學(xué)鍍、電鍍、陽極氧化、分子束外延、燒結(jié)、摻雜、滲碳、離子鍍、離子束外延、離子束沉積、離子注入等。3. 變形加工 變形加工是利用熱表面流動、摩擦流動、粘滯性流動等使工件表面產(chǎn)生變形。其加工方法有利用

44、氣體火焰、高頻電流、熱射線、電子束、激光等的熱流加工；液體、氣體流加工（拋光）和微粒子流加工（拋光）等。3.7.3 原子、分子加工單位加工方法的應(yīng)用(1) 電子束加工 電子束加工是利用電子束的高能量密度直接進(jìn)行打孔、切槽等熱加工。電子是一個(gè)非常小的粒子（半徑為2.810-13cm），質(zhì)量也很小（910-29g ），但其能量很高（達(dá)幾千keV），而且電子束可以聚焦到直徑12，因此有很高的能量密度。高能量的電子會透入表面層達(dá)幾微米至幾十微米，并以熱的形式傳輸?shù)较喈?dāng)大的區(qū)域，所以在精密加工和超精密加工時(shí)應(yīng)給予充分的注意。(2) 離子束加工離子束加工被認(rèn)為是極有前途的超精密加工方法。這種方法是利用氬（

45、Ar）離子或其他帶有10keV數(shù)量級動能的惰性氣體離子，在電場中加速，以其動能轟擊工件表面而進(jìn)行的加工。有時(shí)也稱這種方法為“濺射”。3.8 精密圓柱齒輪加工3.8.1 齒輪精度要求從齒輪的整個(gè)技術(shù)要求來說有：幾何精度、表面粗糙度、耐磨性、強(qiáng)度及抗蝕性等。從單個(gè)齒輪的傳動精度要求來說有四個(gè)綜合性指標(biāo)。 1. 運(yùn)動精度 要求能準(zhǔn)確地傳遞運(yùn)動，即傳動比恒定，在齒輪一轉(zhuǎn)中，轉(zhuǎn)角誤差不超過一定限度。精密齒輪加工2. 工作平穩(wěn)性工作平穩(wěn)性影響局部傳動比的變動量i，使齒輪傳遞運(yùn)動不平穩(wěn)，產(chǎn)生沖擊，振動和噪聲。影響工作平穩(wěn)性的因素有齒形誤差和基節(jié)偏差等。其誤差大都具有短周期特性。3. 齒接觸精度齒接觸精度影響

46、載荷分布的均勻性，否則造成應(yīng)力集中和局部磨損，要求有一定的實(shí)際接觸面積對理想接觸面積的百分比和接觸位置。 對單個(gè)齒輪來說，齒接觸精度的檢驗(yàn)只有一項(xiàng)，即齒向誤差F及公差F。4. 齒側(cè)間隙 齒輪傳動時(shí)要求相嚙合的兩齒非工作面間有一定的間隙，以儲存潤滑油，補(bǔ)償溫度變形和彈性變形，以及制造和安裝中的一些誤差。在單個(gè)齒輪上通常是適當(dāng)?shù)販p小齒厚。3.8.2 精密圓柱齒輪加工方法1. 齒面形成的三種加工方法 為了便于研究齒輪加工過程中的精度問題，根據(jù)運(yùn)動特征，將齒面加工歸結(jié)于三種加工方法： (1) 包絡(luò)法 齒面由刀具的生產(chǎn)面（切削刃）的包絡(luò)線形成，如用成形銑刀切削斜齒輪或蝸桿，要配合著單個(gè)分度，才能切出所有

47、齒。(2) 展成法 展成法是包絡(luò)法的特殊情況，這時(shí)刀具生產(chǎn)面和工件有相對運(yùn)動，是一個(gè)圓在一個(gè)平面上作無滑動的滾動。展成法又可分為兩種。1）強(qiáng)迫對滾：連續(xù)強(qiáng)迫對滾：如滾齒、插齒、車齒等，刀具和工件之間的相對運(yùn)動是由機(jī)床傳動系統(tǒng)強(qiáng)迫保證的。帶單個(gè)分度的強(qiáng)迫對滾：如用齒條形砂輪磨齒。 2）自由對滾：如剃齒、研齒、珩齒等，工件是由刀具帶動而對滾，工件本身處于可自由回轉(zhuǎn)狀態(tài)。(3) 成形法 齒面由刀具生產(chǎn)面直接形成，即齒面與刀具生產(chǎn)面的接觸線和刀具生產(chǎn)面的截面重合。如用成形銑刀（盤狀或指狀）銑削直齒輪，一般帶有單個(gè)分度，但也可以不用分度。如拉削扇形齒輪，用插齒頭插，這時(shí)可同時(shí)加工全部的輪齒。加工時(shí)，工件

48、裝于主軸上作軸向往復(fù)運(yùn)動，插齒頭各刀具同時(shí)作進(jìn)給運(yùn)動和移讓運(yùn)動。這種方法用于大量生產(chǎn)中加工精度不高的齒輪。2. 精密齒輪加工工藝 按照齒輪傳動精度的要求，齒輪可分為：超精密（4級以上）、精密（5、6級）、普通精度（7、8級）和低精度（9級到12級）四種。1、2、3級留作儲備。 精密齒輪加工工藝可分為齒坯加工和齒形加工兩個(gè)階段，齒坯加工比較簡單，其關(guān)鍵是保證內(nèi)孔和外圓的同軸度、端面和內(nèi)孔中心的垂直度。齒形加工則比較復(fù)雜，可根據(jù)淬硬和非淬硬齒輪分別采用下列工藝路線。(1) 淬硬齒輪： A.精滾淬火磨齒（36級）； B.精滾（或精插）剃齒淬火珩齒（一般僅適于6級）。(2) 非淬硬調(diào)質(zhì)齒輪： A.精滾

49、（精密滾齒機(jī)可切出45級精度的齒輪，這時(shí)材料可在精滾前調(diào)質(zhì)）； B.精滾剃齒珩齒（精滾前調(diào)質(zhì)）； C.精滾調(diào)質(zhì)磨齒。(3) 精密齒輪加工中的關(guān)鍵問題有： 1）齒形精度及齒面的表面粗糙度。 2）精度的穩(wěn)定性，要注意熱處理工藝，防止產(chǎn)生殘余奧氏體。 3）要保證定位、裝配的內(nèi)孔和齒面的同軸度，一般在熱處理后，先應(yīng)以齒面定位磨內(nèi)孔，再以內(nèi)孔定位加工齒形。滾齒滾齒精度分析應(yīng)注意的問題1）在精密加工和超精密加工中，滾齒精度的關(guān)鍵是滾齒機(jī)的精度，特別要注意傳動鏈的精度、剛度和熱變形的影響。2）在眾多影響滾齒精度的因素中，應(yīng)注意主要因素，還有些因素可能互相抵消，因此可用概率法來綜合。3）分析精度問題可以從刀具

50、、機(jī)床、工件等方面著手，這種方法比較直接，便于改進(jìn)刀具和機(jī)床結(jié)構(gòu)。對于齒輪來說，也可以從運(yùn)動精度、工作平穩(wěn)性、接觸精度、齒側(cè)間隙等幾個(gè)方面來分析。這樣可以針對某一問題來尋找和分析原因。4）精密齒輪的最終加工是在精密滾齒機(jī)、精密磨齒機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備上進(jìn)行，這些設(shè)備是十分寶貴的，而且多半是工廠自己生產(chǎn)，有自己獨(dú)特的技術(shù)。例如：精密滾齒機(jī)的關(guān)鍵零件是精密蝸輪和精密蝸桿，它們分別有專門的機(jī)床進(jìn)行加工，而精密滾齒機(jī)本身又設(shè)計(jì)有校正機(jī)構(gòu)，來提高其傳動鏈精度。5）精密滾齒應(yīng)注意工作環(huán)境，一般都應(yīng)在恒溫室進(jìn)行，并配以精密測量。插齒插齒加工 插齒也是一種廣泛應(yīng)用的齒形加工方法，常與滾齒并提。它相當(dāng)于一對圓柱齒輪嚙合

51、，插齒刀相當(dāng)于一個(gè)變位齒輪。插齒時(shí)，有插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動，往下是切削；有讓刀運(yùn)動，即插齒刀向上時(shí)，工件或刀具在徑向退讓一個(gè)距離，以防止刀具擦傷已加工面；有展成運(yùn)動，還有徑向進(jìn)給運(yùn)動。插齒加工的特點(diǎn) 插齒和滾齒相比，在加工質(zhì)量，表面粗糙度，生產(chǎn)率和應(yīng)用范圍等方面都有其特點(diǎn)。加工質(zhì)量（1）插齒的齒形精度比滾齒高（2）插齒后齒面的粗糙度比滾齒細(xì)（3）插齒的運(yùn)動精度比滾齒差（4）插齒的齒向誤差比滾齒大 2. 表面粗糙度分析 插齒的表面粗糙度和波度值比滾齒的小。因?yàn)椴妪X相當(dāng)于刨齒，滾齒相當(dāng)于銑齒。對齒面來說，插齒時(shí)切削是連續(xù)的。滾齒時(shí)，由于刀槽數(shù)量有限，齒形的多邊棱角形較大，插齒時(shí)，插齒刀的上下往復(fù)運(yùn)動

52、次數(shù)可隨工件周向進(jìn)給速度的減小而相對增加，因而可以減小多邊棱角，降低表面粗糙度Rz值。實(shí)際上，插齒刀上下往復(fù)運(yùn)動的速度不變，只改變范成運(yùn)動的速度。3. 生產(chǎn)率分析 一般來說滾齒的生產(chǎn)率高于插齒的生產(chǎn)率，因?yàn)椴妪X是往復(fù)運(yùn)動，回程不切削。插齒系統(tǒng)剛度較低，切削用量不能太大。對于小模數(shù)齒輪（m2.5mm），插齒的生產(chǎn)率可能高于滾齒。對于薄齒輪，單件生產(chǎn)時(shí)，滾齒的切入長度大，可能生產(chǎn)率不及插齒。插齒的生產(chǎn)率可從以下幾方面來提高：（1）高速插齒。目前一般插齒機(jī)的插齒刀往復(fù)運(yùn)動的速度為每分鐘幾百次，高速插齒機(jī)可提高到每分鐘12001500次。但由于是往復(fù)運(yùn)動，會受到慣性和振動的限制。（2）可提高周向進(jìn)給量

53、。這和齒形精度有矛盾。另外隨著周向進(jìn)給量的增加，讓刀量也要增加。（3）多件加工。對于薄工件可以幾件疊在一起加工。（4）循環(huán)工位加工，將安裝工件的時(shí)間和機(jī)工時(shí)間重合起來，采用轉(zhuǎn)位的方法上料。還可以雙主軸插齒機(jī)同時(shí)加工兩個(gè)工件。4. 應(yīng)用范圍（1）插齒可加工內(nèi)齒輪和齒條（有專門的插齒刀插齒條機(jī)床），滾齒卻不能。（2）插齒刀加工多聯(lián)齒輪時(shí)，齒輪間的空刀可較小，而滾刀則需較大空間。（3）插齒刀加工扇形齒輪時(shí)比滾齒生產(chǎn)率高，滾齒的空程損失太大。（4）插齒刀有專門附件時(shí)能加工斜齒輪，即插齒刀上有螺旋導(dǎo)套使它在上下往復(fù)運(yùn)動時(shí)附加一個(gè)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動，而滾刀加工斜齒輪則比較方便，一般多用滾刀加工斜齒輪。（5）滾刀

54、可以加工蝸輪，因?yàn)樗梢詮较蜻M(jìn)給，插齒刀卻不能加工蝸輪。剃齒剃齒加工 剃齒時(shí)工件和剃齒刀之間的相對運(yùn)動是作斜齒輪副運(yùn)動，剃齒刀是一個(gè)在齒面上開有許多小溝槽（切刃）的斜齒輪，在與工件作斜齒輪副的嚙合時(shí)，依靠齒面的滑動而獲得切削作用。剃齒加工剃齒精度分析 剃齒是自由對滾，從剃齒刀到工件之間無剛性傳動鏈，因此它對精度的校正能力總的來說是有限的。(1) 對齒圈徑向跳動有一定的校正能力。(2) 對齒距累積誤差的校正能力很小。(3) 對基節(jié)偏差的校正能力較強(qiáng)。(4) 對齒形誤差的校正能力(5)對齒向誤差的校正能力較強(qiáng)剃齒方法 為了提高剃齒的精度和生產(chǎn)率，有幾種普通剃齒方法的演變。(1) 桶形齒剃削桶形齒在

55、全齒寬上是中間厚、兩端薄，這種桶形齒的齒輪在裝配時(shí)，可以減小由于軸心線偏斜所引起的不良嚙合，因而可以減小齒輪噪聲。在剃削過程中，工作臺往復(fù)運(yùn)動時(shí)依靠機(jī)床上滑塊和斜槽的作用，使工作臺產(chǎn)生擺動，從而使工件的兩端齒面多剃掉一些，形成桶形齒。(2) 對角線剃齒、切向剃齒及徑向剃齒 普通剃齒時(shí)，工作臺是沿工件軸向往復(fù)運(yùn)動，一般往復(fù)行程長L=B工+12mm，式中B工為工件的寬度。這種軸向剃齒法的剃齒刀工作部分僅在其齒寬中部附近的一圈，因而刀具磨損不均勻，影響剃齒刀壽命(3) 精車剃齒 剃齒相當(dāng)于是斜齒輪副嚙合，嚙合時(shí)是點(diǎn)接觸，整個(gè)漸開線齒面從開始嚙合到脫開，其接觸點(diǎn)軌跡如圖3-463-34a所示。如果將剃

56、齒刀的刃口按照理論嚙合點(diǎn)的軌跡作出，這時(shí)的剃齒即為精車剃齒。精車剃齒刀可作成裝配式（圖3-4634b），以便于刃磨。精車剃齒刀壽命高，便于刃磨，不必用精密磨床，只要用工具磨就可以了。磨齒磨齒加工方法 磨齒是加工精密齒輪和淬火齒輪最常用的加工方法，它可分為兩大類：(1) 成形法：是用成形砂輪配以單齒分度，磨齒精度可達(dá)56級。但要有專門機(jī)構(gòu)修整砂輪齒形，磨齒時(shí)接觸面大，易燒傷。(2) 展成法：有展成運(yùn)動，機(jī)床結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但砂輪為齒條形，修整方便，磨齒精度一般比成形法高，但生產(chǎn)率有時(shí)不及成形法。展成法又可分為：錐面砂輪磨齒、雙面碟形砂輪磨齒、大平面砂輪磨齒和蝸桿砂輪磨齒。珩齒珩齒 珩齒是指用珩輪精

57、加工淬火齒輪的齒面，其加工原理與剃齒相似，為自由對滾，是一對無側(cè)隙螺旋齒輪的嚙合，由珩輪帶著工件回轉(zhuǎn)。珩磨時(shí)，珩輪作正、反向回轉(zhuǎn)，工件作軸向往復(fù)進(jìn)給運(yùn)動（由工作臺帶動，珩輪反向、工作臺也反向），還有，珩輪作徑向進(jìn)給運(yùn)動，以產(chǎn)生一定壓力。3.9 基于微機(jī)器人的超精密加工技術(shù)3.9.1 微機(jī)器人在超精密加工領(lǐng)域中的應(yīng)用 微加工機(jī)器人、宏微機(jī)器人雙重驅(qū)動、機(jī)床與機(jī)器人結(jié)合、掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡等。微加工機(jī)器人 日本靜岡大學(xué)開發(fā)了一組微小機(jī)器人。每個(gè)機(jī)器人尺寸大約在1立方英寸，由壓電晶體驅(qū)動，電磁鐵實(shí)現(xiàn)在工件表面的定位，這種機(jī)器人不僅可以在水平的表面移動，還可以在立面和天棚上移動，而不需要導(dǎo)軌

58、等輔助裝置。光敏微型機(jī)器人3.9.2 宏-微結(jié)合的驅(qū)動方式 將工業(yè)機(jī)器人與微動機(jī)器人結(jié)合在一起使用，可以制造成精密機(jī)器人，完成超精密加工及裝配。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以克服工業(yè)機(jī)器人精度低的缺點(diǎn)，利用微動機(jī)器人提高精度；同時(shí)又可以消除微機(jī)器人運(yùn)動行程小的弱點(diǎn)，使機(jī)器人可以進(jìn)行大范圍的作業(yè)。3.9.3 機(jī)床與微機(jī)器人技術(shù)結(jié)合 在超精密加工中使用最多的金剛石精密車床、各種精密磨床等，由于環(huán)境對于加工精度的影響很大，因而需要在高度清潔車間內(nèi)進(jìn)行。同時(shí)為了減小誤差，應(yīng)盡量減小振動、傳動誤差，實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給。微機(jī)器人主要用于機(jī)床的床身與底座的振動抑制、數(shù)控與測量、微進(jìn)給系統(tǒng)等。如用金剛石車床車削鏡面磁盤，車刀的

59、進(jìn)給量為5m，就是利用微動機(jī)器人實(shí)現(xiàn)的。3.9.4 掃描隧道顯微鏡 掃描隧道顯微鏡也可以看成是一種微動機(jī)器人，它一般由壓電陶瓷晶體驅(qū)動，可以XYZ三個(gè)方向上實(shí)現(xiàn)納米級移動，主要用于零件表面的檢測，也可用于分子、原子搬遷重組。原子力顯微鏡能夠操作分子尺寸的粒子，在未來的納米級零件的裝配領(lǐng)域中具有廣闊的應(yīng)用前景。MIT確立了一個(gè)名為Nanowalker項(xiàng)目，對于微操作機(jī)器人的集成化問題進(jìn)行了進(jìn)一步的探索，研制多個(gè)微小的、具有多種功能的柔性微操作機(jī)器人。第4章 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù) 4.1 CAD/CAM概述4.2 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù) 4.3 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)4.4 計(jì)算機(jī)輔助制

60、造（CAM）技術(shù)4.5 CAD/ CAM集成技術(shù)4.1 CAD/CAM概述4.11 CAD/CAM的基本概念 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design ，簡稱CAD）是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為輔助工具，完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)構(gòu)思和論證，產(chǎn)品總體設(shè)計(jì)，技術(shù)設(shè)計(jì)，零部件設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（Computer Aided Process Planning）是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助制造（Computer Aided Manufacturing ，簡稱CAM）是指計(jì)算機(jī)在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱 4.1.2 CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程 4.1.3 CA