先進(jìn)制造技術(shù)第三章

先進(jìn)制造技術(shù)第三章第一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第一節(jié)

概述

3.1.1機(jī)械制造工藝定義與內(nèi)涵

3.1.2先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展第二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二機(jī)械制造工藝三階段：

①零件毛坯的成形準(zhǔn)備，包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓加工成形等；②機(jī)械切削加工階段，包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等③表面改性處理階段，包括熱處理、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、涂裝等上述階段劃分逐漸模糊、交叉，甚至合而為一3.1.1機(jī)械制造工藝定義與內(nèi)涵原材料成品半成品機(jī)械制造工藝定義改變形狀,尺寸,性能,位置機(jī)床、工具第三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二機(jī)械制造工藝流程第四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二制造加工精度不斷提高

18世紀(jì)，其加工精度為1mm；19世紀(jì)末，0.05mm；20世紀(jì)初，μm級過渡；20世紀(jì)50年代末，實(shí)現(xiàn)了μm級的加工精度；目前達(dá)到10nm的精度水平。切削加工速度迅速提高20世紀(jì)前，碳素鋼，耐熱溫度低于200oC，10m/min；20世紀(jì)初，高速鋼，500-600oC，30-40m/min；20世紀(jì)30年代，硬質(zhì)合金，800-1000oC，數(shù)百米/min;目前陶瓷、金剛石、立方氮化硼，1000oC以上，一千至數(shù)千米/min。3.1.2先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展第五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二切削速度隨刀具材料的變更而提高第六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二新型工程材料的應(yīng)用類型：超硬材料、超塑材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷等對制造工藝貢獻(xiàn)：①改善刀具切削性能，改進(jìn)加工設(shè)備；②促進(jìn)特種加工工藝發(fā)展。自動化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展

單機(jī)自動化→系統(tǒng)自動化剛性自動化→柔性自動化→綜合自動化

第七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二毛坯成形技術(shù)在向少、無余量發(fā)展如：熔模精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、冷溫擠壓等新工藝。表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展表面工程：通過表面涂覆、表面改性、表面加工、表面復(fù)合處理改變零件表面形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲取與基體材料不同性能的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)。如：電刷鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣象沉積、熱噴涂、化學(xué)熱處理、激光表面處理、離子注入等。第八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第二節(jié)材料受迫成形工藝技術(shù)3.2.1精密潔凈鑄造成形3.2.2精確高效金屬塑性成形工藝3.2.3粉末鍛造成形工藝3.2.4高分子材料注射成形第九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二機(jī)械零件成形方法：受迫成形在特定邊界和外力約束下成形，如鑄造、鍛壓、粉末冶金和注射成形等；去除成形將材料從基體中分離出去成形，如車、銑、刨、磨、電火花、激光切割；堆積成形將材料有序地合并堆積成形，如快速原形制造、焊接等。

第十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二鑄造是一種利用液態(tài)金屬進(jìn)行成形的工藝方法。常用于提供復(fù)雜形狀零件的毛坯。先進(jìn)的鑄造工藝是以熔體潔凈、鑄件組織細(xì)密，表面光潔、尺寸精度高為主要特征。并能大量減少原材料的消耗，降低生產(chǎn)成本來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程自動化，縮短生產(chǎn)周期，改善勞動條件。并達(dá)到少、無切削加工的目的。3.2.1精密潔凈鑄造成形第十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二自硬砂精確砂型鑄造粘土砂造型

鑄件質(zhì)量差、生產(chǎn)效率低勞動強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重自硬樹脂砂造型

高強(qiáng)度、高精度、高潰散性低勞動強(qiáng)度，適合于各種復(fù)雜鑄件型芯制作鑄件壁厚可<2.5mm3.2.1精密潔凈鑄造成形1.精確鑄造成形技術(shù)第十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二高緊實(shí)砂型鑄造可提高鑄型強(qiáng)度、剛度和硬度減少金屬液澆注凝固時型壁移動降低金屬消耗、減少缺陷提高精度、粗糙度提高2-3級

氣沖造型主要方法有：真空吸砂、氣流吹砂、氣動壓實(shí)、液壓擠壓和氣沖等。第十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二消失模鑄造利用泡沫塑料作為鑄造模型，并在其四周填砂，不分上下模，泡沫塑料在澆注過程中氣化。可避免砂型潰散可消除起模斜度，減小鑄件壁厚能夠獲得表面光潔、尺寸精確無飛邊、少無余量精密鑄件泡沫塑料模

造型

澆注過程

鑄件

第十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二特種鑄造技術(shù)

類型：壓力鑄造、低壓鑄造、熔模鑄造真空鑄造、擠壓鑄造等。

壓力鑄造：金屬模，以壓力澆注取代重力澆注，鑄件精確、表面光潔、內(nèi)部致密。金屬模壓鑄機(jī)壓鑄過程合型壓鑄開模1.壓射沖頭2.壓室3.液體金屬4.定型5動型6.型腔7.澆道8.余料第十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二潔凈的能源以感應(yīng)電爐代替沖天爐，減輕對空氣的污染無砂和少砂鑄造如壓力鑄造、金屬型鑄造、擠壓鑄造等清潔無毒材料使用無毒無味變質(zhì)劑、精煉劑、粘結(jié)劑等高潰散性型砂工藝樹脂砂、酯硬化水玻璃砂工藝廢棄物再生和綜合利用鑄造舊砂再生回收、熔煉爐渣處理和綜合利用鑄造機(jī)器人或機(jī)械手以代替工人在惡劣條件下工作2.清潔（綠色）鑄造技術(shù)第十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二鑄造過程計算機(jī)仿真在計算機(jī)上進(jìn)行虛擬澆鑄，分析預(yù)測鑄液充填及凝固過程，預(yù)測不合理鑄造工藝缺陷，對不同鑄造工藝方案作出最優(yōu)的選擇。鑄造過程仿真發(fā)展60年代丹麥學(xué)者開始用計算機(jī)對鑄件凝固過程進(jìn)行模擬隨后工業(yè)國家相繼開發(fā)了鑄造過程計算機(jī)模擬軟件，如：德國MACMAsoft

軟件，英國Procast軟件，清華大學(xué)Flsoft軟件等。3.鑄造過程計算機(jī)模擬第十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二金屬塑性成形是通過材料的塑性變形來實(shí)現(xiàn)制品所要求的形狀、尺寸和性能的機(jī)械方法，包括鍛造、沖壓、扎制、擠壓等工藝。大量生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品如汽車、摩托車、拖拉機(jī)等，要求毛坯制造業(yè)提供的成型件尺寸越來越精確，只需要少切削或無切削就能達(dá)到零件的最終形狀和尺寸。從而推進(jìn)了金屬塑性成形信息技術(shù)和新工藝的發(fā)展。3.2.2精確高效金屬塑性成形工藝第十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二精密模鍛利用模鍛設(shè)備鍛造出鍛件形狀復(fù)雜、精度高的模鍛工藝，比普通鍛件高1-2個精度等級。

模鍛坯料普通模鍛去氧化皮精密模鍛錐齒輪的精密模鍛工藝為了減少氧化，提高鍛件質(zhì)量，精鍛時采用較低溫度加熱。如碳素鋼一般在900-450℃之間，又稱為低溫模鍛。第十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二

超塑性成形

超塑性現(xiàn)象：在一定內(nèi)部條件（如晶粒形狀、相變）和外部條件（如溫度、應(yīng)變速率）下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力（良好的成形性）、異常高的延伸率現(xiàn)象（極小的流動應(yīng)力）。目前已知鋅、鋁、銅等合金超塑性達(dá)1000%，有的甚至達(dá)2000%。

金屬超塑性類型：細(xì)晶超塑性（恒溫超塑性）內(nèi)在條件：具有均勻、穩(wěn)定等軸細(xì)晶組織（<10μm）；外在條件：特定溫度和變形速率（10-4-10-5min-1）。相變超塑性（環(huán)境超塑性）在材料相變點(diǎn)溫度循環(huán)變化，同時對試樣加載。第二十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超塑性成形工藝應(yīng)用飛機(jī)鈦合金組合件

原需幾十個零件組成，用超塑性成形后，可一次整體成形，大大減輕了構(gòu)件的質(zhì)量，提高了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。超塑性等溫模鍛

薄板加熱到超塑性溫度，在壓力作用下產(chǎn)生超塑性變形，直至同模具貼合為止。超塑性氣壓成形第二十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二精密沖裁

改變普通沖裁工藝中被加工材料從模具刃口處產(chǎn)生裂紋而剪切分離導(dǎo)致制件尺寸精度低（IT11級以下），使沖裁件呈純剪切分離沖裁工藝，通過模具改進(jìn)提高精度，可達(dá)IT6-9級，Ra1.6-0.4μm。主要有：光潔沖裁負(fù)間歇沖裁帶齒圈壓板精沖第二十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二光潔沖裁

采用了比普通沖裁的小圓角刃口和小的沖模間隙。落料時，凹模刃口帶小圓角，凸模為常規(guī)結(jié)構(gòu)沖孔時，凸模刃口帶小圓角，凹模為常規(guī)結(jié)構(gòu)三種光潔沖裁凹模結(jié)構(gòu)橢圓凹模圓角凹模倒角刃口利于材料的流動制造方便第二十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二負(fù)間隙沖裁帶齒圈壓板精沖精密沖裁凸模尺寸大于凹模型腔精度高、剪切面光潔，可以用其它沖壓工序復(fù)合如壓印，彎曲等第二十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二輥軋工藝用軋輥對坯料連續(xù)變形加工工藝，生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、材料消耗少。主要有輥鍛軋制、碾環(huán)扎制等。輥鍛軋制主要用于：扁斷面的長桿件，如扳手、鏈環(huán)帶有不變形頭部而沿長度方向橫截面面積遞減的鍛件，如葉片連桿類鍛件1.扎輥2.模塊3零件4.坯料第二十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二輾環(huán)軋制輾環(huán)軋制用于擴(kuò)大環(huán)形坯料的外徑和內(nèi)徑。工作過程：電機(jī)帶動驅(qū)動輥1，利用摩擦力使坯料3在驅(qū)動輥和芯輥2之間受壓變形。驅(qū)動輥還可以由液壓缸推動作上下移動，改變1，2兩輥間距離，可使坯料厚度逐漸變薄，直徑增大。導(dǎo)向輥4用于保證坯料正確運(yùn)送。信號輥5用于控制坯料3的直徑。1.驅(qū)動輥2.芯輥3.坯料4.導(dǎo)向輥5.信號輥第二十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.2.3粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金

+精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛造后續(xù)處理第二十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.2.3粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金

+精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛造后續(xù)處理燒結(jié)溫度控制在基體金屬熔點(diǎn)的70%-80%范圍內(nèi)。第二十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.2.3粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金

+精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛造后續(xù)處理加熱時間以熱透為準(zhǔn)，達(dá)到加熱溫度后立即進(jìn)行鍛造第二十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.2.3粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金

+精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛造后續(xù)處理鍛造主要工藝參數(shù)是溫度，壓力和保溫時間。第三十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.2.3粉末鍛造成形工藝粉末制取粉末鍛造成形工藝粉末冶金

+精密鍛造模壓成形型坯燒結(jié)鍛前加熱鍛造后續(xù)處理調(diào)質(zhì)、退火等熱處理，消除鍛件內(nèi)部應(yīng)力。第三十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二粉末鍛造件優(yōu)點(diǎn)：

能源消耗低，材料利用率高

為普通鍛造能耗49%，材料利用率達(dá)90%，普通鍛造僅40-60%；

鍛件精度高，力學(xué)性能好

組織無偏析，無各向異性；

疲勞壽命高

比普通鍛造提高20%，高速鋼工具壽命可提高兩倍以上。典型粉末鍛造模具第三十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二注射成形原理3.2.4高分子材料注射成形粉狀塑料注入螺桿推進(jìn)送進(jìn)加熱區(qū)通過分流梭噴嘴噴出注入模腔注射成形工藝過程冷卻成形第三十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二氣體輔助成形：在熔融塑料充填（不完全充填）完成后將惰性氣體注入，在成品較厚部分形成空腔，使成品壁厚均勻，可防止縮痕或翹曲產(chǎn)生。注射成形新技術(shù)氣體輔助注射成形原理第三十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二注射壓縮成形：可采用較低的注射壓力成形薄壁制品，適用于流動性較差的制品。整體壓縮注射成形工作過程：保持模具一定開度的狀態(tài)下合模，將高分子熔融體充填（不完全充填）進(jìn)去，而后利用液壓缸壓縮使模具的動模板移動至完全合模狀態(tài)，此時熔融體因受壓而充滿模具成型第三十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二模具滑合成形法

適用于中空制品和不同材料復(fù)合體模具滑合成形動作原理首先中空制品一分為二，兩部分分別注射（1，2）兩部分陰模（半成品在模具中）滑移至對合位置（3，4）閉合模具（5）向兩部分制品結(jié)合縫內(nèi)再注入樹脂（6）得到完整的中空制成品（7）第三十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二剪切場控制取向成形法：使材料纖維取向與流動方向一致，可提高熔接痕強(qiáng)度，消除縮孔和縮痕。常用于玻纖維或碳纖維材料。剪切場控制取向成形法原理：當(dāng)型腔充滿以后安裝于主流道的兩個液壓缸活塞一進(jìn)一退反復(fù)振蕩第三十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二直接注射成形法

不需混煉造粒的復(fù)合材料制備過程過程，可將填充劑均勻地分散在基體樹脂中，直接注射成制品。主要用于高濃度玻璃纖維、碳纖維等材料。直接注射成形機(jī)螺桿壓縮段剖面圖第三十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)超精密加工技術(shù)

3.3.1概述3.3.2超精密切削加工3.3.3超精密磨削加工3.3.4超精密加工的機(jī)床設(shè)備3.3.5超精密加工環(huán)境影片第三十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二目前精密、超精密加工內(nèi)涵

3.3.1概述分類加工精度表面粗糙度普通加工1μmRa0.1μm精密加工0.1-1μmRa0.01-0.1μm超精密加工高于0.1μm小于Ra0.01μm包括了所有能使零件的形狀、位置、尺寸達(dá)到微米和亞微米的加工方法，內(nèi)涵隨時間而變化。第四十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超精密加工技術(shù)與國防工業(yè)關(guān)系密切，如陀螺儀的加工涉及多項(xiàng)超精密加工，導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率，1kg的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸0.0005μm，則會引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。精密和超精密加工的需求國防工業(yè)上的需求第四十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二紅外線探測器反射鏡，其拋物面反射鏡形狀精度為1μm，表面粗糙度為Ra0.01μm，其加工精度直接影響導(dǎo)彈的引爆距離和命中率。激光核聚變用的曲面鏡，其形狀精度小于1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm，其質(zhì)量直接影響激光的光源性能。大型天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡、直徑達(dá)2.4m，形狀精度為0.01μm，如著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，能觀察140億光年的天體。（圖）第四十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二服役的哈勃望遠(yuǎn)鏡獅子座螺旋星系宇宙深處的星體銀河系環(huán)形星群第四十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二計算機(jī)上的芯片、磁板基片、光盤基片等都需要超精密加工技術(shù)來制造。錄像機(jī)的磁鼓、復(fù)印機(jī)的感光鼓、各種磁頭、激光打印機(jī)的多面體、噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都必須進(jìn)行超精密加工，才能達(dá)到質(zhì)量要求。信息產(chǎn)品中的需求精密和超精密加工的需求第四十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二計算機(jī)上的芯片錄像機(jī)的磁鼓第四十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二

現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機(jī)、照相機(jī)等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，激光打印機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術(shù)來完成。至于超精密加工機(jī)床、設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。民用產(chǎn)品中的需求精密和超精密加工的需求第四十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超精密加工所涉及的技術(shù)范圍超精密加工機(jī)理刀具磨損、積屑瘤生成規(guī)律、磨削機(jī)理、加工參數(shù)對表面質(zhì)量的影響等有其特殊性；超精密加工的刀具、磨具及其制備刀具的刃磨、超硬砂輪的修整；超精密加工機(jī)床設(shè)備機(jī)床精度、剛度、抗振性、微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)；精密測量及補(bǔ)償技術(shù)有相應(yīng)級別的測量裝置，具有在線測量和誤差補(bǔ)償；嚴(yán)格的工作環(huán)境恒溫、凈化、防振和隔振等。

第四十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超精密切削對刀具的要求

極高的硬度、極高的耐用度和極高的彈性模量，保證刀具壽命和尺寸耐用度；刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑ρ值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度；

刀刃無缺陷，避免刃形復(fù)印在加工表面；

抗粘結(jié)性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低、能得到極好的加工表面完整性。3.3.2超精密切削加工主要用于加工銅、鋁等非鐵金屬及其合金，以及光學(xué)玻璃、大理石和碳素纖維等非金屬材料。第四十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二天然單晶金剛石刀具的性能特征極高的硬度HV6000-10000,而TiC僅為HV2400，WC為HV2400；能磨出鋒銳刃口刃口半徑可達(dá)納米，普通刀具5-30μm；與有色金屬摩擦系數(shù)低、親和力小與鋁的摩擦系數(shù)僅為0.06-0.13；耐磨性好，刀刃強(qiáng)度高刀具磨損極慢，刀具耐用度極高。天然單晶金剛石被公認(rèn)為不能代替的超精密切削刀具材料但僅用于有色金屬的切削加工第四十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超精密切削時的最小切削厚度

如圖：A點(diǎn)位置與摩擦系數(shù)μ（剪切角θ）有關(guān)：當(dāng)μ=0.12時，可得：hDmin=0.322ρ當(dāng)μ=0.26時，可得：hDmin=0.249ρ若hDmin=1nm，要求刀具刃口半徑ρ為3-4nm。

極限切削厚度與刃口半徑的關(guān)系第五十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超精密磨削：是最主要黑色金屬、硬脆材料等超精密加工手段，精度<=0.1μm，表面粗糙度<Ra0.025。超精密磨削的關(guān)鍵在于砂輪的選擇、砂輪的修整、磨削用量和高精度的磨削機(jī)床。超精密磨削砂輪

金剛石砂輪：較強(qiáng)的磨削能力，較高的磨削效率，磨削速度12-30m/s；

CBN砂輪：較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)惰性，價格較貴，磨削速度80-100m/s。超硬磨料砂輪結(jié)合劑：

樹脂結(jié)合劑：能保持良好鋒利性，磨粒保持力?。?/p>

金屬結(jié)合劑：耐磨性好，磨粒保持力大，自銳性差，砂輪修整困難。

陶瓷粘結(jié)劑：化學(xué)穩(wěn)定性高、耐熱、耐酸堿，脆性較大。

3.3.3超精密磨削加工第五十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超硬磨料砂輪的修整砂輪修整包括修形（達(dá)到一定精度要求的幾何形狀）和修銳（去除磨粒之間的粘合劑，磨粒突出粘合劑一定高度）車削法用金剛筆車削金剛石砂輪，修整成本高；磨削法用普通砂輪進(jìn)行對磨，修整效率和質(zhì)量較好，普通砂輪磨損消耗量較大；噴射法將碳化硅、剛玉等磨粒高速噴射到砂輪表面，去除部分結(jié)合劑，使超硬磨粒突出；電解在線修銳法（ELID)應(yīng)用電解原理完成砂輪修銳過程；電火花修整

應(yīng)用電火花放電原理完成砂輪修整。第五十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二在線電解修銳法通過電解腐蝕液作用去除超硬磨料砂輪的結(jié)合劑，達(dá)到修銳效果電火花修整法

修整原理：電火花放電，適用于金屬結(jié)合劑砂輪第五十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二超精密加工的機(jī)床質(zhì)量主要取決于機(jī)床的主軸部件、床身導(dǎo)軌及驅(qū)動部件等的質(zhì)量。精密主軸部件滾動軸承回轉(zhuǎn)精度達(dá)1μm,表面粗糙度Ra0.04-0.02μm；液體靜壓軸承回轉(zhuǎn)精度≤0.1μm，剛度阻尼大，轉(zhuǎn)動平穩(wěn)；不足：液壓油溫升高，影響主軸精度，會將空氣帶入液壓油降低軸承剛度；應(yīng)用：一般用于大型超精密機(jī)床?？諝忪o壓軸承高回轉(zhuǎn)精度、工作平穩(wěn)，溫升??；不足：剛度較低，承載能力不高；應(yīng)用：超精密機(jī)床中得到廣泛的應(yīng)用。3.3.4

超精密加工機(jī)床設(shè)備第五十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二典型液體靜壓軸承主軸結(jié)構(gòu)原理圖1-徑向液壓軸承2-止推液壓軸承

3-真空吸盤

雙半球空氣軸承主軸1-前軸承2-供氣孔3-后軸承4-定位環(huán)5-旋轉(zhuǎn)變壓器6-無刷電動機(jī)

7-外殼8-軸9-多孔石墨

第五十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二典型液體靜壓軸承主軸結(jié)構(gòu)原理圖1-徑向液壓軸承2-止推液壓軸承

3-真空吸盤

雙半球空氣軸承主軸1-前軸承2-供氣孔3-后軸承4-定位環(huán)5-旋轉(zhuǎn)變壓器6-無刷電動機(jī)

7-外殼8-軸9-多孔石墨

工作原理：壓力油通過節(jié)流孔進(jìn)入軸承耦合面間的油腔，使軸在軸套內(nèi)懸浮，不產(chǎn)生固體摩擦。當(dāng)軸受力產(chǎn)生偏斜時，耦合面間的間隙改變，造成相對油腔中的油壓不等，有壓力差將推動軸回向原來的中心位置。第五十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二床身和精密導(dǎo)軌床身要求：抗振、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好

床身材料：多采用人造花崗巖，尺寸穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低、硬度高、耐磨、不生銹、可鑄造成形，克服了天然花崗巖有吸濕性的不足。導(dǎo)軌要求：高直線精度，不得爬行有液體靜壓導(dǎo)軌、空氣靜壓導(dǎo)軌。第五十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二平面型空氣靜壓導(dǎo)軌示意圖1-靜壓空氣2-移動工作臺3-底座

第五十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二微量進(jìn)給裝置微量進(jìn)給裝置要求：分辨率達(dá)到0.001-0.01μm；精微進(jìn)給與粗進(jìn)給分開；低摩擦和高穩(wěn)定性；末級傳動元件必須有很高的剛度；工藝性好，容易制造；應(yīng)能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動控制，動態(tài)性能好。第五十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二雙T形彈性變形微進(jìn)給裝置1-微位移刀夾2、3-T形彈簧4-驅(qū)動螺釘5-固定端6-動端

分辨率0.01μm，最大位移20μm，靜剛度70N/μm，第六十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二最大位移15-16μm分辨率

0.01μm靜剛度

60N/μm壓電陶瓷微進(jìn)給裝置1-刀夾2-機(jī)座3-壓電陶瓷4-后墊塊5-電感測頭6-彈性支承

工作原理：壓電陶瓷器件在預(yù)壓應(yīng)力狀態(tài)下與刀夾和后墊塊彈性變形載體粘接安裝，在電壓作用下陶瓷伸長，推動刀夾作微移動。第六十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二凈化的空氣環(huán)境

1μm直徑塵埃會拉傷磁盤表面而不能正確記錄信息；

100級超精密加工空氣潔凈度要求：≥0.5μm直徑塵埃個數(shù)≤100個/ft3，而辦公室百萬個/(ft)3，手術(shù)室5萬個/(ft)3

恒定的溫度環(huán)境

100mm長鋁合金零件，溫度變化1oC將產(chǎn)生2.25μm的誤差；若要求確保0.1μm加工精度，環(huán)境溫度應(yīng)保持±0.05oC范圍內(nèi)；當(dāng)前，已出現(xiàn)±0.01oC的恒溫環(huán)境，需多級恒溫。3.3.5

超精密加工環(huán)境第六十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二較好的抗振動干擾環(huán)境防振：消除自身振動干擾隔振：阻止外部振動美國LLL實(shí)驗(yàn)室超精密機(jī)床隔振基礎(chǔ)1-隔振空氣彈簧2-床身3-工作臺

第六十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第四節(jié)高速加工技術(shù)

3.4.1高速加工的概念與特征3.4.2高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用3.4.3高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)3.4.4高速磨削加工第六十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.4.1高速加工的概念與特征超高速切削概念示意圖

Salomon切削理論高速切削鋁合金：1000-7000m/min灰鑄鐵：800-3000m/min銅：900-5000m/min鋼：500-2000m/min鈦：100-1000m/min德國切削物理學(xué)家薩洛蒙(CarlSalomon)博士于1931年提出的著名切削理論認(rèn)為：一定的工件材料對應(yīng)有一個臨界切削速度，在該切削速度下其切削溫度最高。如圖所示為“薩洛蒙曲線”。在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)(圖中A區(qū))，切削溫度隨著切削速度的增大而提高。在切削速度達(dá)到臨界切削速度后，隨著切削速度的增大切削溫度反而下降。第六十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二高速切削特征切削力低切削變形小，切屑流出速度加快，切削力比常規(guī)降低30-90%；熱變形小溫升不超過3oC，90%切削熱被切屑帶走；材料切除率高單位時間內(nèi)切除率可提高3-5倍；高精度切削激振頻率遠(yuǎn)高于機(jī)床系統(tǒng)固有頻率，加工平穩(wěn)、振動小。減少工序工件加工可在一道工序中完成，稱為“一次過”技術(shù)（Onepassmaching）。

第六十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二高化速指標(biāo)：dmn（直徑x轉(zhuǎn)速）>1*106即為高速高速切削機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速在20000r/min以上，甚至62000r/min；快速進(jìn)給40-80m/min；高速切削機(jī)理研究包括切屑成形機(jī)理、切削力、切削熱等，鋁合金材料研究較為成熟，黑色金屬、難加工材料加工機(jī)理尚處探索階段。

3.4.2高速加工發(fā)展與應(yīng)用經(jīng)歷了理論探索、應(yīng)用探索、初步應(yīng)用、較成熟四個發(fā)展階段，20世紀(jì)80年代以后對相關(guān)技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，在大功率高速軸主軸單元、高加減速進(jìn)給系統(tǒng)、超硬耐磨長壽刀具材料等技術(shù)取得重大突破第六十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二高速切削加工應(yīng)用航空工業(yè)--飛機(jī)鋁合金零件、薄層腹板件等直接高速切削加工，不再鉚接。軍用飛機(jī)使用各種結(jié)構(gòu)材料的重量百分比

鋁合金鈦合金復(fù)合材料第六十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二速度603m/min進(jìn)給速度9600mm/min鋁合金薄壁件（厚0.2mm高20mm)第六十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二7075鋁合金零件（毛坯1818kg零件14.5kg2388*2235*82.6)主軸18000r/min，進(jìn)給2.4～2.7m/min刀具直徑18～20mm第七十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二（2）汽車、摩托車工業(yè)領(lǐng)域高速加工中心將柔性生產(chǎn)線效率提高到組合機(jī)床生產(chǎn)線水平。（3）模具工具工業(yè)領(lǐng)域※刀具PCDCBN金屬陶瓷※可切削硬度60HRC或更高的材料※德國44%模具公司、日本30%模具公司※優(yōu)勢：◎提高了加工速度（周期短）◎高質(zhì)量表面（小進(jìn)給），省去修光工序。◎簡化工序（淬火后可切削）◎模具修復(fù)（可用原NC程序）第七十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二（4）超精密微細(xì)切削加工領(lǐng)域(a)石墨電機(jī)（b）氣輪機(jī)葉片（c）薄壁銅電機(jī)幾種典型零件的超高速加工【應(yīng)用案例】

第七十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二高速主軸（電主軸）快速進(jìn)給系統(tǒng)高性能的CNC控制系統(tǒng)先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)高速切削的工具系統(tǒng)3.4.3高速切削加工關(guān)鍵技術(shù)第七十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二1、高速主軸高速主軸（電主軸）精度高、振動小、噪音低、結(jié)構(gòu)緊湊3.4.3高速切削加工關(guān)鍵技術(shù)交流伺服電動機(jī)內(nèi)置式第七十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二主軸軸承陶瓷混合軸承軸承滾珠為氮化硅陶瓷；密度低，離心力??；彈性模量高，剛度大；摩擦系數(shù)低。

軸承潤滑：油脂潤滑、油霧潤滑、油氣潤滑等。氣浮軸承：高回轉(zhuǎn)精度、高轉(zhuǎn)速、低溫升，承載能力低。液體靜壓：運(yùn)動精度高，動態(tài)剛度大，有油升影響。磁浮軸承：間隙一般在0.1mm左右，允許更高轉(zhuǎn)速，達(dá)4.0*106以上，控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜。第七十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二2、快速進(jìn)給系統(tǒng)滾珠絲桿+伺服電機(jī)：加速度達(dá)0.6g，進(jìn)給速度達(dá)40-60m/min。直線電機(jī)：進(jìn)給速度可達(dá)160m/min，加速度可達(dá)2.5-10g。消除了機(jī)械傳動間隙和彈性變形，幾乎沒有反向間隙，是未來機(jī)床進(jìn)給傳動的基本形式。第七十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二直線電機(jī)結(jié)構(gòu)3基座4磁性軌道5直線電機(jī)6直線導(dǎo)軌7直線光柵8平臺9接口電纜10防護(hù)罩第七十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3、高性能的CNC控制系統(tǒng)快速響應(yīng)伺服控制，32/64位，多CPU，具有加速預(yù)插補(bǔ)、前饋控制、鐘形加減速、精確矢量補(bǔ)償和最佳拐角減速控制等功能。4、先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：床身足夠剛度、強(qiáng)度，高阻尼特性和熱穩(wěn)定性；立柱和底座整體結(jié)構(gòu)；使用高阻尼特性材料（聚合物混凝土）；防彈玻璃觀察窗。新型機(jī)床結(jié)構(gòu)：并聯(lián)機(jī)床結(jié)構(gòu)。第七十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二六桿并聯(lián)機(jī)床工作原理：機(jī)床主軸由六條伸縮桿支承，通過調(diào)整六桿長度，實(shí)現(xiàn)六個自由度運(yùn)動第七十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二5、高速切削的刀具系統(tǒng)對刀具系統(tǒng)要求：切削熱更多流向刀具，要求抗磨損；必須良好的平衡，可靠定位。刀具材料：硬質(zhì)合金涂層刀具、陶瓷刀具、聚晶金剛石刀具、立方氮花硼刀具。雙定位刀柄結(jié)構(gòu)：當(dāng)超過15000r/min時，離心力將使主軸錐孔擴(kuò)張，降低刀柄連接剛度；該結(jié)構(gòu)刀柄錐部和端面同時與主軸定位，軸向重復(fù)定位精度可達(dá)0.001mm。

第八十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二HSK型刀柄及其聯(lián)接結(jié)構(gòu)雙定位刀柄結(jié)構(gòu)：當(dāng)超過15000r/min時，離心力將使主軸錐孔擴(kuò)張，降低刀柄連接剛度；該結(jié)構(gòu)刀柄錐部和端面同時與主軸定位，軸向重復(fù)定位精度可達(dá)0.001mm。第八十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二高速磨削：最高磨削速度達(dá)500m/s（實(shí)驗(yàn)速度）；實(shí)際應(yīng)用磨削速度在100m/s-250m/s。高速磨削特點(diǎn)：若切除率不變，則單磨粒切削厚度降低，磨削力減?。痪S持原切削力，可提高進(jìn)給速度，降低加工時間，提高生產(chǎn)效率；可使粗精合而為一。3.4.3高速磨削加工第八十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二1、高速主軸

須配有連續(xù)自動動平衡裝置高速磨削關(guān)鍵技術(shù)：高速主軸動平衡系統(tǒng)1-信號傳送單元2-緊固發(fā)蘭盤3-內(nèi)裝電子驅(qū)動平衡塊4-磨床主軸

工作原理：進(jìn)行動平衡時，主軸的動不平衡振幅值由振動傳感器測出，動不平衡相位則通過裝在轉(zhuǎn)子內(nèi)的電子元件測量。相應(yīng)的電子控制信號驅(qū)動兩平衡塊做相對轉(zhuǎn)動，達(dá)到平衡第八十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二2、高速磨床結(jié)構(gòu)具有高動態(tài)精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性直線電機(jī)驅(qū)動高速平面磨床磨削速度達(dá)125m/s，工作臺往復(fù)運(yùn)動達(dá)1000st/min，是普通磨床的10倍第八十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3、高速磨削砂輪砂輪基體：必須考慮高速離心力作用；砂輪磨粒--立方氮化硼和金剛石。高速砂輪典型結(jié)構(gòu)腹板變截面等力矩結(jié)構(gòu)，無中心法蘭孔多個小螺孔安裝固定，降低法蘭孔應(yīng)力第八十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二4、冷卻潤滑液V液大于等于V砂：

潤滑效果好V液小于V砂：

清洗效果好a)V液大于V砂b)V液略大于V砂c)V液=V砂冷卻潤滑液出口流速的影響第八十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第五節(jié)快速原型制造技術(shù)

3.5.1RPM技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展3.5.2RPM技術(shù)原理3.5.3典型的RPM工藝方法3.5.4RPM技術(shù)的應(yīng)用第八十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二設(shè)計人員三維實(shí)體產(chǎn)品RPS分層切片數(shù)據(jù)文件CAD模型三維數(shù)字化儀等CAD造型系統(tǒng)80年代末RPM技術(shù)首先在美國問世；工業(yè)國家稱RPM技術(shù)是繼數(shù)控技術(shù)后又一場技術(shù)革命；我國92年進(jìn)入RPM領(lǐng)域；清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京隆源等單位在RMP設(shè)備、材料和軟件方面先后完成了開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化過程；我國RPM許多關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到或領(lǐng)先國際先進(jìn)水平。

3.5.1RPM技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展第八十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二

CAD模型建立STL文件生成分層切片?？焖俣逊e成型

RPS分層切片STL文件CAD模型三維數(shù)字化儀等CAD造型系統(tǒng)3.5.2RPM技術(shù)原理第八十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性層片粘接（LOM）選擇性激光燒結(jié)（SLS）熔融沉積成形（FDM）選擇性液體固化（SLA）3.5.3典型的RPM工藝方法第九十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性液體固化的基本原理將激光聚集到液態(tài)光固化材料（如光固化樹脂）表面逐點(diǎn)掃描，令其有規(guī)律地固化，由點(diǎn)到線到面，完成一個層面的建造。而后升降移動一個層片厚度的距離，重新覆蓋一層液態(tài)材料，進(jìn)行第二層掃描，再建造一個層面，第二層就牢固地粘貼到第一層上，由此層層迭加成為一個三維實(shí)體。第九十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性液體固化工藝(SLA)

SLA工藝于1984年獲美國專利，1988年美國3DSystem公司推出的商品化樣機(jī)SLA—1，是世界上第一臺快速原型技術(shù)成形機(jī)。立體光刻（SLA—StereoLithographyApparatus)又稱立體印刷光成形激光印刷光固化立體造型第九十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二SLA工藝成形的產(chǎn)品特點(diǎn)鼠標(biāo)外殼激

光樹脂原型照相機(jī)激光樹脂原型

SLA方法是目前快速成形技術(shù)領(lǐng)域中研究得最多最為成熟的方法。

SLA工藝成形的零件精度較高，能達(dá)到0.1mm；產(chǎn)品透明美觀，可直接做力學(xué)實(shí)驗(yàn)。但這種方法也有自身的局限性，比如需要支撐、樹脂收縮導(dǎo)致精度下降、光固化樹脂價格昂貴，有一定的毒性。選擇性液體固化工藝(SLA)第九十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性層片粘接的基本原理

采用激光或刀具對片材進(jìn)行切割。首先切割出工藝邊框和原型的邊緣輪廓線，而后將不屬于原型的材料切割成網(wǎng)格狀。片材表面事先涂覆上一層熱熔膠。通過升降平臺的移動和箔材的送給,并利用熱壓輥輾壓將后鋪的箔材與先前的層片粘接在一起，再切割出的層片。這樣層層迭加后得到下一個塊狀物，最后將不屬于原型的材料小塊剝除，就獲得所需的三維實(shí)體。第九十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性層片粘接（LOM）分層實(shí)體制造（(LaminatedObjectManufacturing--LOM)LOM工藝由美國Helisys公司于1986年研制成功。這種方法的代表是美國Helisys公司的LOM-1050和LOM-2030成形機(jī)，日本Kira公司的KSC-50成形機(jī)。選擇性層片粘接工藝第九十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二由于LOM工藝只須在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面，因此工藝簡單，成型速度快，易于制造大型零件；工藝過程中不存在材料相變，因此不易引起翹曲變形，零件的精度較高，激光切割為0.1mm，刀具切割為0.15mm；工件外框與截面輪廓之間的多余材料在加工中起到了支撐作用，所以LOM工藝無需加支撐；材料廣泛，成本低，用紙制原料還有利于環(huán)保；力學(xué)性能差，只適合做外形檢查。LOM產(chǎn)品的特點(diǎn)選擇性層片粘接（LOM）影片第九十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性激光燒結(jié)的基本原理

SLS工藝是利用粉末狀材料成形的。先在工作臺上鋪上一層有很好密實(shí)度和平整度的粉末，用高強(qiáng)度的CO2激光器在上面掃描出零件截面，有選擇地將粉末熔化或粘接，形成一個層面，利用滾子鋪粉壓實(shí)，再熔結(jié)或粘接成另一個層面并與原層面熔結(jié)或粘接，如此層層疊加為一個三維實(shí)體。第九十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二選擇性激光燒結(jié)（SLS）選擇性激光燒結(jié)(SLS)SelectiveLaserSintering激光熔結(jié)（LF）LaserFusion

選擇性激光燒結(jié)工藝由美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校于1989年研制成功，已被美國DTM公司商品化，推出SLSModel125成形機(jī)。影片第九十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二材料適應(yīng)面廣，不僅能制造塑料零件，還能制造陶瓷、蠟等材料的零件。特別是可以制造出能直接使用的金屬零件。2.SLS工藝不需加支撐，因?yàn)闆]有燒結(jié)的粉末起到了支撐的作用。SLS的產(chǎn)品特點(diǎn)3.

精度不高。平均精度為±0.15~±0.2mm，表面粗糙度不好，不宜做薄壁件。選擇性激光燒結(jié)（SLS）第九十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二熔融沉積成形的基本原理將熱熔性材料（ABS、尼龍或蠟）通過噴頭加熱器熔化；噴頭沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動，同時將熔化的材料擠出；材料迅速凝固冷卻后，與周圍的材料凝結(jié)形成一個層面；然后將第二個層面用同樣的方法建造出來，并與前一個層面熔結(jié)在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實(shí)體。第一百頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二熔融沉積成形(FDM)FusedDepositionModeling熔融擠壓成形

(MEM)MeltedExtrusionModeling熔融沉積成形工藝于1988年研制成功，后由美國Stratasys公司推出商品化的3DModeler1000和FDM1600等規(guī)格的系列產(chǎn)品。熔融沉積成型(FDM)第一百零一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二1.FDM工藝不用激光器件，因此使用、維護(hù)簡單，成本較低。2.精度可達(dá)±0.12mm，適合做薄壁件。3.污染小，材料可以回收。FDM的產(chǎn)品特點(diǎn)熔融沉積成型(FDM)第一百零二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二快速成形制造技術(shù)的基本概念快速成形（RP—RapidPrototyping

）是一種基于離散堆積成形思想的新型成形技術(shù)，是集成計算機(jī)、數(shù)控、激光和新材料等最新技術(shù)而發(fā)展起來的先進(jìn)的產(chǎn)品研究與開發(fā)技術(shù)?？焖俪尚沃圃?RPM—RapidPrototypingManufacturing）是使用RP技術(shù)，由CAD模型直接驅(qū)動的快速完成任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體零件的技術(shù)的總稱。第一百零三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二快速成形制造技術(shù)的應(yīng)用全球RP設(shè)備裝機(jī)量醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)分析模型快速模具快速鑄造第一百零四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二快速成形制造在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

根據(jù)CT掃描信息，應(yīng)用熔融擠壓快速成形的方法可以快速制造人體的骨骼（如顱骨、牙齒）和軟組織（如腎）等模型，可以進(jìn)行手術(shù)模擬、人體骨關(guān)節(jié)的配制，顱骨修復(fù)。在康復(fù)工程上，采用熔融擠壓制造的人體和肌體的結(jié)合部位能夠做到最大程度的吻合，減輕了假肢使用者的痛苦。第一百零五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二快速成形制造應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)分析模型上利用加工的樣品，找出新產(chǎn)品外觀&結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，完善設(shè)計。

利用加工出的樣品可以進(jìn)行裝配和功能驗(yàn)證。利用新產(chǎn)品樣件可先進(jìn)行市場調(diào)研，投標(biāo)、招標(biāo)。第一百零六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二快速成形制造在快速模具上的應(yīng)用第一百零七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二快速成形制造在快速鑄造上的應(yīng)用點(diǎn)擊看鑄件第一百零八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二CAD與RPM

利用三維實(shí)體產(chǎn)品模型，設(shè)計者在設(shè)計產(chǎn)品時可以直接在計算機(jī)上構(gòu)造三維物體，并從任意角度觀察物體。新的設(shè)計手段大大方便了設(shè)計人員。產(chǎn)品模型發(fā)展到實(shí)體模型，能較完整的表示一個三維物體。這為RP技術(shù)的產(chǎn)生準(zhǔn)備了條件，同時也提出了需求。第一百零九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二衛(wèi)星遙感地表高程數(shù)據(jù)重構(gòu)的地球三維快速原型反求工程與RPM下一頁第一百一十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第六節(jié)微細(xì)加工技術(shù)

3.6.1微機(jī)械及其特征3.6.2微細(xì)加工工藝方法3.6.3微細(xì)加工技術(shù)的發(fā)展與趨勢第一百一十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二微型機(jī)械加工或稱微型機(jī)電系統(tǒng)或微型系統(tǒng)是指可以批量制作的、集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路、甚至外圍接口、通訊電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。日本稱為微機(jī)械（Micromachine）美國稱為微型機(jī)電系統(tǒng)（Micro-Electro-MachanicalSystem），歐洲稱為微系統(tǒng)（Micro-System）3.6.1概述微型機(jī)械概念第一百一十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二微小機(jī)械1-10mm；微機(jī)械1μm-1mm；納米機(jī)械1nm-1μm。體積小、精度高、重量輕如直徑如發(fā)絲的齒輪、開動3mm大小的汽車、花生米大的飛機(jī)、在5mm2內(nèi)放置1000臺的微型發(fā)動機(jī)。性能穩(wěn)定、可靠性高微機(jī)械體積小，熱膨脹、噪聲、撓曲等影響小，具有抗干擾性，可在較差環(huán)境下穩(wěn)定的工作。能耗低、靈敏度、工作效率高不存在信號延遲問題，可進(jìn)行高速工作。消耗的能量遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)機(jī)械如5*5*0.7mm3微型泵流速是比其體積大得多的小型泵流量的1000倍。多功能和智能化集傳感器、執(zhí)行器、信號處理和電子控制電路為一體，易于實(shí)現(xiàn)多功能化和智能化。制造成本低類似半導(dǎo)體制造工藝。微型機(jī)械特點(diǎn)第一百一十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二微型機(jī)械加工技術(shù)是指制作為機(jī)械裝置的微細(xì)加工技術(shù)。起源于半導(dǎo)體制造工藝，原來指加工尺度約在微米級范圍的加工方式。微細(xì)加工技術(shù)概念3.6.2微細(xì)加工工藝方法第一百一十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二從基本加工類型看，微細(xì)加工可大致分四類:

分離加工——將材料的某一部分分離出去的加工方式，如分解、蒸發(fā)、濺射、破碎等；接合加工——同種或不同材料的附和加工或相互結(jié)合加工，如蒸鍍、淀積、摻入、生長、粘結(jié)等；變形加工——使材料形狀發(fā)生改變的加工方式，如塑性變形加工、流體變形加工等；材料處理或改性——如一些熱處理或表面改性等。第一百一十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二1、超微機(jī)械加工利用超小型機(jī)床制作毫米級以下的微機(jī)械零件難點(diǎn)：微型刀具制造、刀具姿態(tài)、加工基準(zhǔn)定位等單件加工，單件裝配，費(fèi)用高。微型超精密加工機(jī)床結(jié)構(gòu)示意圖為車、銑、磨、電火花加工的多功能微型加工機(jī)床，最小設(shè)定單位為1nm，單晶金剛石刀具，刀尖圓弧半徑為100nm左右第一百一十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二2、光刻加工用照相復(fù)印的方法將光刻掩模上的圖形印刷在涂有光致抗蝕劑的薄膜或基材表面，然后進(jìn)行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)定的圖形。氧化硅晶片表面形成一層氧化層；涂膠涂光致抗蝕劑；（1-5μm）曝光通過掩模曝光；顯影曝光部分溶解去除；腐蝕未被覆蓋部分腐蝕掉；去膠將光致抗蝕劑去除；擴(kuò)散--向需要雜質(zhì)的部分?jǐn)U散雜質(zhì)，以完成整個光刻加工過程。光刻加工工藝示例

第一百一十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二硅微細(xì)加工技術(shù)主要是指以硅材料為基礎(chǔ)制作各種微機(jī)械零部件。分為：體微機(jī)械加工表面微機(jī)械加工3、硅微細(xì)加工第一百一十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二體微機(jī)械加工技術(shù)是針對整塊材料通過刻蝕去除部分基體或襯底材料，從而得到所需元件的體構(gòu)形?？涛g工藝分為干法刻蝕和濕法刻蝕體微加工技術(shù)各向同性腐蝕：以相同速度對所有晶向進(jìn)行刻蝕；各向異性腐蝕：在不同晶面，以不同速率進(jìn)行刻蝕，利用晶格取向，可制作如橋、梁、薄膜等不同的結(jié)構(gòu)。第一百一十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二表面微機(jī)械加工技術(shù)就是利用集成電路中的平面化制造技術(shù)來制造微機(jī)械裝置如犧牲層技術(shù)

20世紀(jì)80年代美國U.C.Berkeley發(fā)明了表面犧牲層工藝，并采用該工藝制備了可動的微型靜電馬達(dá)。世界上第一個MEMS器件－微型靜電馬達(dá)表面微加工技術(shù)第一百二十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二表面微加工技術(shù)表面的加工一般采用光刻技術(shù)、再通過各種腐蝕工藝形成微結(jié)構(gòu)。（有選擇性的將抗腐蝕薄膜犧牲掉）在硅基片上淀積磷玻璃犧牲層材料；腐蝕犧牲層形成所需形狀；淀積和腐蝕結(jié)構(gòu)材料薄膜層；除去犧牲層就得到分離空腔微橋結(jié)構(gòu)。制作雙固定多晶硅橋工藝第一百二十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二獲得更復(fù)雜的三維微結(jié)構(gòu)，可以連續(xù)添加犧牲層和結(jié)構(gòu)層，并分別采用恰當(dāng)?shù)墓饪毯涂涛g技術(shù)。采用五層多晶硅工藝備的微型傳動結(jié)構(gòu)第一百二十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二4、LIGA技術(shù)LIGA技術(shù)是由制版、電鑄和微注塑工藝組成，是全新的三維立體微細(xì)加工技術(shù)。在光致抗蝕劑上生成曝光圖形實(shí)體；用曝光蝕刻的圖形實(shí)體作電鑄用胎膜，在胎膜上沉積金屬形成金屬微結(jié)構(gòu)件；用金屬微結(jié)構(gòu)件作為注塑模具注塑出所需的微型零件。LIGA工藝過程LIGA是德文的平版印刷術(shù)該工藝在80年代初創(chuàng)立于德國的卡爾斯魯厄原子核研究所，是為制造噴嘴而開發(fā)出來的。第一百二十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二b)組裝后的電磁驅(qū)動微馬達(dá)的SEM照片，由犧牲層和LIGA技術(shù)獲得，轉(zhuǎn)子直徑為150m，三個齒輪的直徑分別為77m,100m和150ma)LIGA工藝得到的三個鎳材料的微型齒輪，每個齒輪高100m威斯康星大學(xué)通過LIGA方法制作的微齒輪和組裝后的微馬達(dá)第一百二十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二電火花加工是利用工件和工具電極之間的脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬間高溫使工件材料局部熔化和氣化，從而達(dá)到蝕除的目的。電火花加工由于其非機(jī)械接觸的特點(diǎn)，因而適合于微細(xì)加工。5.微細(xì)電火花加工第一百二十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3.6.3微細(xì)加工技術(shù)的應(yīng)用誰來做

微電子生產(chǎn)裝備？第一百二十六頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二誰來做噴墨頭？標(biāo)準(zhǔn)噴墨打印頭噴墨面積14平方毫米噴嘴3072個直徑15微米打印時加熱器在十萬分之一秒內(nèi)升溫至三百多度，使噴嘴內(nèi)形成約100大氣壓由此從噴嘴中噴出直徑為20微米、體積為4微微升的墨滴，速度每秒24000滴這還只是微米技術(shù)第一百二十七頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二微器件第一百二十八頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二比螞蟻小許多的微齒輪第一百二十九頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二光交換機(jī)DWDM模塊以太網(wǎng)光纖全光開關(guān)波分復(fù)用器DWDM測試儀光通信元器件第一百三十頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二壓電傳感器制造壓力傳感器要用晶片的深度蝕刻共振壓力傳感器4吋晶片上的16000個傳感器微納制造應(yīng)用廣闊第一百三十一頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二轎車上的

微型傳感器用于加速度、光亮度、位置、溫度、濕度、扭矩、負(fù)荷、重量、空氣流量、氧氣含量等測量控制AnalogDevices公司截止2002年已制造出一億只MEMS加速度傳感器第一百三十二頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二第七節(jié)表面工程技術(shù)

3.7.1表面改性技術(shù)3.7.2表面覆層技術(shù)3.7.3復(fù)合表面處理技術(shù)第一百三十三頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二1、激光表面改性是以高能量的激光束快速掃描工件表面，升溫速度可達(dá)105-106oC/s，冷卻速度104oC/s,快速自冷淬火,比常規(guī)淬火硬度高15-20%，淬火變形非常小，表面無須保護(hù)。3.7.1表面改性技術(shù)激光表面改性裝置組成示意圖1-全反射鏡2-諧振腔3-部分反射鏡4-導(dǎo)光系統(tǒng)5-彎曲反射鏡6-聚光系統(tǒng)及保護(hù)氣通入7-x-y移動工作臺8-氣體交換裝置9-配電盤

10-冷卻裝置11-控制系統(tǒng)第一百三十四頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二2、電子束表面改性利用電子能深入金屬表面，與基體金屬原子核碰撞，使被處理金屬表層溫度迅速升高。加熱和冷卻速度快，能量密度大；為激光成本的1/3；結(jié)構(gòu)簡單；能量利用率高于激光；在真空工作，工件表面不易氧化；控制比激光容易。

電子束產(chǎn)生及工作示意圖1-工作臺2-加工室3-電磁透鏡4-陽極5-柵極6-燈絲7-電源8-電子束9偏轉(zhuǎn)線圈10-工件

第一百三十五頁，共一百四十八頁，編輯于2023年，星期二3、離子注入表面改性可注入任何元素，不受固溶度和擴(kuò)散系數(shù)影響；離子注入溫度易控制；不氧化、不變形、不軟化，可作最終處理工藝?？煽匦?、重復(fù)性好?？色@得兩層以上復(fù)合材料，復(fù)合層不易脫落。圖3-52離子注入裝置示意圖1-離子源2-質(zhì)量分析器3-高壓電極4-加速管5-聚焦電極6-X掃描電極7-Y掃描電極8-中性束9-式樣