機(jī)械制造基礎(chǔ)課件 項(xiàng)目十一 簡(jiǎn)要了解現(xiàn)代制造技術(shù)

項(xiàng)目十一簡(jiǎn)要了解現(xiàn)代制造技術(shù)【項(xiàng)目概述】

由于各種新材料、新結(jié)構(gòu)、形狀復(fù)雜的精密機(jī)械零件大量涌現(xiàn)，對(duì)機(jī)械制造業(yè)提出了一系列迫切需要解決的新問(wèn)題，傳統(tǒng)的加工方法已經(jīng)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)的要求，采用傳統(tǒng)加工方法十分困難，甚至無(wú)法加工，因此各種先進(jìn)加工方法和特種加工技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生，并不斷獲得發(fā)展。本項(xiàng)目主要介紹了幾種常見(jiàn)的特種加工方法：電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工的工作原理及其應(yīng)用場(chǎng)合。3D打印技術(shù)分類(lèi)、應(yīng)用及特點(diǎn)。【教學(xué)目標(biāo)】

1：能力目標(biāo)：通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解常用的特種加工方法的種類(lèi)及適用范圍。對(duì)3D打印技術(shù)有一個(gè)初步的了解。

2：知識(shí)目標(biāo)：了解特種加工的概念、特點(diǎn)，電火花、線(xiàn)切割的工作原理及應(yīng)用，3D打印技術(shù)分類(lèi)、工作原理、特點(diǎn)。任務(wù)一了解特種加工技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)

知識(shí)模塊1特種加工簡(jiǎn)介

特種加工，即將電、磁、聲、光、化學(xué)等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料切除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法統(tǒng)稱(chēng)為特種加工。知識(shí)模塊2特種加工的特點(diǎn)

1.不用機(jī)械能，與加工對(duì)象的機(jī)械性能無(wú)關(guān)。

2.非接觸加工。

3.微細(xì)加工，工件表面質(zhì)量高。

4.不存在加工中的機(jī)械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變

5.兩種或兩種以上的不同類(lèi)型的能量可相互組合形成新的復(fù)合加工知識(shí)模塊3特種加工方法的分類(lèi)特種加工方法的分類(lèi)見(jiàn)表11-1所示。

任務(wù)二了解常用的幾種特種加工方法

知識(shí)模塊1數(shù)控電火花線(xiàn)切割加工

1電火花線(xiàn)切割加工的基本原理（如圖11-1所示）

2、數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床的分類(lèi)根據(jù)電極絲的運(yùn)行速度和運(yùn)轉(zhuǎn)方式，數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床可分為以下三類(lèi)：高速走絲線(xiàn)切割機(jī)床（WEDM－HS）低速走絲線(xiàn)切割機(jī)床（WEDM－LS）自旋轉(zhuǎn)式數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床

3、數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床的組成如圖11-2和圖11-3所示，數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床主要由機(jī)床本體、脈沖電源、工作液循環(huán)系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和機(jī)床附件等組成。圖11-2高速走絲線(xiàn)切割裝置示意圖

圖11-3低速走絲線(xiàn)切割裝置示意圖動(dòng)畫(huà)\線(xiàn)切割.flv3.2數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的主要作用是在電火花線(xiàn)切割加工過(guò)程中，按加工程序要求自動(dòng)控制電極絲與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡和進(jìn)給速度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加工。數(shù)控系統(tǒng)的主要功能:

（1）軌跡控制功能通過(guò)插補(bǔ)運(yùn)算，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給，精確控制電極絲與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，切割出符合形狀、尺寸要求的零件。（2）加工控制功能

①進(jìn)給控制②短路退回③間隙補(bǔ)償④圖形的縮放、旋轉(zhuǎn)和平移⑤適應(yīng)控制⑥自動(dòng)找中心⑦信息顯示⑧自診斷功能等。知識(shí)模塊2電火花成型加工

1加工原理電火花成型加工原理如圖11-5所示。在工具電極4和工件1之間接一脈沖電源2，利用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置3使工具電極與工件始終保持一很小的放電間隙，在脈沖電流的作用下，產(chǎn)生火花放電。

圖11-6電火花成型加工原理2、數(shù)控電火花成型加工機(jī)床數(shù)控電火花成型加工機(jī)床是一種高精度的自動(dòng)化加工機(jī)床。如圖11-6所示，它由機(jī)床本體、脈沖電源、數(shù)控系統(tǒng)、工作液循環(huán)系統(tǒng)等組成。圖11-7數(shù)控電火花成型加工機(jī)床示意圖動(dòng)畫(huà)\電火花加工.flv動(dòng)畫(huà)\電火花加工原理.swf知識(shí)模塊3激光加工

1.激光激光（Laser，即LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的縮寫(xiě)）意思是利用受激輻射而得到的加強(qiáng)光。激光的特點(diǎn)：具有強(qiáng)度高、單色性好、相干性好和方向性好的基本特性。例如人工晶體紅寶石基本成分是氧化鋁，其中摻雜0.05%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的氧化鉻，鉻離子就可以發(fā)射激光。2.激光的加工原理由于激光的強(qiáng)度高、方向性好、顏色單純，可以通過(guò)一系列的光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦成一個(gè)極小的光斑（直徑僅有幾微米到幾十微米），獲得108～1010W/mm2的能量密度和10000℃以上的高溫，從而能在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)，使各種物質(zhì)熔化和氣化，以達(dá)到蝕除被加工工件材料的目的。3.激光的加工特點(diǎn)及應(yīng)用激光加工大多數(shù)基于光對(duì)非透明體材料的作用過(guò)程，其特點(diǎn)如下:

（1）激光的光斑小，能進(jìn)行非常細(xì)微的加工。（2）激光的能量密度高，適用于用其他方法難加工的材料。（3）激光加工時(shí)，激光槍體與工件不接觸，加工變形小，熱變形也小。（4）激光能穿過(guò)透明體進(jìn)行加工。（5）激光加工與電子束加工相比，不需要真空，也不需要對(duì)X射線(xiàn)進(jìn)行防護(hù)。因此激光裝置簡(jiǎn)單，工作性能良好。4.激光的種類(lèi)激光根據(jù)其所用的發(fā)光材料不同，可分為固體激光、氣體激光、液體激光和半導(dǎo)體激光等。5.CO2激光切割機(jī)目前工業(yè)生產(chǎn)中用于大量切割加工的激光切割機(jī)，大多采用CO2氣體激光器，而各種細(xì)微、精密零件的切割加工則大多采用YAG固體激光器。

圖11-9軸流式CO2激光器組成示意圖1—激光束、2—冷卻水、3—反射鏡、4—聚焦透鏡、5—壓縮空氣、6—割嘴圖11-10激光割炬結(jié)構(gòu)示意圖知識(shí)模塊4電解加工1、電解加工原理電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽(yáng)極溶解的電化學(xué)反應(yīng)原理，將金屬材料加工成形的一種方法。動(dòng)畫(huà)\激光加工.flv圖11-11電解加工裝置示意圖知識(shí)模塊5超聲波加工1、超聲波加工的工作原理超聲波加工是利用超聲頻(10～25kHz)振動(dòng)的工具端面沖擊工作液中的懸浮磨料，由磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工件加工的一種方法。

圖11—12超聲波加工的工作原理動(dòng)畫(huà)\超聲波加工原理.avi2、超聲波加工的特點(diǎn)及應(yīng)用（1）材料的去除是靠極小的磨料蝕除，因而加工效率不高。（2）能獲得較好的加工質(zhì)量，一般尺寸精度可達(dá)0.05～0.01mm，表面粗糙度可達(dá)Ra0.4～0.1μm。（3）超聲波加工適宜加工各種硬脆材料，特別是電火花加工和電解加工難以加工的不導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料，如玻璃、陶瓷、硅晶體、寶石、金剛石、石英等。（4）屬無(wú)屑加工，無(wú)污染。（5）在加工難切割材料時(shí)，將超聲振動(dòng)與其它加工方法相結(jié)合可以取長(zhǎng)補(bǔ)短，起到提高加工效率、加工精度及工件表面質(zhì)量等效果。適宜超聲波加工的工件表面有各種型孔、型腔及成型表面等，還可以進(jìn)行材料的切割。

動(dòng)畫(huà)\電解加工.avi任務(wù)三了解3D打印技術(shù)知識(shí)模塊13D打印技術(shù)的概念和原理3D打印技術(shù)又稱(chēng)“增材制造”誕生于20世紀(jì)80年代后期，源自美國(guó)研究照相雕塑和地貌成型技術(shù)，是一種與傳統(tǒng)材料去除加工方法相反，基于三維數(shù)字模型的，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料采用逐層制造方式將材料結(jié)合起來(lái)的工藝。目前應(yīng)用較多的3D打印技術(shù)主要包：括光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結(jié)（SLS）和三維噴印（3DP）等。知識(shí)模塊2光固化立體印刷（SLA）

該技術(shù)以光敏樹(shù)脂為打印材料，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制紫外激光的運(yùn)動(dòng)，沿著零件各分層截面對(duì)液體光敏樹(shù)脂逐點(diǎn)掃描，被掃描的光敏樹(shù)脂薄層產(chǎn)生聚合而固化，而未被掃描到的光敏樹(shù)脂仍保持液態(tài)。當(dāng)一層固化完畢，工作臺(tái)移動(dòng)一個(gè)層片厚度的距離，然后在上一層已經(jīng)固化的樹(shù)脂表面再覆蓋一層新的液態(tài)樹(shù)脂，用以進(jìn)行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環(huán)往復(fù)，直到整個(gè)零件原型制造完畢。知識(shí)模塊3熔融沉積制造（FDM）該技術(shù)把絲狀的熱熔性材料（ABS樹(shù)脂、尼龍、蠟等）加熱熔化到半流體態(tài)，在計(jì)算機(jī)的控制下，根據(jù)截面輪廓信息，噴頭將半流態(tài)的材料擠壓出來(lái)，凝固后形成輪廓的薄層。一層完畢后，工作臺(tái)下降一個(gè)分層厚度的高度再成型下一層進(jìn)行固化。這樣層層堆積黏結(jié)，自上而下形成一個(gè)零件的整體造型。FDM成型的零件強(qiáng)度好，易于裝配。知識(shí)模塊4選擇性激光燒結(jié)（SLS）預(yù)先在工作臺(tái)上鋪設(shè)塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復(fù)合物的粉末，激光束在計(jì)算機(jī)控制下，通過(guò)掃描器以一定的速度和能量密度按層進(jìn)行二維數(shù)據(jù)掃描；固化后工作臺(tái)下降一個(gè)分層厚度，再次鋪粉，開(kāi)始一個(gè)新的循環(huán)，通過(guò)層層堆積獲得實(shí)體零件。該技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、打印材料選擇范圍廣。知識(shí)模塊5三維噴?。?DP）

是一種利用微滴噴射技術(shù)的打印技術(shù)，通過(guò)噴射黏結(jié)劑將