先進(jìn)制造工藝技術(shù)講座

先進(jìn)制造工藝技術(shù)講座第一頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造工藝技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)高速切削加工技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)2第二頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展以信息技術(shù)為主導(dǎo)的高技術(shù)的發(fā)展全球化制造TQCSEK從傳統(tǒng)的簡(jiǎn)單、相對(duì)穩(wěn)定的市場(chǎng)到復(fù)雜、動(dòng)態(tài)多變的全球市場(chǎng)制造業(yè)的新變化3第三頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二是制造大國(guó)，不是制造強(qiáng)國(guó)發(fā)電設(shè)備、機(jī)床、汽車、電子制造等產(chǎn)品產(chǎn)量居世界前列，卻沒(méi)有一家裝備制造企業(yè)能躋身世界500強(qiáng)關(guān)鍵裝備大多依賴進(jìn)口光電子制造設(shè)備的100%IC制造裝備的85%高檔數(shù)控機(jī)床的70%我國(guó)制造科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀原創(chuàng)性的技術(shù)和成果缺乏，企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力不足，制造科學(xué)基礎(chǔ)研究相對(duì)薄弱4第四頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二國(guó)別/地區(qū)科技計(jì)劃美國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃關(guān)鍵技術(shù)(制造)計(jì)劃敏捷制造使能技術(shù)計(jì)劃日本智能制造技術(shù)國(guó)際合作計(jì)劃歐共體尤里卡計(jì)劃信息技術(shù)研究發(fā)展戰(zhàn)略計(jì)劃德國(guó)制造2000年計(jì)劃韓國(guó)高級(jí)先進(jìn)技術(shù)國(guó)家計(jì)劃(G-7)國(guó)外制造科學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）是工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的國(guó)家級(jí)關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域5第五頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

至今尚無(wú)明確的和一致公認(rèn)的定義，可以認(rèn)為：◆

AMT是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力的制造技術(shù)的總稱。◆要點(diǎn)：AMT定義

目標(biāo)提高制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合關(guān)注信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)在整個(gè)制造過(guò)程中綜合應(yīng)用6第六頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二AMT輪圖

AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

TQCSE基礎(chǔ)制造技術(shù)CADCAMNC技術(shù)ROBOTFMC清潔生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量與可靠性CE系統(tǒng)管理技術(shù)MRPⅡCIMSIMSAM集成技術(shù)新型產(chǎn)業(yè)及市場(chǎng)需求帶動(dòng)（重大裝備、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展）系統(tǒng)工程及管理科學(xué)信息技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)體系圖

新材料技術(shù)新能源技術(shù)◆第二個(gè)層次是新型的制造單元技術(shù)。如制造業(yè)自動(dòng)化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、CAD／CAM、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成形加工技術(shù)、激光與高密度能源加工技術(shù)、工藝模擬及工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)等?！舻谝粋€(gè)層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔基礎(chǔ)制造技術(shù)。包括精密下料、精密塑性成形、精密鑄造、精密加工、精密測(cè)量、毛坯強(qiáng)韌化、精密熱處理、優(yōu)質(zhì)高效連接技術(shù)、功能性防護(hù)涂層及各種與設(shè)計(jì)有關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)、各種現(xiàn)代管理技術(shù)?！舻谌齻€(gè)層次是先進(jìn)制造集成技術(shù)。這是應(yīng)用信息技術(shù)和系統(tǒng)管理技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)上述兩個(gè)層次的技術(shù)集成而形成的，如FMS、CIMS、IMS以及虛擬制造技術(shù)等。7第七頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二管理數(shù)字化設(shè)計(jì)數(shù)字化生產(chǎn)過(guò)程數(shù)字化加工裝備數(shù)字化企業(yè)數(shù)字化先進(jìn)制造技術(shù)第八頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二以三維CAD為代表的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)管路設(shè)計(jì)強(qiáng)度分析結(jié)構(gòu)分析數(shù)字預(yù)裝配CAM裝配過(guò)程仿真裝配過(guò)程仿真通過(guò)產(chǎn)品設(shè)計(jì)手段與設(shè)計(jì)過(guò)程的數(shù)字化，縮短新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，提高企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新能力。工藝規(guī)劃先進(jìn)制造技術(shù)第九頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二以ERP為代表的企業(yè)現(xiàn)代管理制造ERPPDMCRMERPPDMSCMERPSCMWCSERPWCSCRM工程供應(yīng)商用戶通過(guò)企業(yè)內(nèi)外部管理的數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)制造資源的最優(yōu)化配置先進(jìn)制造技術(shù)第十頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二以數(shù)控機(jī)床為代表的數(shù)字化裝備通過(guò)加工裝備的數(shù)字化、自動(dòng)化和精密化，提高產(chǎn)品的加工精度和生產(chǎn)效率。精密工具數(shù)控設(shè)備柔性生產(chǎn)線先進(jìn)制造技術(shù)第十一頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造工藝技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)高速切削加工技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)12第十二頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝技術(shù)先進(jìn)制造工藝技術(shù)是在機(jī)械制造工藝不斷變化與發(fā)展后所形成的制造工藝技術(shù)，包括：常規(guī)工藝經(jīng)優(yōu)化后的工藝、不斷發(fā)展的新型加工方法。其主要技術(shù)體系由先進(jìn)成形加工技術(shù)、現(xiàn)代表面工程技術(shù)、先進(jìn)制造加工技術(shù)等構(gòu)成。先進(jìn)制造工藝技術(shù)是AMT的核心和基礎(chǔ)，任何高級(jí)的自動(dòng)控制系統(tǒng)都無(wú)法取代先進(jìn)制造工藝技術(shù)的作用，它反應(yīng)了制造業(yè)的水平13第十三頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn)1.先進(jìn)性

主要表現(xiàn)在優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、潔凈、柔性五個(gè)方面。2.實(shí)用性

它是當(dāng)今或不久將來(lái)機(jī)械工廠量大面廣的看家工藝，一般投資不高，且有不同檔次，宜于工廠根據(jù)本身的條件通過(guò)技術(shù)改造予以采納。

3.前沿性

先進(jìn)制造工藝是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化或傳統(tǒng)工藝高新技術(shù)化的結(jié)果，它們是制造工藝研究最為活躍的前沿領(lǐng)域。部分先進(jìn)制造工藝可能目前應(yīng)用還不廣泛，但是它們代表著某些發(fā)展方向，而且可望會(huì)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。14第十四頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)

應(yīng)用模擬技術(shù)，可以虛擬顯示材料熱加工（鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等）的工藝過(guò)程，預(yù)測(cè)工藝結(jié)果（組織性能質(zhì)量），并通過(guò)不同參數(shù)比較以優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，確保大件一次制造成功；確保成批件一次試模成功。

模擬技術(shù)同樣已開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)械加工、特種加工及裝配過(guò)程，并已向擬實(shí)制造成形的方向發(fā)展，成為數(shù)字化制造的技術(shù)基礎(chǔ)。不同切削參數(shù)切屑形成及溫度分布15第十五頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)

應(yīng)用模擬技術(shù)，可以虛擬顯示材料熱加工（鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、注塑等）的工藝過(guò)程，預(yù)測(cè)工藝結(jié)果（組織性能質(zhì)量），并通過(guò)不同參數(shù)比較以優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，確保大件一次制造成功；確保成批件一次試模成功。

模擬技術(shù)同樣已開(kāi)始應(yīng)用于機(jī)械加工、特種加工及裝配過(guò)程，并已向擬實(shí)制造成形的方向發(fā)展，成為數(shù)字化制造的技術(shù)基礎(chǔ)。三種刀具切削仿真及切削力比較16第十六頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)成形精度向近無(wú)余量方向發(fā)展隨著毛坯精密成形工藝的發(fā)展，零件成形的形狀尺寸精度不斷向凈成形（NetShapeForming），即近無(wú)余量成形方向發(fā)展。“毛坯”與“零件”的界限越來(lái)越小。有的毛坯成形后，已接近或達(dá)到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可裝配。成形質(zhì)量向近無(wú)“缺陷”方向發(fā)展近年來(lái)熱加工界提出了“向近無(wú)缺陷”方向發(fā)展的目標(biāo)，這個(gè)“缺陷”是指不致引起早期失效的臨界缺陷概念。采取的主要措施有：采用先進(jìn)工藝，增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎(chǔ)；采用模擬技術(shù)，優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一次成形及試模成功；加強(qiáng)工藝過(guò)程監(jiān)控及無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)零件；通過(guò)零件安全可靠性能研究及評(píng)估，確定臨界缺陷量值等。17第十七頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)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)0.025μm，表面粗糙度達(dá)0.0045μm。目前起高速切削鋁合金的切削已超過(guò)1600m/min；鑄鐵為1500m/min；超高速切削已成為解決一些難加工材料加工問(wèn)題的一條途徑。采用新型能源及復(fù)合加工激光、電子束、離子束、分子束、等離子體、微波、超聲波、電液、電磁、高壓水射流等新型能源或能源載體的引入，形成了嶄新的特種加工及高密度能切割、焊接、熔煉、鍛壓、熱處理、表面保護(hù)等加工工藝或復(fù)合工藝。其中以多種形式的激光加工發(fā)展最為迅速。這些新工藝不僅提高了加工效率和質(zhì)量，同時(shí)還解決了超硬材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷等新型材料的加工難題。18第十八頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)采用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工藝過(guò)程的優(yōu)化控制微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化技術(shù)與工藝設(shè)備相結(jié)合，形成了從單機(jī)到系統(tǒng)，從剛性到柔性，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動(dòng)化成形加工技術(shù)，使工藝過(guò)程控制方式發(fā)生了質(zhì)的變化，采用清潔能源及原材料、實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)機(jī)械加工過(guò)程產(chǎn)生大量廢水、廢渣、廢氣、噪聲、振動(dòng)、熱輻射等，勞動(dòng)條件繁重危險(xiǎn)，已不適應(yīng)當(dāng)代清潔生產(chǎn)的要求。近年來(lái)清潔生產(chǎn)成為加工過(guò)程的一個(gè)新的目標(biāo)，除搞好三廢治理外，重在從源頭抓起，杜絕污染的產(chǎn)生。途徑為：一是采用清潔能源二是采用清潔的工藝材料開(kāi)發(fā)新的工藝方法三是采用新結(jié)構(gòu)，減少設(shè)備的噪聲和振動(dòng)在清潔生產(chǎn)基礎(chǔ)上，滿足產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)到使用乃至回收和廢棄處理的整個(gè)周期都符合特定的環(huán)境要求的“綠色制造”將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征。19第十九頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造工藝技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)高速切削加工技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)20第二十頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

高速切削技術(shù)高速切削是一個(gè)相對(duì)概念，是相對(duì)常規(guī)切削而言，用較高的切削速度對(duì)工件進(jìn)行切削。一般認(rèn)為應(yīng)是常規(guī)切削速度的5～10倍。高速切削的速度范圍與加工方法和工件材料密切相關(guān)。HSC ＝ High-Speed-CuttingHSM ＝ High-Speed-MachiningHSM ＝ High-Speed-Milling

HSD ＝ High-Speed-DrillingHST ＝ High-Speed-TurningHSTM ＝ High-Speed-Turn-Milling21第二十一頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二高速與超高速切削速度范圍

10100100010000切削速度V（m/min）塑料鋁合金銅鑄鐵鋼鈦合金鎳合金高速加工的切削速度范圍

高速加工切削速度范圍因不同的工件材料而異◎車削：700-7000m/min◎銑削：300-6000m/min◎鉆削：200-1100m/min◎磨削：50-300m/s

高速加工切削速度范圍隨加工方法不同也有所不同

高速切削技術(shù)22第二十二頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二20世紀(jì)80年代以來(lái)，新型刀具材料的發(fā)展為高速切削的實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)造了條件。

高速切削技術(shù)23第二十三頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二Al2O3基陶瓷刀具端銑調(diào)質(zhì)45＃鋼時(shí)的切削力

高速切削加工中的切削力變化

——高速切削的特點(diǎn)之一2000120010008006004001400070140210280350切削分力（N）切削速度（m/min）FzFxFy24第二十四頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二高速切削試驗(yàn)中溫度與速度的關(guān)系——高速切削的特點(diǎn)之二CBN刀具12000C25第二十五頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

高速切削可提高加工效率降低加工成本

——高速切削的特點(diǎn)之三刀具費(fèi)用只占總加工成本的4%切削界公認(rèn)的事實(shí)加工效率提高20%加工成本降低15%刀具價(jià)格下降20%加工成本降低0.6%刀具壽命延長(zhǎng)一倍加工成本降低1.5%

加大刀具投入，用先進(jìn)刀具高速切削提高生產(chǎn)效率降低總生產(chǎn)成本，是切削理念的一次進(jìn)步26第二十六頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

加工效率高：進(jìn)給率較常規(guī)切削提高5-10倍，材料去除率可提高3-6倍

切削力小：較常規(guī)切削至少降低30%，徑向力降低更明顯。有利于減小工件受力變形，適于加工薄壁件和細(xì)長(zhǎng)件

切削熱?。杭庸み^(guò)程迅速，95%以上切削熱被切屑帶走，工件積聚熱量極少，溫升低，適合于加工熔點(diǎn)低、易氧化和易于產(chǎn)生熱變形的零件

加工精度高：刀具激振頻率遠(yuǎn)離工藝系統(tǒng)固有頻率，不易產(chǎn)生振動(dòng)；又切削力小、熱變形小、殘余應(yīng)力小，易于保證加工精度和表面質(zhì)量

工序集約化：可獲得高的加工精度和低的表面粗糙度，并在一定條件下，可對(duì)硬表面進(jìn)行加工，從而可使工序集約化。這對(duì)于模具加工具有特別意義

高速加工的特點(diǎn)

高速切削技術(shù)27第二十七頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

航空航天：

◎帶有大量薄壁、細(xì)筋的大型輕合金整體構(gòu)件加工，材料去除率達(dá)100-180cm3/min?！蜴嚭辖?、鈦合金加工，切削速度達(dá)200-1000m/min

汽車工業(yè)：

高速加工的應(yīng)用

◎采用高速數(shù)控機(jī)床和高速加工中心組成高速柔性生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的高效生產(chǎn)

模具制造：

◎高速銑削代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電火花成形加工，效率提高3-5倍

高速切削技術(shù)28第二十八頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二實(shí)現(xiàn)高速切削的關(guān)鍵技術(shù)高速切削機(jī)理及工藝高性能刀具材料及刀具設(shè)計(jì)制造技術(shù)高性能機(jī)床及其附件?機(jī)床結(jié)構(gòu)及材料?機(jī)床設(shè)計(jì)制造技術(shù)?高速主軸系統(tǒng)?快速進(jìn)給系統(tǒng)?高性能CNC系統(tǒng)?高性能刀具及工件夾緊系統(tǒng)?高效高精度測(cè)量測(cè)試技術(shù)?安全防護(hù)技術(shù)高速切削技術(shù)29第二十九頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二高速切削加工科學(xué)內(nèi)涵

30第三十頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二面向高速切削的切削刀具特點(diǎn)：“三高一?！保锤咝?、高精度、高可靠性和專用化在基體上焊接刀片（材料CBN，PCD）的HSC刀具以高強(qiáng)度鋁合金做基體的HSC端面銑刀帶內(nèi)部冷卻的鉆頭

高速切削技術(shù)31第三十一頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二高速切削刀具裝卡系統(tǒng)最小的動(dòng)不平衡量最小的徑向偏差高剛性傳遞高扭矩高精度換刀時(shí)的高重復(fù)精度高轉(zhuǎn)速下的安全性要求方案用空心短錐柄（HSK系列）取代快換錐柄（SK系列） ＋通過(guò)主軸端面進(jìn)行軸向定位 ＋主軸和空心錐柄的脹塞配合HSK

高速切削技術(shù)32第三十二頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二面向高速切削的切削機(jī)床高速電機(jī)主軸驅(qū)動(dòng)電機(jī)與主軸的一體化轉(zhuǎn)速至80.000r/min，用于小直徑刀具的高速切削大轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)的高扭矩輸出首選球軸承、液壓軸承、氣壓軸承或磁軸承

高速切削技術(shù)33第三十三頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

高速切削技術(shù)高度集中（復(fù)合）概念已成為制造業(yè)新的發(fā)展趨勢(shì)。它可以一次安裝工件，用復(fù)合加工刀具多工序復(fù)合加工，也可以在同一臺(tái)機(jī)床上同時(shí)實(shí)現(xiàn)多工序或多面體加工，大大減少安裝工件和換刀時(shí)間，降低非切削輔助時(shí)間，提高加工效率和質(zhì)量。高效復(fù)合加工技術(shù)葉根輪專用槽銑刀多功能刀具的高效率組合加工34第三十四頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造工藝技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)高速切削加工技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)35第三十五頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二精密與超精密加工技術(shù)◆精密加工——在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。超精密加工——在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。概述◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm20世紀(jì)40年代——最高精度1μm20世紀(jì)末——精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細(xì)加工——微小尺寸的精密加工超微細(xì)加工——微小尺寸的超精密加工36第三十六頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二精密與超精密加工技術(shù)精密加工與超精密加工的發(fā)展普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對(duì)位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量?jī)x器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動(dòng)測(cè)微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測(cè)長(zhǎng)儀圓度儀輪廓儀激光高精度測(cè)長(zhǎng)儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份37第三十七頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，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0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，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60μm降至12μm，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，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)展精密與超精密加工地位精密與超精密加工技術(shù)38第三十八頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二結(jié)合加工分類加工機(jī)理加工方法示例去除加工電物理加工電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工電解加工、蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光力學(xué)加工切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴(kuò)散、溶解）電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué)化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué)電鍍、電鑄熱熔化真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué)氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué)陽(yáng)極氧化熱熔化摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長(zhǎng)力物理離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理激光焊接、快速成形化學(xué)化學(xué)粘接變形加工熱流動(dòng)精密鍛造、電子束流動(dòng)加工、激光流動(dòng)加工粘滯流動(dòng)精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向液晶定向精密與超精密加工分類精密與超精密加工技術(shù)39第三十九頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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)?！簟斑M(jìn)化”加工原則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?！?/p>

微量切削機(jī)理◆

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。

精密與超精密加工特點(diǎn)精密與超精密加工技術(shù)40第四十頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二要達(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。◆

形成綜合制造工藝廣泛采用計(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?！?/p>

與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密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）?！?/p>

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合◆

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。精密與超精密加工技術(shù)41第四十一頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二精密與超精密加工技術(shù)42第四十二頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二金剛石刀具的性能特征：(1)具有極高的硬度，其硬度達(dá)到6000～10000HV；而TiC僅為3000HV；WC為2400HV。(2)能磨出極其鋒銳的刃口，且切削刃沒(méi)有缺口、崩刃等現(xiàn)象。天然單晶金剛石刃口圓弧半徑可小到數(shù)納米，沒(méi)有其他任何材料可以磨到如此鋒利的程度。(3)熱化學(xué)性能優(yōu)越，具有導(dǎo)熱性能好、與有色金屬間的摩擦系數(shù)低、親和力小等特征。(4)耐磨性好，刀刃強(qiáng)度高。金剛石摩擦系數(shù)小，和鋁之間的摩擦系數(shù)僅為0.06～0.13，如切削條件正常，則刀具磨損極慢，刀具耐用度極高。金剛石超精密加工技術(shù)機(jī)理與特點(diǎn)

精密與超精密加工技術(shù)43第四十三頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二金剛石刀具超精密切削的機(jī)理和一般的切削是有很大差別。切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)13000N/mm2），切削深度極小，可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒內(nèi)進(jìn)行刀尖處溫度極高，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)量金剛石超精密加工技術(shù)機(jī)理與特點(diǎn)

精密與超精密加工技術(shù)44第四十四頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二金剛石車床加工4.5mm陶瓷球精密與超精密加工技術(shù)金剛石車床及其加工照片45第四十五頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)及其體系結(jié)構(gòu)先進(jìn)制造工藝技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)高速切削加工技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)特種加工技術(shù)快速原型制造技術(shù)46第四十六頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

特種加工又稱非傳統(tǒng)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。三方面問(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。3）各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問(wèn)題。為解決上面三方面問(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。特種加工技術(shù)概述47第四十七頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二常見(jiàn)特種加工方法◆電火花加工

電火花成型

電火花線切割◆電化學(xué)加工

電解、電鑄、電鍍

◆超聲加工

◆激光加工◆水射流加工48第四十八頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二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特種加工方法分類（按能量形式和作用原理分類）特種加工技術(shù)概述49第四十九頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

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。特種加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，工具的硬度不一定大于工件的硬度，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。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。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。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。特種加工方法特點(diǎn)特種加工技術(shù)概述50第五十頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二拓寬現(xiàn)有特種加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。

例如，非導(dǎo)電材料的電火花加工，電火花、激光、電子束表面改性等。向微細(xì)化方向發(fā)展。

目前，國(guó)際上對(duì)微細(xì)電火花加工、微細(xì)超聲波加工、微細(xì)激光加工、微細(xì)電化學(xué)加工等的研究正方興未艾，特種微細(xì)加工技術(shù)有望成為三維實(shí)體微細(xì)加工的主流技術(shù)。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。發(fā)展趨勢(shì)特種加工技術(shù)概述51第五十一頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件材料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去。

電火花加工幾種代表性特種加工方法電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液52第五十二頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二電火花加工機(jī)床幾種代表性特種加工方法53第五十三頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二電火花線切割加工：用連續(xù)移動(dòng)的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽(yáng)極。機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)工件在水平面內(nèi)作兩個(gè)方向移動(dòng)，可切割出二維圖形。同時(shí)，絲架可作小角度擺動(dòng)，可切割出斜面。電火花加工類型幾種代表性特種加工方法電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件Real電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal54第五十四頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二無(wú)論硬、脆、軟、耐熱材料，只要導(dǎo)電就行小孔、薄壁、窄槽、復(fù)雜截面同一臺(tái)電火花機(jī)床上，只需要修改參數(shù)即可完成粗、半精、精加工電火花加工特點(diǎn)電火花加工應(yīng)用電火花成形加工：電火花打孔、型腔加工、曲面加工。電火花線切割：廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。幾種代表性特種加工方法55第五十五頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二5656第五十六頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二5757第五十七頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二工作原理：工件接陽(yáng)極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流電壓6～24V，極間保持0.1～1mm間隙。在間隙處通以6～60m/S高速流動(dòng)電解液，形成極間導(dǎo)電通路，工件表面材料不斷溶解，溶解物及時(shí)被電解液沖走。工具陰極不斷進(jìn)給，保持極間間隙。

電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極電解加工幾種代表性特種加工方法58第五十八頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二

不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的形面和型腔。加工形面、型腔生產(chǎn)率高（與電火花加工比高5～10倍）。陰極損耗小。加工表面質(zhì)量好，無(wú)毛刺、殘余應(yīng)力和變形層。設(shè)備投資大，有污染，需防護(hù)。

模具型腔、槍炮膛線、發(fā)電機(jī)葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、小而深的孔加工，電解拋光、倒棱、去毛刺等。電解加工特點(diǎn)電解加工應(yīng)用幾種代表性特種加工方法59第五十九頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二工作原理激光加工幾種代表性特種加工方法當(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。激光器工件工作臺(tái)激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源60第六十頁(yè)，共七十一頁(yè)，編輯于2023年，星期二幾乎能加工所有材料，特別是高硬度、高脆性及高熔點(diǎn)材料非接觸加工。激光可視作“光刀”，無(wú)“刀具”磨損，無(wú)

“切削力”作用于工件，熱變形小，加工精度較高。