先進加工工藝和工藝裝備

第10章先進加工工藝和工藝裝備

本章要點先進加工工藝可調(diào)夾具、組合夾具數(shù)控機床夾具先進加工工藝技術(shù)是指將原材料轉(zhuǎn)化成具有一定幾何形狀、一定材料性能和精度要求的可用零件的一切過程和方法的總稱?，F(xiàn)代社會，機器和儀器在結(jié)構(gòu)上所表現(xiàn)出的多樣性是機械制造中采用多種工藝的產(chǎn)物。當(dāng)代機械制造中采用幾千種工藝規(guī)程，從簡單的毛坯車削到電子焊接、零件表面層注入新材料、自動化裝配等。機械制造工藝可以歸結(jié)為兩大類：電子工藝和通用機械制造工藝。第10章先進加工工藝和工藝裝備

10.1.1先進加工工藝概述第10章先進加工工藝和工藝裝備

10.1.1先進加工工藝概述材料改性工藝及表面處理工藝聯(lián)接工藝成形工藝變形工藝切削工藝成形工藝主要指將不定形的原材料（塊狀、顆粒狀、液態(tài)或固態(tài)）轉(zhuǎn)化成所需要形狀的工藝變形工藝主要包括使工件的原始幾何形狀從一種狀態(tài)改變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，如鍛造、沖壓、軋制、擠壓、拉拔等。切削和磨削是傳統(tǒng)的機械加工方法，材料的切削是制造過程的主要內(nèi)容，幾乎占全部工藝勞動量的1/3以上。主要指將單個工件聯(lián)接成組件或最終產(chǎn)品，如機械聯(lián)接、焊接、粘接和裝配等工藝。是指不改變幾何形狀、僅改變工件材料性能，從而獲得所希望指標的工藝，如材料熱處理工藝等。非金屬材料成形聚合及橡膠材料成形陶瓷材料成形鑄造復(fù)合材料成形普通型砂鑄造特種鑄造壓力鑄造金屬型鑄造熔模鑄造離心鑄造陶瓷型鑄造粉末冶金成形工藝圖10.1成形工藝的分類第10章先進加工工藝和工藝裝備

退火重結(jié)晶退火（完全退火、擴散退火、球化退火）低溫退火（再結(jié)晶退火、去應(yīng)力退火）正火、淬火和回火表面淬火（感應(yīng)加熱、火焰加熱）化學(xué)熱處理（滲碳、氮化、碳氮共滲等）熱處理研磨、清洗、腐蝕、電鍍、化學(xué)鍍層、熱滲透真空鍍膜、氣相沉積、陽極氧化、化學(xué)沉積、生成處理、著色、噴涂、涂覆、涂層等其他表面處理材料改性工藝表面處理工藝圖10.2常用材料改性工藝及表面處理工藝方法第10章先進加工工藝和工藝裝備

第10章先進加工工藝和工藝裝備

10.1.2特種加工技術(shù)特種加工技術(shù)是指區(qū)別于傳統(tǒng)切削加工方法，利用化學(xué)、物理（電、聲、光、熱、磁）或電化學(xué)方法對工件材料進行加工的一系列加工方法的總稱。化學(xué)加工（CHM）、電化學(xué)加工（ECM）、電化學(xué)機械加工（ECMM）、電火花加工（EDM）、電接觸加工（RHM）、超聲波加工（USM）、激光加工（LBM）、離子束加工（IBM）、電子束加工（EBM）、等離子體加工（PAM）、電液加工（EHM）、磨料流加工（AFM）、磨料噴射加工（AJM）、液體噴射加工（HDM）及各類復(fù)合加工等。第10章先進加工工藝和工藝裝備

特種加工工藝主要用于各種高硬難熔及具有特殊物理機械性能的材料和精密細小、形狀復(fù)雜、難以用傳統(tǒng)切削加工工藝加工的零件。特種加工的特點：1）不用機械能，與加工對象的機械性能無關(guān)，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學(xué)加工等，是利用熱能、化學(xué)能、電化學(xué)能等，這些加工方法與工件的硬度強度等機械性能無關(guān)，故可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點、高強度、特殊性能的金屬和非金屬材料。2）非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。3）微細加工，工件表面質(zhì)量高，有些特種加工，如超聲、電化學(xué)、水噴射、磨料流等，加工余量都是微細進行，故不僅可加工尺寸微小的孔或狹縫，還能獲得高精度、極低粗糙度的加工表面。4）不存在加工中的機械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復(fù)合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用。6）特種加工對簡化加工工藝、變革新產(chǎn)品的設(shè)計及零件結(jié)構(gòu)工藝性等產(chǎn)生積極的影響。第10章先進加工工藝和工藝裝備

加工方法可加工材料尺寸精度/mm（平均/最高）表面粗糙度Ra/μm（平均/最高）主要適用范圍電火花加工任何導(dǎo)電的金屬材料，如硬質(zhì)合金、不銹鋼、淬火鋼、鈦合金0.03/0.00310/0.04從數(shù)微米的孔、槽到數(shù)米的超大型模具、工件等，如圓孔、方孔、異形孔、微孔、彎孔、深孔及各種模具；還可以刻字、表面強化、涂覆加工電火花線切割加工0.02/0.0025/0.32切割各種模具及零件，各種樣板等；也常用于鉬、鎢、半導(dǎo)體材料或貴重金屬的切割電解加工0.1/0.011.25/0.16從細小零件到上噸重的超大型工件及模具，如儀表微型軸、蝸輪葉片、炮管膛線等電解磨削0.02/0.0011.25/0.04硬質(zhì)合金等難加工材料的磨削以及超精光整研磨、珩磨超聲波加工任何脆性材料0.03/0.0050.63/0.16加工、切割脆硬材料，如玻璃、石英、寶石、金剛石、半導(dǎo)體等激光加工任何材料0.01/0.00110/1.25精密加工小孔、窄縫及成形加工、蝕刻；還可焊接、熱處理電子束加工0.01/0.00110/1.25在各種難加工材料上打微孔、切縫、蝕刻、焊接等，常用于中、大規(guī)模集成電路微電子器件離子束加工/0.01/0.01對零件表面進行超精密加工、超微量加工、拋光、蝕刻、鍍覆等常用特種加工方法的性能與適用范圍10.1.3微米/納米技術(shù)第10章先進加工工藝和工藝裝備

微米技術(shù)是指在微米級（0.1～100μm）的材料、設(shè)計、制造、測量、控制和應(yīng)用技術(shù)。從微米/納米技術(shù)研究的技術(shù)途徑亦可分為兩類：一種是分子、原子組裝技術(shù)的辦法，即把具有特定理化性質(zhì)的功能分子、原子、借助分子、原子內(nèi)的作用力，精細地組成納米尺度的分子線、膜和其他結(jié)構(gòu)，再由納米結(jié)構(gòu)與功能單元進而集成為微米系統(tǒng)，這種方法稱為由小到大的方法；另一種是用刻蝕等微細加工方法，將大的材料割小，或?qū)F(xiàn)有的系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路中應(yīng)用的制造技術(shù)，實現(xiàn)系統(tǒng)微型化，這種方法亦稱為由大到小的方法。從目前的技術(shù)基礎(chǔ)分析，由大到小的方法可能是我們主要應(yīng)用的方法。10.1.4快速成形工藝第10章先進加工工藝和工藝裝備

是直接根據(jù)產(chǎn)品CAD的三維實體模型數(shù)據(jù)，經(jīng)計算機處理后，將三維模型轉(zhuǎn)化為許多平面模型的迭加，再通過計算機控制、制造一系列平面模型并加以聯(lián)結(jié)，形成復(fù)雜的三維實體零件。快速成形技術(shù)具有以下特點1）高度柔性2）技術(shù)的高度集成3）設(shè)計制造一體化4）快速性5）自由成形制造6）材料的廣泛性a）b）傳統(tǒng)加工與快速成型比較模具模具設(shè)計鑄造焊接鍛壓毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工設(shè)計模具樣品快速成形第10章先進加工工藝和工藝裝備

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快速成形技術(shù)的應(yīng)用5）直接制造金屬型1）產(chǎn)品設(shè)計評估與功能測驗2）快速模具制造3）醫(yī)學(xué)上的仿生制造4）藝術(shù)品的制造快速成型過程噴粘結(jié)劑噴熱熔材料三維產(chǎn)品（樣品/模具）表面處理構(gòu)造三維模型模型近似處理切片處理激光噴射源固化樹脂切割箔材燒結(jié)粉末第10章先進加工工藝和工藝裝備

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10.1.5成組技術(shù)成組技術(shù)（GroupTechnology，簡稱GT）成組技術(shù)（GT）的基礎(chǔ)是相似性。相似性是指不同類型、不同層次的系統(tǒng)間存在的某些共同的物理、化學(xué)、幾何、生物學(xué)或功能等方面的具體屬性或特征?！跋嗨啤笔侵笇傩曰蛱卣飨嗤跀?shù)值上有差別的現(xiàn)象。成為進一步發(fā)展計算機輔助設(shè)計（ComputerAidedDesign，簡稱CAD）、計算機輔助工藝過程設(shè)計（ComputerAidedProcessPlanning，簡稱CAPP）、計算機輔助制造（ComputerAidedManufacturing，簡稱CAM）等方面的重要的技術(shù)基礎(chǔ)。第10章先進加工工藝和工藝裝備

本章要點先進加工工藝可調(diào)夾具、組合夾具數(shù)控機床夾具10.2可調(diào)夾具、組合夾具第10章先進加工工藝和工藝裝備

10.2.1可調(diào)夾具通用可調(diào)夾具和成組夾具

圖10.4鉆軸類零件徑向孔的通用可調(diào)夾具1—移動鉆模板2—夾緊手柄3—杠桿壓板4—壓板支座5—軸向擋板6—V型塊7—附加移動鉆模板8—軸向定程螺釘圖10.7成組可調(diào)鉆模1—夾具體2—可換盤3—鉆模板組件4—壓板第10章先進加工工藝和工藝裝備

圖10.6按零件相似性分組通用可調(diào)夾具和成組夾具

圖10.5萬能可調(diào)液壓虎鉗1—傳動裝置2—夾具體3—鉗口4—操縱閥第10章先進加工工藝和工藝裝備

10.2.2拼拆式夾具拼拆式夾具是將標準化的、可互換的零部件裝在基礎(chǔ)件上或直接裝在機床工作臺上，并利用調(diào)整件裝配而成。調(diào)整件有標準的或?qū)Ｓ玫?，它是根?jù)被加工零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計的。當(dāng)某種零件加工完畢，即把夾具拆開，將這些標準零部件放入倉庫中，以便重復(fù)用于裝配成加工另一零件的夾具。這種夾具是通過調(diào)整其活動部分和更換定位元件的方式重新調(diào)整的。圖10.8拼裝專用夾具1—壓緊螺釘2、3—鉸鏈壓板4—U形夾具體5—鉆腳6、7—定位銷8—浮動壓塊圖10.7成組可調(diào)鉆模1—夾具體2—可換盤3—鉆模板組件4—壓板圖10.8所示便是一種拼裝專用夾具，由于采用的元件（包括夾具體）全部是標準元件，由專業(yè)制造廠提供，因而夾具設(shè)計工作只需要簡單地表示出各元件的相互裝配位置。圖拼拆式夾具的零部件的結(jié)構(gòu)特點是能多次使用，零部件有很高的通用性，當(dāng)需要重新裝配加工某種零件時，調(diào)整工作簡單。第10章先進加工工藝和工藝裝備

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10.2.3組合夾具組合夾具是由一套預(yù)先制好的各種不同形狀、不同規(guī)格、不同尺寸、具有完全互換性和高耐磨性、高精度的標準元件及合件，按照不同工件的工藝要求，組裝成加工所需的夾具。使用完畢后，可方便地拆散，洗凈后將其存放，并分類保管，以便下次組裝另一形式的夾具。如此周而復(fù)始地循環(huán)下去，直至組合夾具元件用到磨損極限而報廢為止。在正常情況下，組合夾具元件能使用15年左右。組合夾具把專用夾具從設(shè)計

制造

使用

報廢的單向過程，改變?yōu)榻M裝

使用

拆卸

再組裝

再拆卸的循環(huán)過程

第10章先進加工工藝和工藝裝備

1）靈活多變2）節(jié)約大量設(shè)計、制造工時及金屬材料消耗。3）減少夾具庫存面積，改善管理工作。4）組合夾具的不足之處為，與專用夾具相比，一般顯得體積較大、重量較重、剛性也稍差些。特點圖10.9組合夾具組裝與分解圖1—基礎(chǔ)件2—支承件3—定位件4—導(dǎo)向件5—夾緊件6—緊固件7—其它件8—合件第10章先進加工工藝和工藝裝備

類

別精

度

項

目每100mm上精度/mm一

般

精

度提

高

精

度鉆床夾具鉆鉸兩孔間距離誤差±0.10±0.05鉆鉸兩孔的平行度誤差0.100.03鉆鉸兩孔的垂直度誤差0.100.03鉆鉸上、下兩孔的同軸度誤差0.030.02鉆鉸圓周孔角度誤差±5ˊ±1ˊ鉆鉸圓周孔圓角直徑距離誤差±0.10±0.03鉆鉸孔與底面垂直度誤差0.100.03鉆鉸斜孔的角度誤差±10ˊ±5ˊ鏜床夾具鏜兩孔的孔距誤差±0.10±0.02鏜兩孔的平行度誤差0.040.01鏜兩孔的垂直度誤差0.050.02鏜前后兩孔的同軸度誤差0.030.01銑刨夾具加工斜面與斜孔的角度誤差8ˊ2ˊ加工平面的平行度誤差0.050.03磨床夾具磨斜面的角度誤差5ˊ1ˊ磨兩面的平行度誤差0.030.015磨孔與平面的垂直度誤差0.030.015磨孔與基面的距離誤差±0.02±0.01車床夾具加工孔與孔之間距離誤差±0.05±0.02加工孔面與基準平面的平行度誤差0.050.02加工孔與基準平面的垂直度誤差0.030.02組合夾具可達到的加工精度第10章先進加工工藝和工藝裝備

組合夾具的元件圖10.11組合夾具的標準元件和組件圖第