第三章 先進(jìn)制造工藝技術(shù)

徐州工程學(xué)院教案年至 年第學(xué)期第周星期 課題名稱（含教材章節(jié)）：第3章先進(jìn)制造工藝技術(shù) 教學(xué)目的和要求：⑴了解先進(jìn)制誥工藝技術(shù)的內(nèi)涵及發(fā)展趨勢(shì)⑵熟悉超精密加工概念、發(fā)展與應(yīng)用⑶熟悉RPM的技術(shù)原理與典型的RMP工藝方法⑷熟悉微機(jī)械及特征、微加工工藝及微加工技術(shù)的發(fā)展⑸熟悉激光加工、超聲波加工等現(xiàn)代特種加工技術(shù)的基本原理教學(xué)重點(diǎn)： 超精密加工概念、發(fā)展與應(yīng)用，RPM的技術(shù)原理與典型的RMP工藝方法，微機(jī)械及特征、微加工工藝及微加工技術(shù)的發(fā)展，光加工、超聲波加工等現(xiàn)代特種加工技術(shù)的基本原理 教學(xué)難點(diǎn)： CAD關(guān)鍵技術(shù)、優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型及機(jī)械零件可靠性設(shè)計(jì)方法 教學(xué)內(nèi)容（要點(diǎn)）（1）先進(jìn)制造工藝技術(shù)概述；（2）超精密加工技術(shù)；（3）快速原型制造技術(shù)；（4）微細(xì)加工技術(shù)；（5）現(xiàn)代特種加工技術(shù)。

徐州工程學(xué)院教案紙第三章先進(jìn)制造工藝技術(shù)第一節(jié)概述一、 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈化，生產(chǎn)規(guī)模，生產(chǎn)成本、產(chǎn)品質(zhì)量和市場(chǎng)響應(yīng)速度相繼成為企業(yè)的經(jīng)營(yíng)目標(biāo)，先進(jìn)制造工藝應(yīng)運(yùn)而生。先進(jìn)制造工藝是在不斷變化和發(fā)展的傳統(tǒng)機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)上逐漸形成的一種制造工藝技術(shù)。其發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1） 制造加工精度不斷提高；（2） 切削加工速度迅速提高；（3） 新型工程材料的應(yīng)用推動(dòng)了制造工藝的進(jìn)步和變革；（4） 自動(dòng)化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機(jī)械加工的效率；（5） 零件毛坯成形在向少無(wú)余量發(fā)展；（6） 優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展。二、 先進(jìn)制造工藝技術(shù)特點(diǎn)（1） 優(yōu)質(zhì)；（2） 高效；（3） 低耗；（4） 潔凈；（5） 靈活。第二節(jié)超精密加工技術(shù)一、概述1、超精密加工的內(nèi)涵精密和超精密加工已經(jīng)成為全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)取勝的關(guān)鍵技術(shù)。超精密加工是一個(gè)十分廣泛的領(lǐng)域，它包括了所有能使零件的形狀、位置和尺寸精度達(dá)到微米和亞微米范圍的機(jī)械加工方法。瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)一一鏜孔精度1mm20世紀(jì)40年代20世紀(jì)末 最高精度精密加工：W0.1”m,RaW0.01”m(亞微米加工)超精密加工：W0.01“m,RaW0.001“m(納米加工)2、精密與超精密加工地位＞精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國(guó)哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.0川m；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.川m,日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm＞精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國(guó)陀螺儀球圓度0.川m,粗糙度Ra0.0川m,導(dǎo)彈命中精度控制在50m范圍內(nèi)；英國(guó)飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60pm降至12pm,發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-卻m減小川m,單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍＞精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長(zhǎng)點(diǎn)精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無(wú)疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展3、精密與超精密加工特點(diǎn)“進(jìn)化”加工原則直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過(guò)工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。間接式進(jìn)化加工：借助于直接式“進(jìn)化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機(jī)，再用此工作母機(jī)加工工件。適用于批量生產(chǎn)。微量切削機(jī)理背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同。特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來(lái)越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。形成綜合制造工藝要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測(cè)試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大。與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)(如加工直徑3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備)。（6）與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量。（7）加工與檢測(cè)一體化精密檢測(cè)是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。二、金剛石超精密加工技術(shù)1、 機(jī)理、特點(diǎn)切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行? 切削力〉原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)13000N/mm2）刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會(huì)波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量2、 應(yīng)用用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）加工各種紅外光學(xué)材料如錯(cuò)、硅、ZnS和ZnSe等加工有機(jī)玻璃和各種塑料典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹(shù)脂隱形眼鏡鏡片等3、 關(guān)鍵技術(shù)1）加工設(shè)備要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等。如美國(guó)Moore公司M-18AG金剛石車床，主軸采用空氣靜壓軸承，轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，徑跳<0.川m；液體靜壓導(dǎo)軌，直線度達(dá)0.05p/100mm；數(shù)控系統(tǒng)分辨率0.01M。

圖3-2Moore金剛石車床2）T形布局車床主軸裝在橫向滑臺(tái)（X軸）上，刀架裝在縱向滑臺(tái)（Z軸）上?？山鉀Q兩滑臺(tái)的相互影響問(wèn)題，而且縱、橫兩移動(dòng)軸的垂直度可以通過(guò)裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。圖3-3T形布局的金剛石車床4、金剛石刀具>超精切削刀具材料：天然金剛石，人造單晶金剛石>金剛石的晶體結(jié)構(gòu)：規(guī)整的單晶金剛石晶體有八面體、十二面體和六面體，有三根4次對(duì)稱軸，四根3次對(duì)稱軸和六根2次對(duì)稱軸。a）4次對(duì)禰袖a）4次對(duì)禰袖瓦：:）:）；品面b>2；欠對(duì)稱軸和（110）晶面G3次時(shí)稱軾和（111j晶宜圖3-4 面體的晶軸和鏡晶面金剛石刀具刃磨——通常在鑄鐵研磨盤(pán)上進(jìn)行研磨——晶向選擇應(yīng)使晶向與主切削刃平行 圓角半徑越小越好（理論可達(dá)到1nm）三、超硬磨料砂輪精密與超精密磨削砂輪材料：金剛石，立方氮化硼（CBN）1、 特點(diǎn)>可加工各種高硬度、高脆性金屬及非金屬材料（鐵金屬用CBN）耐磨性好，耐用度高，磨削能力強(qiáng)，磨削效率高磨削力小，磨削溫度低，加工表面好2、 砂輪修整>分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩步進(jìn)行常用方法一用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修整，獲得所需形狀；電解修銳（適用于金屬結(jié)合劑砂輪），效果好，并可在線修整3、 塑性（延性）磨削>磨削脆性材料時(shí)，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材料相似，即通過(guò)剪切形式被磨粒從基體上切除下來(lái)。磨削后工件表面呈有規(guī)則紋理，無(wú)脆性斷裂凹凸不平，也無(wú)裂紋。塑性磨削工藝條件：（1）切削深度小于臨界切削深度，它與工件材料特性和磨粒的幾何形狀有關(guān)。一般臨界切削深度〈川m。為此對(duì)機(jī)床要求：①高的定位精度和運(yùn)動(dòng)精度。以免因磨粒切削深度超過(guò)川m時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ?。②高的剛性。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過(guò)脆性磨削的水平，機(jī)床剛性低，會(huì)因切削力引起的變形而破壞塑性切屑形成的條件。（2）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的溫度高到一定程度時(shí)，工件材料的局部物理

特性會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑形成機(jī)理的變化（已有試驗(yàn)作支持）。四、精密與超精密砂帶磨削＞砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。＞砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光。＞有開(kāi)式（圖3-5）和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等（圖3-6）。工件接觸輪主動(dòng)輪圖3-5砂帶磨削示意圖接觸輪主動(dòng)輪a）砂帶無(wú)心外圓磨削（導(dǎo)輪式）d）砂帶內(nèi)圓磨削

（回轉(zhuǎn)式）支承板主動(dòng)輪e）砂帶平面磨削

（支承板式）a）砂帶無(wú)心外圓磨削（導(dǎo)輪式）d）砂帶內(nèi)圓磨削

（回轉(zhuǎn)式）支承板主動(dòng)輪e）砂帶平面磨削

（支承板式）b）砂帶定心外圓磨削

（接觸輪式）c）砂帶定心外圓磨削

（接觸輪式）支承輪彳廠f）砂帶平面磨削

（支承輪式）圖3-6幾種砂帶磨削方式＞砂帶磨削特點(diǎn):＞1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（Ra值可達(dá)0.02〃m）。＞2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。

3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。4）制作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便。5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。五、精密與超精密加工環(huán)境1、 恒溫——要求：土1°C?±0.01°C實(shí)現(xiàn)方法：大、小恒溫間+局部恒溫（恒溫罩，恒溫油噴淋）2、 恒濕——要求：相對(duì)濕度35%?45%，波動(dòng)±10%?±1%實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)3、 凈化一一要求：10000?100級(jí)（100級(jí)系指每立方英尺空氣中所含大于0.5〃m塵埃個(gè)數(shù)不超過(guò)100）實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣過(guò)濾器，送入潔凈空氣4、 隔振——要求：消除內(nèi)部、隔絕外部振動(dòng)干擾實(shí)現(xiàn)方法：隔振地基，隔振墊層，空氣彈簧隔振器第三節(jié)快速原型制造技術(shù)（RPM）一、RPM的原理RPM（RapidPrototyping/PartsManufacturing）是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱?；咎卣鳎?） 可以制造任意復(fù)雜的三維幾何實(shí)體。（2） 由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)。（3） 成形設(shè)備無(wú)需專用夾具或工具。（4） 成形過(guò)程中無(wú)人干預(yù)或較少干預(yù)。2、優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟采用離散/堆積成型的原理成型過(guò)程為：1） 由三維CAD軟件設(shè)計(jì)出所需要零件的計(jì)算機(jī)三維曲面或?qū)嶓w模型。2） 然后根據(jù)工藝要求，將其按一定厚度進(jìn)行分層，把原來(lái)的三維電子模型變成二維平面信息，即離散的過(guò)程。3） 再將分層后的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，加入加工參數(shù)，產(chǎn)生數(shù)控代碼，在微機(jī)控制下，數(shù)控系統(tǒng)以平面加工方式有序地連續(xù)加工出每個(gè)薄層并使它們自動(dòng)粘接而成形，這就是材料堆積的過(guò)程。二、RPM技術(shù)的主要方法1、選擇性液體固化將激光聚集到液態(tài)光固化材料(如光固化樹(shù)脂)表面，令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)線到面，完成一個(gè)層面的建造，而后升降移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，再建造一個(gè)層面，由此層層迭加成為一個(gè)三維實(shí)體。典型工藝有立體光刻SL(StereoLitho-graphy)，工藝原理圖如圖3-7所示。圖3-7SL圖3-7SL工藝原理圖升降含檢制計(jì)算機(jī)所圖3-8LOM工藝原理圖升降含檢制計(jì)算機(jī)所圖3-8LOM工藝原理圖收程鞘/3、選擇性粉末熔結(jié)/粘接2、選擇性層片粘接采用激光或刀具對(duì)箔材切割。先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。通過(guò)升降平臺(tái)的移動(dòng)和箔材的送給可以切割出新的層片，并將其與先前的層片粘接在一起，層層迭加后得到一個(gè)塊狀物，最后將不屬于原型的材料剝除，而獲得所需的三維實(shí)體。典型工藝是分層實(shí)體制造LOM(LaminatedObjectManufacturing)0箔材可以是涂覆紙(涂有粘接劑覆層的紙)，涂覆陶瓷箔、金屬箔或其他材質(zhì)基的箔材。其工藝原理圖如圖3-8所示。面由粉末鋪成的有好密實(shí)度和平整度的層面，有選擇地直接或間接將粉末熔化或粘接，形成一個(gè)層面，鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘接成另一個(gè)層面并與原層面熔結(jié)或粘接，層層疊加為一個(gè)三維實(shí)體。典型工藝有選擇性激光燒結(jié)SLS(SelectiveLaserSinter-ing)和三維印刷3DP(3DPrinting)等。無(wú)木模鑄型PCM(PatternlessCastingMold)工藝也屬于這類方法。SLS工藝原理圖如圖3-9所示。粉末材料主要有蠟、聚碳酸脂、水洗砂、鐵，鉆，格及其合金。圖3-9SLS工藝原理圖4、擠壓成形將熱熔性材料(ABS、尼龍或蠟)通過(guò)加熱器熔化，擠壓噴出并堆積一個(gè)層面，然后將第二個(gè)層面用同樣的方法建造出來(lái)，并與前一個(gè)層面熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個(gè)三維實(shí)體。典型工藝為熔融沉積成型FDM(FusedDeposi-tionModeling)。其工藝原理圖如3-10所示。圖3-10熔融擠壓成形方法原理圖三、RPM技術(shù)的應(yīng)用國(guó)外RPM服務(wù)機(jī)構(gòu)的數(shù)量以每年60%的速度遞增，目前已有一萬(wàn)五千多個(gè)。服務(wù)機(jī)構(gòu)購(gòu)買的設(shè)備占設(shè)備擁有量的40%，05年，服務(wù)機(jī)構(gòu)的總收入達(dá)到15.9億美元，而同年成型機(jī)銷售收入3.7億美元。2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)（RPD）不受復(fù)雜形狀的限制，可迅速將設(shè)計(jì)變?yōu)閷?shí)物?？蓪?duì)設(shè)計(jì)的正確性，造型合理性，可裝配和干涉進(jìn)行具體的檢驗(yàn)。對(duì)復(fù)雜或貴重零件（如模具等），通過(guò)對(duì)原型的檢驗(yàn)可節(jié)約資金降低風(fēng)險(xiǎn)?？蓽p少開(kāi)發(fā)成本30%?70%，節(jié)約時(shí)間50%。如開(kāi)發(fā)光學(xué)照相機(jī)機(jī)體采用RPM技術(shù)僅3?5天（從CAD建模到原型制作）花費(fèi)5千歐元，用傳統(tǒng)的方法則至少需一個(gè)月，需3萬(wàn)歐元。圖2RPM在RPD方面肘應(yīng)用總圖第四節(jié)微細(xì)加工技術(shù)一、概述微細(xì)加工一一通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1pm?10pm。超微細(xì)加工一一通常指1pm以下超微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.01pm?0.1pm。精度表示方法——一般尺寸加工，其精度用誤差尺寸與加工尺寸比值表示；微細(xì)加工，其精度用誤差尺寸絕對(duì)值表示?！凹庸挝弧币灰蝗コ粔K材料的大小，對(duì)于微細(xì)加工，加工單位可以到分子級(jí)或原子級(jí)。微切削機(jī)理一一切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，切削力要超過(guò)晶體內(nèi)分子、原子間

的結(jié)合力，單位面積切削阻力急劇增大。微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法加工機(jī)理 加工方法 機(jī)械去除 車削，銖削，鉆削，磨削八言擊 化學(xué)分解 蝕刻，化學(xué)拋光，機(jī)械化學(xué)拋光電解 電解加工，電解拋光4性? 蒸發(fā) 電子束加工，激光加工，熱射線加工加上） 擴(kuò)散與熔化 擴(kuò)散去除加工，熔化去除加工濺射 離子束濺射去除加工，等離子體加工化學(xué)（電化學(xué)）附著化學(xué)鍍，氣相鍍（電鍍，電鑄）化學(xué)（電化學(xué)）結(jié)合 氧化，氮化（陽(yáng)極氧化）角甘擺熱附著 （真空）蒸鍍，晶體增長(zhǎng)，分子束外延擴(kuò)散（熔化）結(jié)合 燒結(jié)，摻雜，滲碳，（侵鍍，熔化鍍）加上） 物理結(jié)合 濺射沉積，離子沉積（離子鍍）注入 離子濺射注入加工變形加 熱表面流動(dòng) 熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激工（流動(dòng)粘滯性流動(dòng) 光）加工） 摩擦流動(dòng) 壓鑄，擠壓,噴射，澆注 傲離于流動(dòng)加-L二、微細(xì)機(jī)械加工1、 主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面。2、 刀具：多用單晶金剛石車刀、銑刀（圖3-20）。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑（可小到5〃m）靠刀尖相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來(lái)得到。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時(shí)，刀具的切削刃形成一個(gè)圓錐形的切削面。3、 微細(xì)機(jī)械加工設(shè)備＞微小位移機(jī)構(gòu)，微量移動(dòng)應(yīng)可小至幾十個(gè)納米。＞高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。要求低摩擦的傳動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌支承系統(tǒng)，以及高跟蹤精度的伺服系統(tǒng)。＞高的定位精度和重復(fù)定位精度，高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。＞低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。＞刀具的穩(wěn)固夾持和高的安裝精度。＞高的主軸轉(zhuǎn)速及動(dòng)平衡。＞穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動(dòng)干擾。＞具有刀具破損檢測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)。?FANUCROBOnanoUi型微型超精密加工機(jī)床（圖3-11）＞機(jī)床有X、Z、C、B四個(gè)軸，在B軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上增加A軸轉(zhuǎn)臺(tái)后，可實(shí)現(xiàn)5軸控制，數(shù)控系統(tǒng)的最小設(shè)定單位為1nm。可進(jìn)行車、銑、磨和電火花加工。旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制，直線軸則采用激光全息式全閉環(huán)控制。為了降低伺服系統(tǒng)的摩擦，導(dǎo)軌、絲杠螺母副以及伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的推力軸承和徑向軸承均采用氣體靜壓結(jié)構(gòu)。圖3-11FANUC型微型超精密加工機(jī)床三、微細(xì)電加工1、線放電磨削法（WEDG）電極線沿著導(dǎo)絲器中的槽以5~10mm/min的低速滑動(dòng)，可加工圓柱形的軸（圖3-12）。如導(dǎo)絲器通過(guò)數(shù)字控制作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，還可加工出各種形狀的桿件（圖3-13）。圖3-12WEDG工作原理

圖3-13WEDG可加工的各種截形桿2、光刻加工＞要求：定位精度0.川m,重復(fù)定位精度0.0川m＞導(dǎo)軌：硬質(zhì)合金滾動(dòng)體導(dǎo)軌，或液（氣）靜壓導(dǎo)軌＞工作臺(tái)：粗動(dòng)一伺服電機(jī)+滾珠絲杠微動(dòng)一壓電晶體電致伸縮機(jī)構(gòu)＞工作臺(tái)微動(dòng)的形成：X運(yùn)動(dòng)：Py1=Py2 Px長(zhǎng)度變化Y運(yùn)動(dòng)：Py1=Py2 Py1長(zhǎng)度變化Z轉(zhuǎn)動(dòng)：Py1尹Py2圖3-14電致伸縮微動(dòng)工作臺(tái)第五節(jié)現(xiàn)代特種加工技術(shù)一、概述特種加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。特種加工方法產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問(wèn)題傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難于解決：1）難加工材料的加工問(wèn)題。宇航工業(yè)等對(duì)材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。2）復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問(wèn)題。為解決上面兩方面問(wèn)題，出現(xiàn)了特種加工方法。特種加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等。1、 特種加工方法特點(diǎn)（1） 特種加工方法主要不是依靠機(jī)械能，而是用其它能量（如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等）去除材料。（2） 特種加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對(duì)工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒(méi)有嚴(yán)格要求。（3） 一般不會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位很小區(qū)域內(nèi)，工件熱變形小，加工應(yīng)力也小，易于獲得好的加工質(zhì)量。（4） 加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制，有利于保證加工精度和提高加工效率。（5） 特種加工方法的材料去除速度，一般低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因。2、 特種加工方法分類（按加工機(jī)理和采用的能源劃分）（1） 機(jī)械過(guò)程利用機(jī)械力，使材料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除材料。如超聲波加工、水噴射加工、磨料流加工等。（2） 熱學(xué)過(guò)程通過(guò)電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，熔化并去除材料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。（3） 電化學(xué)過(guò)程利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對(duì)材料進(jìn)行加工，如電解加工、電鑄加工（金屬離子沉積）等。（4） 化學(xué)過(guò)程利用化學(xué)溶劑對(duì)材料的腐蝕、溶解，去除材料，如化學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。（5） 復(fù)合過(guò)程利用機(jī)械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)合作用，去除材料。常見(jiàn)的復(fù)合形式有:1） 機(jī)械化學(xué)復(fù)合一一如機(jī)械化學(xué)拋光、電解磨削、電鍍珩磨等。2） 機(jī)械熱能復(fù)合一一如加熱切削、低溫切削等。熱能化學(xué)能復(fù)合一一如電解電火花加工等。其它復(fù)合過(guò)程一一如超聲切削、超聲電解磨削、磁力拋光等。3、發(fā)展趨勢(shì)拓寬現(xiàn)有特種加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。探索新的加工方法，研究和開(kāi)發(fā)新的元器件。優(yōu)化工藝參數(shù)，完善現(xiàn)有的加工工藝。向微型化、精密化發(fā)展。采用數(shù)控、自適應(yīng)控制、CAD/CAM、專家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過(guò)程自動(dòng)化、柔性化程度。二、激光加工1、工作原理(圖3-15)激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征：◎強(qiáng)度高，亮度大◎波長(zhǎng)頻率確定，單色性好◎相干性好，相干長(zhǎng)度長(zhǎng)◎方向性好，幾乎是一束平行光當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。光闌人反射鏡匚激光器了1F聚焦鏡V：工件J工作臺(tái)丫H，￥?￥拿7■A原—1F:A■r圖3-15激光加工原理圖2、激光加工特點(diǎn)加工材料范圍廣，適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適用于加工高熔點(diǎn)材料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。加工性能好，工件可離開(kāi)加工機(jī)進(jìn)行加工，可透過(guò)透明材料加工，可在其他加工方法不易達(dá)到的狹小空間進(jìn)行加工。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高?？蛇M(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦后焦點(diǎn)直徑理論上可小至川以下，實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)中0.01mm的小孔加工和窄縫切割。加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作。激光加工可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。加工設(shè)備昂貴。3、激光加工應(yīng)用（1）激光打孔廣泛應(yīng)用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料，和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工。激光打孔具有高效率、低成本的特點(diǎn)，特別適合微小群孔加工。焦點(diǎn)位置對(duì)孔的質(zhì)量影響：若焦點(diǎn)與加工表面之間距離很大，則激光能量密度顯著減小，不能進(jìn)行加工。如果焦點(diǎn)位置偏離加工表面1mm，可以進(jìn)行加工，此時(shí)加工出孔的斷面形狀隨焦點(diǎn)位置不同而發(fā)生變化。2、 激光切割激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角?？梢郧懈钿摪?、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。3、 激光焊接與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，因不需將材料氣化蝕除，而只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有焊渣，不需去