特種加工技術(shù)

特種加工技術(shù)摘要：傳統(tǒng)的機(jī)械加工已有很久的歷史，它對(duì)人類生產(chǎn)和物質(zhì)文明起到了極大的作用。例如18世紀(jì)70年代就發(fā)明了蒸汽機(jī)，但苦于制造不出有配合要求、高精度的蒸汽機(jī)氣缸，無(wú)法推廣應(yīng)用。直到有人創(chuàng)造出和改進(jìn)了氣缸鏜床，解決了蒸汽機(jī)主要部件的加工工藝，才使蒸汽機(jī)獲得廣泛應(yīng)用，引起了世界性的第一次產(chǎn)業(yè)革命。這一事實(shí)充分說(shuō)明了加工方法對(duì)新產(chǎn)品的研制、推廣和社會(huì)經(jīng)濟(jì)等起著多么重大的作用。隨著新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，情況將更是這樣。但是從第一次產(chǎn)業(yè)革命以來(lái)，一直到第二次世界大戰(zhàn)以前，在這段長(zhǎng)達(dá)150多年都靠機(jī)械切削加工（包括磨削加工）的漫長(zhǎng)年代里，并沒(méi)有產(chǎn)生特種加工的迫切要求，也沒(méi)有發(fā)展特種加工的充分條件，人們的思想一直還局限在自古以來(lái)傳統(tǒng)的用機(jī)械能量和切削力來(lái)除去多余的金屬，以達(dá)到加工要求這一框框之內(nèi)。直到1943年，前蘇聯(lián)鮑、洛、拉扎林柯（B.P.JIaaaJieHKO）夫婦研究開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)遭受火花放電腐蝕損壞的有害現(xiàn)象和原因，發(fā)現(xiàn)電火花的瞬時(shí)高溫可使局部的金屬熔化、氣化而被蝕除掉，開(kāi)創(chuàng)和發(fā)明了變有害的電蝕為有用的電火花加工方法，用銅桿在淬火鋼上加工出小孔，可用軟的工具加工任何硬度的金屬材料，首次擺脫了傳統(tǒng)的切削加工方法，直接利用電能和熱能來(lái)去除金屬，獲得“以柔克剛”的效果。關(guān)鍵詞；機(jī)械加工，高精度，新材料，機(jī)械能量引言：特種加工技術(shù)是直接利用電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能及特殊機(jī)械能等多種能量或其復(fù)合能量以實(shí)現(xiàn)材料切除的加工方法。其研究范圍是電加工、高能束流（激光束、電子束、離子束、高壓水束）加工、超聲波加工及多能源復(fù)合加工。正文；目前，這一技術(shù)正向著自動(dòng)化、柔性化、精密化、集成化、智能化和最優(yōu)化方向發(fā)展，在已有的工藝不斷完善和定型的同時(shí)，新的特種加工技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如快速原形制造技術(shù)、等離子體熔射成形工藝技術(shù)、在線電解修整砂輪鏡面磨削技術(shù)、實(shí)變場(chǎng)控制電化學(xué)機(jī)械加工技術(shù)、三維型腔簡(jiǎn)單電極數(shù)控電火花仿銑技術(shù)、電火花混粉大面積鏡面加工技術(shù)、磁力研磨技術(shù)和電鑄技術(shù)等。新的特種加工技術(shù)是在傳統(tǒng)的特種加工技術(shù)的基礎(chǔ)上，緊密結(jié)合材料、控制和微電子技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的，并隨著產(chǎn)品應(yīng)快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，正在形成面向快速制造的特種加工技術(shù)新體系。1、 特種加工技術(shù)的構(gòu)成近二三十年來(lái)，特種加工技術(shù)發(fā)展迅速，其內(nèi)涵已十分廣泛而豐富。包括：.溶解加工、熔化加工、復(fù)合加工、綜合加工、特種機(jī)械加工等多種加工形式。2、 人工智能技術(shù)為特種加工工藝規(guī)律建模奠定了基礎(chǔ)特種加工的微觀物理過(guò)程非常復(fù)雜，往往涉及電磁場(chǎng)、熱力學(xué)、流體力學(xué)、電化學(xué)等諸多領(lǐng)域，其加工機(jī)理的理論研究極其困難，通常很難用簡(jiǎn)單的解析式來(lái)表達(dá)。近年來(lái)，雖然各國(guó)學(xué)者采用各種理論對(duì)不同的特種加工技術(shù)進(jìn)行了深入的研究，并取得了卓越的理論成就，但離定量的實(shí)際應(yīng)用尚有一定的距離。然而采用每一種特種加工方法所獲得的加工精度和表面質(zhì)量與加工條件參數(shù)間都有其規(guī)律。因此，目前常采用研究傳統(tǒng)切削加工機(jī)理的實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)方法來(lái)了解特種加工的工藝規(guī)律，以便實(shí)際應(yīng)用，但還缺乏系統(tǒng)性。受其限制，目前特種加工的工藝參數(shù)只能憑經(jīng)驗(yàn)選取，還難以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化和自動(dòng)化，例如，電火花成形電極的沉入式加工工藝，它在占電火花成形機(jī)床總數(shù)95%以上的非數(shù)控電火花成形加工機(jī)床和較大尺寸的模具型腔加工中得到廣泛應(yīng)用。雖然已有學(xué)者對(duì)其cad、capp和cam原理開(kāi)展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工藝數(shù)據(jù)的缺乏，仍未有成熟的商品化的cad/cam系統(tǒng)問(wèn)世。通常只能采用手工的方法或部分借助于cad造型、部分生成復(fù)雜電極的三維型面數(shù)據(jù)。隨著模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)等多種人工智能技術(shù)的成熟發(fā)展，人們開(kāi)始嘗試?yán)眠@一技術(shù)來(lái)建立加工效果和加工條件之間的定量化的精度、效率、經(jīng)濟(jì)性等實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并得到了初步的成果。因此，通過(guò)實(shí)驗(yàn)建模，將典型加工實(shí)例和加工經(jīng)驗(yàn)作為知識(shí)存儲(chǔ)起來(lái)，建立描述特種加工工藝規(guī)律的可擴(kuò)展性開(kāi)放系統(tǒng)的條件已經(jīng)成熟。并為進(jìn)一步開(kāi)展特種加工加工工藝過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬，應(yīng)用人工智能選擇零件的工藝規(guī)程和虛擬加工奠定基礎(chǔ)。3、智能控制將成為特種加工領(lǐng)域主要的控制策略加工過(guò)程和加工設(shè)備的穩(wěn)定、可靠、高效地運(yùn)行是特種加工工藝技術(shù)適應(yīng)快速制造體系的必不可少的條件。但由于多數(shù)特種加工方法采用'以柔克剛”的非接觸式加工機(jī)制，加工是伴隨著物理、化學(xué)過(guò)程進(jìn)行的，其加工的微觀過(guò)程非常復(fù)雜，迄今為止仍不能用一個(gè)確定的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述。而且隨著加工過(guò)程的進(jìn)行，加工條件有時(shí)還會(huì)發(fā)生較大的變化，引起加工特性隨時(shí)間而變化。因此在控制理論中屬于典型的模型不確定非線性時(shí)變系統(tǒng)，很難用經(jīng)典的控制理論和現(xiàn)代控制理論的方法獲得理想的控制效果。多年來(lái)人們嘗試過(guò)很多種自適應(yīng)控制策略，取得了很大進(jìn)展。但在加工條件大幅度變化的情況下仍難以達(dá)到滿意的性能。近年來(lái)，人們把更多的注意力轉(zhuǎn)移到模糊控制、神經(jīng)控制等智能控制的研究和應(yīng)用上來(lái)，并在電火花成形加工和電火花線切割加工的過(guò)程控制方面取得了突破，已成功用于國(guó)外的高檔機(jī)床上。它可自動(dòng)選取最優(yōu)參數(shù)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、最優(yōu)化控制。同時(shí)尚可對(duì)模糊控制器引入自適應(yīng)功能或與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，使其具有自學(xué)習(xí)功能，從而達(dá)到提高加工速度，穩(wěn)定加工過(guò)程，減少對(duì)操作者技術(shù)依賴的目的。由于這種控制策略采用模擬人類智能活動(dòng)的方法，可以在很大程度上允許系統(tǒng)存在不確定性、非線性和時(shí)變性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，它將是未來(lái)幾年中特種加工領(lǐng)域首選的控制策略。目前，我國(guó)廣泛使用的國(guó)產(chǎn)特種加工設(shè)備同國(guó)外的產(chǎn)品相比還存在很大的差距。比如我國(guó)生產(chǎn)的電火花成形機(jī)僅為國(guó)外80年代中期的水平，往往為確保加工質(zhì)量和效率，需要有經(jīng)驗(yàn)的操作者在加工過(guò)程中不斷進(jìn)行調(diào)整和干預(yù)。4、新興的特種加工技術(shù)將對(duì)制造業(yè)的生產(chǎn)模式產(chǎn)生深刻的影響80年代末，產(chǎn)生了一批新型的高效特種加工技術(shù)。盡管目前對(duì)這些加工技術(shù)的機(jī)理及應(yīng)用的研究工作方興未艾，但還沒(méi)有從根本上掌握其工藝特性。然而這些新興的特種加工技術(shù)已對(duì)整個(gè)制造業(yè)的生產(chǎn)模式產(chǎn)生了深刻的影響，尤其是下列技術(shù)，其廣泛應(yīng)用將顯著地提高零件和模具快速制造的能力。綜上所述，特種加工技術(shù)的地位越來(lái)越重要，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)不可分割的重要組成部分。因此，其發(fā)展和完善對(duì)整個(gè)快速制造體系的形成起著關(guān)鍵性的作用。但由于長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這一領(lǐng)域的研究過(guò)于分散，缺乏系統(tǒng)性，使得現(xiàn)有的很多種特種加工方法遠(yuǎn)不能適應(yīng)制造過(guò)程信息化的要求，很難納入到快速制造系統(tǒng)中。因此，有必要深入研究那些新型的特種加工工藝方法，探索高精度、高效率復(fù)合及組合工藝技術(shù)，并選擇應(yīng)用廣泛和具有代表性的特種加工方法，開(kāi)展面向快速制造的特種加工技術(shù)的研究。特種加工適用于各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性、微細(xì)等金屬和非金屬材料的加工，以及各種新型、特殊材料的加工，在航空航天、軍工、汽車、模具、冶金、機(jī)械、電子、輕紡、交通等工業(yè)中解決了大量傳統(tǒng)機(jī)械加工難于解決的關(guān)鍵、特殊的加工難題。所以在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多關(guān)鍵制造工業(yè)中發(fā)揮著極其重要的不可替代的作用。例如，在航空航天工業(yè)中各類復(fù)雜深小孔加工、發(fā)動(dòng)機(jī)蜂窩環(huán)、葉片、整體葉輪加工、特殊材料的切割加工、鈦合金加工等等。在軍事工業(yè)中，例如核武器及高新技術(shù)武器幾乎全是特殊材料和高新技術(shù)材料，各種零件的成形加工、各種孔加工、精密薄材加工等特種加工發(fā)揮著特殊重要的作用。這是特點(diǎn)之五。結(jié)論；各種特種加工方法的加工機(jī)理不同，它們的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用范圍也不同。在快速制造環(huán)境下，如何正確地選擇和運(yùn)用不同的特種加工方法取決于對(duì)它們的了解程度。由于面向快速制造的特種。加工技術(shù)新體系的研究，借助了模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)及專家系統(tǒng)等多種人工智能工具，建立起各種特種加工工藝方法的數(shù)據(jù)庫(kù)和知識(shí)庫(kù)，能實(shí)現(xiàn)典型工藝的計(jì)算機(jī)模擬，因此能幫助我們深入地了解各種特種加工技