精密机械制造技术5非典型加工与先进制造技术

1、LOGO*1LOGO一、计算机集成制造系统一、计算机集成制造系统（）（）二、智能制造系统二、智能制造系统（）（）三、精良生产三、精良生产（）（）四、敏捷制造四、敏捷制造（）（）*2LOGO科学技术的发展提出了许多传统切削加科学技术的发展提出了许多传统切削加工方法难以胜任的制造任务。工方法难以胜任的制造任务。非传统加工法正是为完成这些制造任务非传统加工法正是为完成这些制造任务产生和发展起来的。产生和发展起来的。*3LOGOv特种加工是利用特种加工是利用、（电、声、（电、声、光、热、磁）、光、热、磁）、的方法对材料进行加的方法对材料进行加工的工的v特种加工能解决大量的普通机械加工方法特种加工能解决

2、大量的普通机械加工方法难以解决甚至不能解决的问题难以解决甚至不能解决的问题*4LOGOv 化学加工（化学加工（CHM）v 电化学加工（电化学加工（ECM）v 电化学机械加工（电化学机械加工（ECMM）v 电火花加工（电火花加工（EDM）v 电接触加工（电接触加工（RHM）v 超声波加工（超声波加工（USM）v 激光束加工（激光束加工（LBM）v 离子束加工（离子束加工（IBM）v 电子束加工（电子束加工（EBM）v 等离子体加工（等离子体加工（PAM）v 电液加工（电液加工（EHM）v 磨料流加工（磨料流加工（AFM）v 磨料喷射加工（磨料喷射加工（AJM）v 液体喷射加工（液体喷射加工（HD

3、M）v以及各种复合加工以及各种复合加工*5LOGO一、电火花加工一、电火花加工1.电火花加工原理电火花加工原理v利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件的表面材料来实现加工。的高温熔蚀工件的表面材料来实现加工。v图图6-1为电火花加工装置原理图。为电火花加工装置原理图。*6LOGO2.电火花加工机床的组成电火花加工机床的组成由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本体及工作液循环过滤系统等。体及工作液循环过滤系统等。电火花加工的电源应选择电火花加工的电源应选择直流脉冲电源直流脉冲电源，以形成明显的以形成明显

4、的极效应极效应。v图图6-2是线切割机床的工作原理图是线切割机床的工作原理图*7LOGOv电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加工，不受材料的强度、硬度、脆性、韧性及熔工，不受材料的强度、硬度、脆性、韧性及熔点的影响；点的影响；v加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小孔、窄缝的加工；孔、窄缝的加工；*8LOGOv可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的一次成形；一次成形；v可以用来进行切断、切割，以及表面强化、刻可以用来进行切断、切割，以及表面强化、刻写、打印铭牌和标记等

5、。写、打印铭牌和标记等。缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热影响层等。影响层等。*9LOGO1.电解加工原理电解加工原理 电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。v图图6-3为电解加工的工作原理图。为电解加工的工作原理图。*10LOGO2.电解加工设备的组成电解加工设备的组成由机床本体、电源和电解液系统等部由机床本体、电源和电解液系统等部分组成。分组成。*11LOGO工作电压低，电流大；不受加工材料的硬工作电压低，电

6、流大；不受加工材料的硬度、强度、韧性的限制，可加工多种难切削金属度、强度、韧性的限制，可加工多种难切削金属材料；加工效率比电火花成形加工高材料；加工效率比电火花成形加工高510倍；无倍；无机械切削或切削热；平均加工公差可达机械切削或切削热；平均加工公差可达0.1mm；附属设备多，占地面积大，造价高；电解液腐蚀附属设备多，占地面积大，造价高；电解液腐蚀机床，易污染环境。机床，易污染环境。 *12LOGO1.激光加工概述激光加工概述激光特征：激光特征：亮度高亮度高、方向性好方向性好、单色性好单色性好、相干性好相干性好-利用光学系统可聚焦称极小的光斑，利用光学系统可聚焦称极小的光斑，获得极高能量密度

7、和极高的温度。获得极高能量密度和极高的温度。 影响激光加工的因素：输出功率与照射时影响激光加工的因素：输出功率与照射时间；焦距、发散角与焦点位置；照射次数；工件间；焦距、发散角与焦点位置；照射次数；工件材料等。材料等。v图图6-4为激光加工机示意图为激光加工机示意图*13LOGO2.激光加工机的组成激光加工机的组成激光加工机通常由激光器、电源、光学激光加工机通常由激光器、电源、光学系统和机械系统组成。系统和机械系统组成。*14LOGO3.激光加工的特点激光加工的特点不需要加工工具；激光束功率密度高，几乎不需要加工工具；激光束功率密度高，几乎可以加工任何难加工的材料；工件无受力变形；激可以加工任

8、何难加工的材料；工件无受力变形；激光打孔、切割的速度很高，加工部位材料几乎不受光打孔、切割的速度很高，加工部位材料几乎不受切削热的影响，热变形小；激光切割的切缝窄，切切削热的影响，热变形小；激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。割边缘质量好。*15LOGO利用工具端面作超声频振动，使工作液中的利用工具端面作超声频振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。v超声波加工适合于超声波加工适合于加工各种硬脆材料加工各种硬脆材料，特别是不，特别是不导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝石、金刚石等。石、金刚

9、石等。v图图6-56-5为超声波加工的原理图为超声波加工的原理图*16LOGO1.电子束加工原理电子束加工原理分为电子束热加工和电子束化学加工分为电子束热加工和电子束化学加工利用电子束的热效应来实现加工的。如电子利用电子束的热效应来实现加工的。如电子束熔炼、电子束焊接、电子束打孔等（图束熔炼、电子束焊接、电子束打孔等（图5-1）*17LOGO功率密度非常低的电子束照射到工件表面功率密度非常低的电子束照射到工件表面（高分子材料），入射电子与高分子相碰撞，使分（高分子材料），入射电子与高分子相碰撞，使分子链断裂或重新聚合，从而使高分子材料的分子量子链断裂或重新聚合，从而使高分子材料的分子量和化学性

10、质发生变化，这就是电子束的化学效应。和化学性质发生变化，这就是电子束的化学效应。利用该效应可以进行化学加工。利用该效应可以进行化学加工。*18LOGO2.电子束加工设备主要由以下四部分组成：电子束加工设备主要由以下四部分组成：由电子发射阴极、控制栅极：由电子发射阴极、控制栅极和加速阳极组成，电子枪用来发射高速电子，和加速阳极组成，电子枪用来发射高速电子，并初步聚焦，使电子加速。并初步聚焦，使电子加速。：由聚焦装置、偏转装置和工作：由聚焦装置、偏转装置和工作台位移装置等组成。台位移装置等组成。*19LOGO：形成真空环境。电子高速运动、：形成真空环境。电子高速运动、发射阴极不被氧化以及被加工表面

11、不被氧化发射阴极不被氧化以及被加工表面不被氧化等，均需要真空环境。等，均需要真空环境。：提供各种控制电压和加速电压。：提供各种控制电压和加速电压。*20LOGO-光刻胶是高分子材料，按规定图形光刻胶是高分子材料，按规定图形对光刻胶进行电子束照射就会产生潜像。再将它浸对光刻胶进行电子束照射就会产生潜像。再将它浸入适当的溶剂中，由于照射部分和未照射部分材料入适当的溶剂中，由于照射部分和未照射部分材料的分子量不同，溶解速度不一样，就会使潜像显影的分子量不同，溶解速度不一样，就会使潜像显影出来。出来。（图（图6-7）：）：*21LOGOv不锈钢、耐热钢、合金钢、陶瓷、玻璃和宝石等不锈钢、耐热钢、合金钢

12、、陶瓷、玻璃和宝石等难加工材料的圆孔、异形孔和窄缝的加工，最小难加工材料的圆孔、异形孔和窄缝的加工，最小孔径可达孔径可达0.020.003mm。v用来焊接难溶金属、化学性能活泼的金属，以及用来焊接难溶金属、化学性能活泼的金属，以及碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。v细微加工的光刻。细微加工的光刻。*22LOGO在真空条件下，利用惰性气体离子在电在真空条件下，利用惰性气体离子在电场中加速而形成的高速离子流来实现微细加场中加速而形成的高速离子流来实现微细加工的工艺方法。工的工艺方法。v离子束加工是一种新兴的细微加工方法，离子束加工是一种新兴的细微加工方法，在亚微米至纳

13、米级精度的加工中很有发展前在亚微米至纳米级精度的加工中很有发展前途。途。*23LOGO：离子聚焦成细束：离子聚焦成细束状，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，状，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，实现原子或离子与母材的分离。实现原子或离子与母材的分离。：离子被加速，打：离子被加速，打在靶材上，靶材分离出原子或分子，附着在靶材上，靶材分离出原子或分子，附着到工件表面形成镀膜。到工件表面形成镀膜。*24LOGO：用高能离子轰击工用高能离子轰击工件表面，将离子打入工件表层，其电荷被中和，件表面，将离子打入工件表层，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间原子，留在工件表层，从成为置换原子或晶格间原子，留在工

14、件表层，从而改变了工件表层的材料成分和性能。而改变了工件表层的材料成分和性能。*25LOGO1.概述概述20世纪世纪80年代中期发展起来的一种新技术年代中期发展起来的一种新技术-传统的加工方法是传统的加工方法是“去除去除”材料，而快速成形技材料，而快速成形技术则采用术则采用“增加增加”材料。材料。2.快速光造影系统（快速光造影系统（SLA）SLA组成：组成：CAD/CAM系统、光学系统及扫系统、光学系统及扫描控制系统、光敏树脂、树脂容器及升降工作台以描控制系统、光敏树脂、树脂容器及升降工作台以及后固化装置等组成。及后固化装置等组成。*26LOGO3.其他类型的快速成形系统其他类型的快速成形系统v图图a采用塑料作原料，零件按照每层的形状由热采用塑料作原料，零件按照每层的形状由热熔塑料堆砌而