第3章先进制造工艺_先进制造技术课件

1、1超精密加工技术特种加工技术的特点几种快速原型制造技术 高速加工关键技术 绿色加工技术及其应用23先进制造工艺技术是指研究与物料处理过程和物料直接相关的各项技术，要求实现优质、高效、低耗、清洁和灵活。 灵活4先进制造工艺技术的内容 表3-1精密加工的尺寸精度和表面粗糙度尺寸精度尺寸精度/m表面粗糙度表面粗糙度/m精密加工精密加工3 30.30.30.3 30.030.03超精密加工（亚微米加工）超精密加工（亚微米加工）0.3 30.030.030.3 30.0050.005纳米加工纳米加工0.030.0055 67超精密加工技术是指被加工零件的尺寸精度高于0.1m，表面粗糙度Ra在0.10.0

2、25m之间，以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。目前，超精密加工从单一的金刚石车削，到现代的超精密磨削、研磨、抛光等多种方法的综合运用，已成为现代制造技术中的一个重要组成部分。超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理，超精密加工的设备制造技术，超精密加工工具及刃磨技术，超精密测量技术和误差补偿技术，超精密加工工作环境等。 8图3-1 精密加工与超精密加工的发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机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比

3、较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份9。“进化”加工原则背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒内进行，与传统切削机理完全不同。微量切削机理特种加工与复合加工方法应用越来越多传统切削与磨削方法存在加工精度极限，超越极限需采用新的方法。q 精密与超精密加工特点10要达到加工要求，需综合考虑工件材料、加工方法、加工设备与工具、测试手段、工作环境等诸多因素，是一项复杂的系统工程，难度较大。形成综合制造工艺广泛采用计算机控

4、制、适应控制、在线检测与误差补偿技术，以减小人的因素影响，保证加工质量。与自动化技术联系紧密精密与超精密加工设备造价高，难成系列。常常针对某一特定产品设计（如加工直径3m射电天文望远镜的超精密车床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工设备）。与高新技术产品紧密结合加工与检测一体化精密检测是精密与超精密加工的必要条件，并常常成为精密与超精密加工的关键。11结合加工 分类 加工机理 加工方法示例去除加工电物理加工 电火花加工（电火花成形，电火花线切割）电化学加工 电解加工、蚀刻、化学机械抛光力学加工 切削、磨削、研磨、抛光、超声加工、喷射加工热蒸发（扩散、溶解） 电子束加工、激光加工附着加工注入加

5、工化学 化学镀、化学气相沉积电化学 电镀、电铸热熔化 真空蒸镀、熔化镀化学 氧化、氮化、活性化学反映电化学 阳极氧化热熔化 掺杂、渗碳、烧结、晶体生长力物理 离子注入、离子束外延连续加工热物理 激光焊接、快速成形化学 化学粘接变形加工热流动 精密锻造、电子束流动加工、激光流动加工粘滞流动 精密铸造、压铸、注塑分子定向 液晶定向表3-2 精密与超精密加工分类12波及工件内层，可获得高精度和好表面质量照像机塑料镜片、树脂隐形眼镜镜片等应用机理、特点13加工设备关键技术图7-18 Moore金刚石车床回转工作台工件刀具主轴传动带主轴电机空气垫刀具夹持器14车床主轴装在横向滑台（X轴）上，刀架装在纵向

6、滑台（Z轴）上。可解决两滑台的相互影响问题，而且纵、横两移动轴的垂直度可以通过装配调整保证，生产成本较低，已成为当前金刚石车床的主流布局。 图7-19 T形布局的金刚石车床X轴滑台主轴刀架光路护罩基座z轴滑台周缘护板T形布局（图7-19）15金刚石车床主要性能指标（表7-5）数控系统分辩率 /m40020050001000050000. 10.010. 2/1000. 10. 11/1502/100径向1140轴向1020640720最大车削直径和长度 /mm最高转速 r/mm最大进给速度mm /min重复精度(2) / m主轴径向圆跳动 / m滑台运动的直线度 / m主轴前静压轴承（100m

7、m）的刚度 /（N/m）主轴后静压轴承（80mm）的刚度 /（N/m）纵横滑台的静压支承刚度 /（N/m）表7-5 金刚石车床主要性能指标主轴轴向圆跳动 / m横滑台对主轴的垂直度 / m16金刚石车床加工4.5mm陶瓷球图3-2 金刚石车床及其加工照片1718北京机床研究所研制哈尔滨工业大学研制国产数控超精密金刚石车床国产数控超精密金刚石车床19 国外金刚石刀具刃口半径可达纳米级水平。国外金刚石刀具刃口半径可达纳米级水平。日本大阪大学与美国日本大阪大学与美国LLLLLL实验室合作研究的实验室合作研究的超精密切削的最小极限，在刀具极锋锐和超精密切削的最小极限，在刀具极锋锐和机床工作状态最佳情况

8、下，可以实现切削机床工作状态最佳情况下，可以实现切削厚度纳米级的连续稳定切削。厚度纳米级的连续稳定切削。20 在工具和模具制造中，磨削是保证产品的精度和质量的最后一道工作序。技术关键除磨床外、磨削工艺也起决定性作用。在磨削脆性材料时，由于材料本身的物理特性，切屑形成多为脆性断裂，磨削后的表面比较粗糙。在80年代末日本和欧美的众多公司和研究机构研发了两种新的磨削工艺：塑性磨削塑性磨削（Ductile Grinding)和镜面镜面磨削磨削（Mirror Grinding)21塑性磨削塑性磨削22镜面磨削镜面磨削23进给图3-3 ELID磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷ELID

9、（Electrolytic In-Process Dressing）24ELID（Electrolytic In-Process Dressing）25ELID 超精密磨床日本以超精密车床为基础，结合ELID镜面磨削技术，发展了加工回转体非球曲面的ELID精密镜面磨床(见图9)；后来又发展了三坐标联动数控ELID精密镜面磨床，可加工精密自由曲面，达到镜面。 26接触轮硬磁盘装在主轴真空吸盘上图3-4 砂带磨削示意图V砂带砂带轮卷带轮F-径向进给f-径向振动精密与超精密砂带磨削2728图1 呈箭头状分布的金刚石砂带图2 呈圆点状分布的金刚石砂带29几种常见砂带磨削方式（图7-27）图7-27 几

10、种砂带磨削形式a）砂带无心外圆磨削（导轮式） 工件导轮接触轮 主动轮砂带工件 接触轮主动轮砂带b）砂带定心外圆磨削（接触轮式）c）砂带定心外圆磨削（接触轮式）工件接触轮主动轮砂带接触轮砂带工件d）砂带内圆磨削（回转式）工件支承板主动轮砂带工作台e）砂带平面磨削（支承板式）f）砂带平面磨削（支承轮式）支承轮工件砂带接触轮30砂带磨削特点1）砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作用小，加工质量好（ Ra 值可达 0.02m）。 3）强力砂带磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之称。 4）制作简单，价格低廉，使用方便。5）可用于内外表面及成形表面加工。磨粒

11、规格涂层粘接剂基带图7-28 静电植砂砂带结构2）静电值小，磨粒有方向性，尖端向上（图7-28），摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。31工件小间隙加压抛光轮悬浮液微粉(磨粒)图7-29 弹性发射加工原理抛光轮与工件表面形成小间隙，中间置抛光液，靠抛光轮高速回转造成磨料的“弹性发射”进行加工。游离磨料加工32 研磨加工研磨加工通常是指利用硬度比被加工材料更高通常是指利用硬度比被加工材料更高的微米级磨粒，在硬质研磨盘作用下产生的的微米级磨粒，在硬质研磨盘作用下产生的微微切削切削和和滚轧滚轧作用实现被加工表面的微量材料去作用实现被加工表面的微量材料去除，使工件的形状、尺寸精度达到要求值，并除

12、，使工件的形状、尺寸精度达到要求值，并降低表面粗糙度、减小加工变质层的加工方法。降低表面粗糙度、减小加工变质层的加工方法。精密与超精密加工技术33实例：硅片的研磨精密与超精密加工技术Al2O3 磨料磨料34抛光工具图7-30 液体动力抛光小间隙工件工具运动方向抛光液磨粒抛光工具活性抛光液图7-31 机械化学抛光小间隙工件工具运动方向加压35精密与超精密加工技术抛光后硅片抛光后陶瓷球 采用工件、磨粒、抛光盘和加工液等的不同组合，可实现不同的抛光效果。工件与抛光液、磨料及抛光盘间的化学反应有助于抛光加工。36拉单晶拉单晶磨外圆磨外圆切割切割研磨研磨抛光抛光实例：实例：半导体硅片加工半导体硅片加工精

13、密与超精密加工技术硅片的直径硅片的直径300450mm, 平面度平面度: 0.050.07m/2544mm2,表表面粗糙度面粗糙度Ra 0.1nm-这些都需要在研磨、抛光的工序中实现。这些都需要在研磨、抛光的工序中实现。37实例：曲面研磨/抛光技术精密与超精密加工技术研磨抛光不仅用于加工平面，还大量用于曲面加工，如圆柱体外表面、内孔，球面及非球面透镜、反射镜，模具及型腔自由曲面等。球面反射镜离轴抛物面反射镜 大型天文望远镜非球面主镜非球面反射镜38曲面研磨/抛光技术精密与超精密加工技术 传统的手工研磨抛光效率很低，且不易保证曲面的几何精度。 故国外已发展了多种精密曲面抛光机床。这类精密曲面抛光

14、机床，都有精密在线测量系统，在机床上检测加工工件的几何精度，根据测出的误差继续进行抛光加工。加工出的曲面镜，不仅表面是优质的镜面，同时具有甚高的几何精度。1-抛光头 2-抛光头升降机构 3-Z向空气导轨 4-测量头 5-Z向光学测量 6-工作台面 7-XY工作台 8-空气隔振 精密曲面抛光机(Canon公司)39一、磁性磨粒加工（Magnetic Abrasive Finishing, MAF） 磁性磨粒加工是利用磁性磨粒(由磨粒与铁粉经混合、烧结再粉碎至一定粒度制成)对工件表面进行研磨抛光的加工方法。 铁磁性物质有铁、铁合金和铁的氧化物 在磁场的作用下，磁性磨料对工件表面产生作用力，并在与工

15、件表面的相对运动中去除工件材料。精密与超精密加工技术40二、磁流变加工（Magnetorheological Finishing，MRF） 利用磁流变液（由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液）在磁场中的流变特性对工件进行研磨抛光加工。高梯度磁场使磁流变液凝聚、变硬，成为粘塑性的Bingham介质（类似于“固体”，表观黏度系数增加两个数量级以上），在工件表面与之接触的区域产生很大的剪切力，从而使工件的表面材料被去除，而离开磁场区域的介质重新变成可流动的液体。精密与超精密加工技术41三、气囊式抛光（Ballonet Tool Polishing） 使用特制的柔性气囊作为抛光工具，通过抛光液或气囊外

16、面包裹的磨料薄膜层（如聚氨酯抛光垫、抛光布等）实现抛光加工。工具气囊具有弹性，可以自动适应工件的曲面形状，故同一工具可用于抛光不同外形的曲面。这新的曲面抛光方法可以获得质量甚高的抛光表面，适合平面、球面、非球面、甚至任意曲面的抛光加工精密与超精密加工技术42三、气囊式抛光（Ballonet Tool Polishing）精密与超精密加工技术43要求：1 0.01 实现方法：大、小恒温间+局部恒温（恒温罩，恒温油喷淋）要求：相对湿度35%45%，波动10% 1% 实现方法：采用空气调节系统 要求：10000100级（100级系指每立方英尺空气中所含大于0.5m尘埃个数不超过100） 实现方法：采

17、用空气过滤器，送入洁净空气要求：消除内部、隔绝外部振动干扰 实现方法：隔振地基，隔振垫层，空气弹簧隔振器 q 精密与超精密加工环境44 45微型机械的特点微型机械的提出4647 尖端直径为5微米的微型镊子可以夹起一个红血球。日本研制的数厘米见方的微型车床加工精度呆达1.5微米。美国大批量生产的硅加速度计把微型传感器和集成电路一起集成在硅片上3mmx3mm的范围内。 目前已有0.06mm的轴与轴承和投入生产的0.5mm的齿轮。48第一台微型机床（日本工业技术院机械工程实验室第一台微型机床（日本工业技术院机械工程实验室MEL）32X25X30.5mm49微机械加工方法：微机械加工方法： LIGAL

18、IGA（光刻、电镀成形、注塑）、（光刻、电镀成形、注塑）、光刻加工光刻加工微细加工的特种方法加工：微细加工的特种方法加工：电火花加工、电化学加工、电火花加工、电化学加工、离子束加工、电子束加工等、激光加工。离子束加工、电子束加工等、激光加工。微机械加工切削：微机械加工切削：微细车削、微细铣销、微细钻削、微细车削、微细铣销、微细钻削、微细磨削等。微细磨削等。国际上比较重视的微机电系统制造技术有：国际上比较重视的微机电系统制造技术有：牺牲层硅牺牲层硅工艺工艺、微切削加工技术微切削加工技术和和LIGALIGA等。等。50主要采用铣、钻和车三种形式，可加工平面、内腔、孔和外圆表面。刀具：多用单晶金刚石

19、 车 刀 、 铣 刀 （ 图 3 -35）。铣刀的回转半径（可小到5m）靠刀尖相对于回转轴线的偏移来得到。当刀具回转时，刀具的切削刃形成一个圆锥形的切削面。图3-35 单晶金刚石铣刀刀头形状51微细切削加工设备FANUC ROBO nano Ui 型微型超精密加工机床（图3-36） 52BX导轨B轴回转工作台空气涡轮主轴刀具C轴回转工作台工件Z导轨空气油减振器C C图3-36 FANUC 微型超精密加工机床53电极线沿着导丝器中的槽以510mm/min的低速滑动，可加工圆柱形的轴（图3-39）。如导丝器通过数字控制作相应的运动，还可加工出各种形状的杆件（图3-40 ）。线放电磨削法（WEDG）

20、图3-40 WEDG 可加工的各种截形杆图3-39 WEDG工作原理工件金属丝导丝器54 日本FANUC和电气通信合作研制出车床型的超精密铣床，首例用切削的方法实现了自由曲面微细加工。55离子束4. 刻蚀（形成沟槽）5. 沉积（形成电路）6. 剥膜（去除光致抗蚀剂）3. 显影、烘片（形成窗口）窗口2. 曝光（投影或扫描）掩膜电子束图3-41 电子束光刻大规模集成电路加工过程光刻加工（电子束光刻大规模集成电路）1. 涂胶（光致抗蚀剂）氧化膜光致抗蚀剂基片微细特种加工56将被加速的离子聚焦成细束，射到被加工表面上。被加工表面受“轰击”后，打出原子或分子，实现分子级去除加工。离子束溅射去除加工微细特

21、种加工惰性气体入口阴极中间电极电磁线圈阳极控制电极绝缘子引出电极离子束聚焦装置摆动装置工件三坐标工作台图3-44 离子束去除加工装置加工装置见图2-26。三坐标工作台可实现三坐标直线运动，摆动装置可实现绕水平轴的摆动和绕垂直轴的转动。57离子束溅射镀膜加工用加速的离子从靶材上打出原子或分子，并将这些原子或分子附着到工件上，形成“镀膜”。又被称为“干式镀”（图7-46）离子束源靶溅射材料溅射粒子工件真空图3-46 离子束溅射镀膜加工离子镀氮化钛，即美观，又耐磨。应用在刀具上可提高寿命1-2倍。溅射镀膜可镀金属，也可镀非金属。由于溅射出来的原子和分子有相当大的动能，故镀膜附着力极强（与蒸镀、电镀相

22、比）。58用高能离子（数十万KeV）轰击工件表面，离子打入工件表层，其电荷被中和，并留在工件中（置换原子或填隙原子），从而改变工件材料和性质。可用于半导体掺杂（在单晶硅内注入磷或硼等杂质，用于晶体管、集成电路、太阳能电池制作），金属材料改性（提高刀具刃口硬度）等方面。离子束溅射注入加工离子束曝光用在大规模集成电路制作中，与电子束相比有更高的灵敏度和分辨率。59 1）以同步加速器放射的短波长（1nm）X射线作为曝光光源，在厚度达0.5mm的光致抗蚀剂上生成曝光图形的三维实体； 2）用曝光蚀刻图形实体作电铸模具，生成铸型； 3）以生成的铸型作为模具，加工出所需微型零件。X射线曝光腐蚀溶解抗蚀剂电铸

23、铸型注射成形零件图3-58 LIGA制作零件过程 LIGA由深层同步X射线光刻、电铸成形、塑注成形组合而成。包括三个主要工序（图3-58）：q X射线刻蚀电铸模技术（lithographic galvanoformung abformung, LIGA）60图3-59 LIGA工作现场61 50 m 图3-60 X射线刻蚀的三维实体LIGA特点LIGA代表产品及应用62通常指纳米级（0.1nm100nm）的材料、设计、制造、测量和控制技术。纳米技术涉及机械、电子、材料、物理、化学、生物、医学等多个领域。在达到纳米层次后，决非几何上的“相似缩小”，而出现一系列新现象和规律。量子效应、波动特性、微

24、观涨落等不可忽略，甚至成为主导因素。纳米技术研究的主要内容63q 扫描隧道显微加工技术（STM）A64 硅在高温时原子重构现象硅在高温时原子重构现象 6524212220 kbaeUdkhej式中 h 普郎克常数； e 电子电量； ka，k0 系数。12d试件STM探针Ub图3-51 STM隧道结66关键技术：（1）STM探针金属丝经化学腐蚀，在腐蚀断裂瞬间切断电流，获得尖峰，曲率半径为10nm左右。图3-53 STM针尖67STM图3- 48 STM工作过程演示图3- 47 STM实物照片 68A接触式非接触式q 原子力显微镜加工技术（AFM）69AFM探针被微力弹簧片压向试件表面，原子排斥

25、力将探针微微抬起。达到力平衡。 AFM探针扫描时，因微力簧片压力基本不变，探针随被测表面起伏。 STM驱动AFM扫描驱动AFM探针STM探针试件微力簧片图3-56 AFM结构简图在簧片上方安装STM探针， STM探针与簧片间产生隧道电流，若控制电流不变，则STM探针与AFM探针（微力簧片）同步位移，于是可测出试件表面微观形貌。70图3-57 AFM实物照片扫描探针磁盘图像71原子力显微镜纳米测量技术72通过扫描隧道显微镜操纵氙原子用35个原子排出的“IBM”字样 图3- 49 用STM移动分子组成的IBM字样图3- 50 用STM观察石墨原子排列移动原子移动原子世界上最小的广世界上最小的广 告

26、告石墨表面通过搬迁碳原子而绘制出中国地图73纳米碳管纳米碳管 74由碳纳米管制作的纳米齿轮模型。纳米齿轮上的原子清晰可见 75描述的是两种不同的分子在分子之间力的作用下在溶液中自组装的情形。由于纳米尺寸非常之小，纳米机械必须具有自组装、自我复制等功能。76771978年，CIRP(国际生产工程协会)提出以线速度为5007000m/min的切削为高速切削。 ISO1940标准规定，主轴转速高于8000rev/min为高速切削。 德国Darmstadt工业大学提出以高于510倍普通切削速度的切削定义为高速切削。主 轴 轴 承 孔 直 径 与 主 轴 最 大 转 速 乘 积 达(52000)105m

27、mrev/min 78 79不同加工工艺的高速不同加工工艺的高速/超高速切削速度范围超高速切削速度范围加工工艺切削速度范围/(m/min)车7007000铣3006000钻2001100拉3075铰20500锯50500磨500010000各种材料高速各种材料高速/超高速切削速度范围超高速切削速度范围加工材料切削速度范围/(m/min)铝合金20007500铜合金9005000钢6003000铸铁8003000耐热合金500以上钛合金1501000纤维增强塑料2000900080 1931年4月德国切削物理学家萨洛蒙 (Carl Salomon)曾根据一些实验曲线，即人们常提及的著名的“萨洛蒙

28、曲线”(图3-2)，提出了超高速切削的理论。 图3-2 切削速度和切削温度关系曲线 81 超高速切削的概念可用图3-3表示。萨洛蒙指出：在常规切削速度范围内(图3-3中A区)，切削温度随切削速度的增大而升高。但是，当切削速度增大到某一数值vc之后，切削速度再增加，切削温度反而降低。图3-3中B区在美国被称为“死谷”(Dead valley)。如果能越过这个“死谷”而在超高速区(图3-3中C区)进行加工，则有可能用现有刀具进行超高速切削。图3-3 超高速切削概念示意图 82 弹道切削试验得出结论为：随切削速度提高，塑性材料的切屑形态将从带状或片状向碎屑状演变，单位切削力初期呈上升趋势，而后急剧下

29、降，超高速条件下刀具磨损比普通速度下减少95%，且几乎不受切削速度的影响，金属切除效率可提高501000倍。而美国空军和海军的超高速铣削实验研究表明，铣削力克减少70%，成功实现了厚度为0.33mm的薄壁件的铣削，刀具磨损主要取决于刀具材料的导热性。日本人的超高速切削试验结果表明，超高速下切屑的形成完全是剪切作用的结果，随着切削速度的提高，剪切角急剧增大，工件材料的变质层厚度与普通速度下相比降低了50%，加工表面残余应力及塑性区深度可分别减少9095%和8590%。83和常规切削加工相比，高速切削加工切削力至少可降低30，这对于加工刚性较差的零件(如细长轴、薄壁件)来说，可减少加工变形，提高零

30、件加工精度。同时，采用超高速切削，单位功率材料切除率可提高40以上，有利于延长刀具使用寿命，通常刀具寿命可提高约70。95以上的切削热来不及传给工件，而被切屑迅速带走，零件不会由于温升导致弯翘或膨胀变形。因而，超高速切削特别适合于加工容易发生热变形的零件。超高速切削加工比常规切削加工的切削速度高510倍，进给速度随切削速度的提高也可相应提高510倍，这样，单位时间材料切除率可提高36倍，因而零件加工时间通常可缩减到原来的13 。84 由于超高速切削加工的切削力和切削热影响小，使刀具和工件的变形小，工件表面的残余应力小，保持了尺寸的精确性。同时，由于切屑被飞快地切离工件，可以使工件达到较好的表面

31、质量。 超高速旋转刀具切削加工时的激振频率高，已远远超出“机床一工件一刀具”系统的固有频率范围，不会造成工艺系统振动，使加工过程平稳，有利于提高加工精度和表面质量。高速加工通常采用干切削方式，使用压缩空气进行冷却，无需切削液及其设备，从而降低了成本，是绿色制造技术。85汽车工业（发动机发动机, , 齿轮箱齿轮箱） 航空航天工业（整体结构件、整体结构件、框体、薄壁件框体、薄壁件）模具工具制造（钢及铸件的半钢及铸件的半精精/ /精加工精加工）难加工材料（陶瓷、复合材料、陶瓷、复合材料、钛合金、镍基高温合金、不锈钢钛合金、镍基高温合金、不锈钢）超精密微细切削加工（精密零精密零件，群孔件，群孔）铝制磁

32、通补偿器铝制磁通补偿器尺寸尺寸: 80 x 100 x 40mmq 技术数据技术数据:粗铣粗铣: 8 min精铣精铣: 11 min铣方孔铣方孔: 3 min刚性攻丝刚性攻丝:1 min总加工时间总加工时间:23 min总费用总费用: 约约 60 US$采用铸模法的预算采用铸模法的预算铸模费用铸模费用: 5000 US$铸造费用铸造费用: 20 US$加工费用加工费用: 10 US$86高速切削对机床的特殊要求主轴转速高，输出功率大主轴转速高，输出功率大：常规机床转速一般为常规机床转速一般为2000r/min2000r/min，而高速切削机床则为，而高速切削机床则为10000100001000

33、00 r/min100000 r/min；主轴电动机功率为主轴电动机功率为151580kW80kW进给速度高进给速度高：约为常规机床的约为常规机床的1010倍（倍（6060100 m/min 100 m/min ）主轴转速和进给速度的加速度高：主轴转速和进给速度的加速度高：从启动到达到最高转启动到达到最高转速要在速要在1 12s2s内完成，工作台的加、减速度有常规的内完成，工作台的加、减速度有常规的0.10.10.2g0.2g提高到提高到1 12g2g。机床静、动态特性好：机床静、动态特性好：除具有足够的静刚度外，还必须除具有足够的静刚度外，还必须有很高的动刚度和热刚度有很高的动刚度和热刚度其

34、它功能部件性能高：其它功能部件性能高：快速换刀、快速工作台交换、快快速换刀、快速工作台交换、快速排屑装置、安全保护、检测装置速排屑装置、安全保护、检测装置8788 Key Elements ofHigh Speed Machining899091q 非传统加工方法特点92机械过程q 非传统加工方法分类按加工机理和采用的能源划分）热学过程电化学过程化学过程93复合过程工件（陶瓷滚柱）磁性材料磁极振动运动图7-61 磁力抛光示意图NS94q 发展趋势图7-62 EI 收录文章数比较70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工 电火花加

35、工 超声加工 电化学加工图7-62反映了学术界和工程界对几种非传统加工方法的关注程度。95q 工作原理：利用工具电极与工件电极之间脉冲性火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高的压力。在这种高压作用下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去（图7-63）。 4个阶段： 1）介质电离、击穿，形成放电通道； 2）火花放电产生熔化、气化、热膨胀； 3）抛出蚀除物； 4）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。 图7-63 电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极直流脉冲电源工作液Real96图7-64 电火花加工机床97

36、q 工作要素98q 电火花加工类型图7-65 电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件RealRealReal99电火花线切割机床图7-66 电火花线切割加工加工过程显示100q 电火花加工特点q 电火花加工应用101工作原理：工件接阳极，工具（铜或不锈钢）接阴极，两极间加直流电压624V，极间保持0.11mm间隙。在间隙处通以 660m/S高速流动电解液，形成极间导电通路，工件表面材料不断溶解，溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。 图7-67 电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极102q 电解加工特点q 电解加工应用103 导电磨轮电解液电刷工作台工件绝缘板导电基体磨料阳极膜q 电解磨削（图7-68）104图7-69 电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工件工作台工作原理（图7-69）105q 特点及应用106q 工作原理（图7-70）电源Real107混合气体：氦约80%，氮约15%， CO2 约5%通过高压直流放电进行激励波长10.6m，为不可见光能量效率5% 15%反射凹镜反射平镜电极放电管C