第18章特种加工

1、第十八章特第十八章特 种种 加加 工工 第一节概第一节概 述述 特种加工是指用电、声、光、热、磁及化学等的能量，对结构形特种加工是指用电、声、光、热、磁及化学等的能量，对结构形状复杂、精度要求高、表面粗糙度低、材料难以加工的零件进行加工状复杂、精度要求高、表面粗糙度低、材料难以加工的零件进行加工的方法。的方法。 一、特种加工的产生一、特种加工的产生 随着科学技术的进步，许多部门对产品结构的要求日趋复杂，对随着科学技术的进步，许多部门对产品结构的要求日趋复杂，对性能的要求也日益提高。有的产品对高速度、大功率和小型化方面的性能的要求也日益提高。有的产品对高速度、大功率和小型化方面的要求越来越高，而

2、有的产品对强度、韧性、硬度及耐高温、耐高压和要求越来越高，而有的产品对强度、韧性、硬度及耐高温、耐高压和抗腐蚀的能力要求越来越强，还有一些产品则对其结构形状以及精度抗腐蚀的能力要求越来越强，还有一些产品则对其结构形状以及精度提出了特殊的要求。提出了特殊的要求。 以上产品零件的加工用传统的切削加工方法，已不方便甚至不可以上产品零件的加工用传统的切削加工方法，已不方便甚至不可能。机械制造业除了不断革新和发展传统的加工方法之外，还得不断能。机械制造业除了不断革新和发展传统的加工方法之外，还得不断地寻求新的加工方法，特种加工就是在这种前提下产生和发展起来的。地寻求新的加工方法，特种加工就是在这种前提下

3、产生和发展起来的。 二、特种加工的特点二、特种加工的特点 1 1）特种加工工具的硬度可以低于工件的硬度，却能加工各种高）特种加工工具的硬度可以低于工件的硬度，却能加工各种高硬度、高强度材料。硬度、高强度材料。 2 2）当利用电能等转换成热能来加工时，因热作时间很短，热作）当利用电能等转换成热能来加工时，因热作时间很短，热作区很小，故能获得良好的表面质量，有利于加工热敏材料和低刚度区很小，故能获得良好的表面质量，有利于加工热敏材料和低刚度零件。零件。 3 3）在特种加工中，加工余量的去除过程大都是微细的，故它不）在特种加工中，加工余量的去除过程大都是微细的，故它不仅能加工尺寸微小的孔或窄缝，有的

4、还能获得极高的加工精度和极仅能加工尺寸微小的孔或窄缝，有的还能获得极高的加工精度和极低的表面粗糙度。低的表面粗糙度。 4 4）在特种加工中，有的工件加工表面是工具形状、尺寸的复印。）在特种加工中，有的工件加工表面是工具形状、尺寸的复印。故特种加工可以采用简单的进给运动加工出复杂的型面。故特种加工可以采用简单的进给运动加工出复杂的型面。第二节第二节 电火花加工电火花加工 一、电火花加工原理一、电火花加工原理 图图1 18-18-1所示为电火花加工原理。所示为电火花加工原理。图图1 18-1 8-1 电火花加工原理电火花加工原理 1 1工件工件 2 2绝缘介质绝缘介质 3 3工具电极工具电极 二、

5、电火花加工的特点及应用二、电火花加工的特点及应用 电火花加工有如下特点：电火花加工有如下特点： 1 1） 可以加工任何硬、脆、韧、软、高熔点材料。可以加工任何硬、脆、韧、软、高熔点材料。 2 2）有利于小孔、薄壁、窄槽以及各种复杂型孔、型腔等的加工。）有利于小孔、薄壁、窄槽以及各种复杂型孔、型腔等的加工。 3 3）可以减小材料被加工表面的热影响层，提高表面加工质量。）可以减小材料被加工表面的热影响层，提高表面加工质量。 4 4）便于实现自动化。）便于实现自动化。 应用电火花加工技术，可以对金属零件进行电火花穿孔和成型应用电火花加工技术，可以对金属零件进行电火花穿孔和成型加工、电火花线切割、电火

6、花磨削、电火花表面强化与刻蚀等。加工、电火花线切割、电火花磨削、电火花表面强化与刻蚀等。 三、电火花加工设备三、电火花加工设备 （一）电火花加工设备的基本组成（一）电火花加工设备的基本组成 （1 1）机床本体）机床本体 （2 2）工作液循环系统）工作液循环系统 （3 3）脉冲电源（见图）脉冲电源（见图1 18-28-2） （4 4）自动进给调节装置）自动进给调节装置图图1 18-2 8-2 电火花加工用脉冲电源电火花加工用脉冲电源 a a）RCRC脉冲电源脉冲电源 b b）可控硅式脉冲电源可控硅式脉冲电源 c c）晶体管式脉冲电源晶体管式脉冲电源 （二）电火花穿孔机（二）电火花穿孔机 （1 1

7、）电火花穿孔机的功用）电火花穿孔机的功用 电电火花穿孔机主要用于各种截面形状火花穿孔机主要用于各种截面形状的直通孔、小孔和微孔及型腔的加的直通孔、小孔和微孔及型腔的加工。工。 （2 2）电火花穿孔机的组成）电火花穿孔机的组成 如如图图1 18-38-3所示。所示。 图图1 18-3 8-3 电火花穿孔机示意图电火花穿孔机示意图 1 1床身床身2 2立柱立柱3 3工作台工作台4 4加工箱加工箱5 5工件工件6 6工具电极工具电极 7 7主轴箱主轴箱8 8电源柜电源柜9 9工作液供应装置工作液供应装置 （三）电火花线切割机（三）电火花线切割机 （1 1）线切割机的功用及组成）线切割机的功用及组成

8、线切割机主要用于模具、夹具零件线切割机主要用于模具、夹具零件上各种形状的直通成形孔及成形柱面（外表面）的加工，对非圆曲面上各种形状的直通成形孔及成形柱面（外表面）的加工，对非圆曲面可近似加工。可近似加工。 图图1 18-48-4所示为快走丝数控线切割机的组成。所示为快走丝数控线切割机的组成。 （2 2）线切割机电极丝运动的控制方式及应用）线切割机电极丝运动的控制方式及应用 1) 1) 靠模仿型控制靠模仿型控制 2) 2) 光电跟踪控制光电跟踪控制 3) 3) 数字程序控制数字程序控制 图图1 18-48-4数控线切割机示意图数控线切割机示意图 a a）组成组成 b b）切割区局部放大切割区局部

9、放大 1 1上工作台上工作台 2 2工具电极工具电极 3 3步进电动机步进电动机 4 4精密丝杠精密丝杠 5 5控制脉冲控制脉冲 6 6数控装置数控装置 7 7卷丝筒卷丝筒 8 8走丝轮走丝轮 9- 9-工件工件 10 10脉冲电源脉冲电源 11 11喷嘴喷嘴 12 12支座支座 13 13下工作台下工作台 第三节第三节 电解加工电解加工 一、电解加工原理一、电解加工原理 电解加工原理如图电解加工原理如图1 18-58-5所示。所示。电解加工形面成型的情况如图电解加工形面成型的情况如图1 18-68-6所所示。示。 图图1 18-5 8-5 电解加工原理图电解加工原理图 1 1电源电源 2 2

10、工具电极工具电极 3 3工件工件 4 4电解液电解液 5 5泵泵 图图1 18-6 8-6 电解加工形面成型电解加工形面成型情况示意图情况示意图 a a）加工开始加工开始 b b）加工完成加工完成 1 1工具电极工具电极 2 2工件工件 二、电解加工的特点及应用二、电解加工的特点及应用 (1) (1)特点特点 电解加工具有加工范围广、形面成型状况好、生产率电解加工具有加工范围广、形面成型状况好、生产率高、工艺装备简单、操作方便、对工人操作技术要求不高等优点。高、工艺装备简单、操作方便、对工人操作技术要求不高等优点。但是，它还存在不易达到较高精度、电解加工附属设备多、占地面但是，它还存在不易达到

11、较高精度、电解加工附属设备多、占地面积大、对机床的防腐性要求高、工具电极制造工作量较大等缺点。积大、对机床的防腐性要求高、工具电极制造工作量较大等缺点。 (2) (2)应用应用 主要用于能导电的难加工材料和形状复杂零件的加工，主要用于能导电的难加工材料和形状复杂零件的加工，如小深孔、枪炮管内孔的膛线、涡轮叶片、整体叶轮表面等的加工。如小深孔、枪炮管内孔的膛线、涡轮叶片、整体叶轮表面等的加工。第四节第四节 超声波加工超声波加工 一、超声波加工原理一、超声波加工原理 加工原理如图加工原理如图1 18-78-7所示。所示。图图1 18-78-7超声波加工原理超声波加工原理 1 1信号放大器信号放大器

12、2 2高频振荡器高频振荡器3 3硒整流器硒整流器4 4励磁线圈励磁线圈5 5磁铁磁铁6 6换能器换能器 7 7变幅杆变幅杆8 8工具工具9 9冷却器冷却器1010泵泵1111加工槽加工槽1212夹具夹具1313工件工件1414磨料液磨料液 二、超声波加工的特点及应用二、超声波加工的特点及应用 主要特点是：主要特点是： 1 1）适合于各类非金属硬脆材料（如玻璃、陶瓷、人造宝石等）适合于各类非金属硬脆材料（如玻璃、陶瓷、人造宝石等）的加工。的加工。 2 2）设备结构简单，维护方便。）设备结构简单，维护方便。 3 3）适于加工薄壁、窄缝及低刚度的零件。）适于加工薄壁、窄缝及低刚度的零件。 4 4）生

13、产效率较低。）生产效率较低。 目前超声波加工主要用于型孔和型腔加工、超声波切割、超声波目前超声波加工主要用于型孔和型腔加工、超声波切割、超声波焊接、超声波清洗及超声波复合加工等。图焊接、超声波清洗及超声波复合加工等。图1 18-88-8所示为超声波加工应所示为超声波加工应用举例。用举例。图图1 18-8 8-8 超声波加工应用举例超声波加工应用举例 a a）加工小孔加工小孔 b b）加工异形孔加工异形孔 c c）加工型腔加工型腔 d d）雕刻雕刻 e e）研磨金刚石拉丝模研磨金刚石拉丝模 第五节第五节 激光加工激光加工 一、激光加工系统的组成一、激光加工系统的组成 系统的组成如图系统的组成如图

14、1 18-98-9所示。所示。图图1 18-9 8-9 激光加工系统组成框图激光加工系统组成框图 二、激光加工的特点及应用二、激光加工的特点及应用 主要特点：主要特点： 1 1） 激光的能量密度高，可以加工任何金属和非金属材料。激光的能量密度高，可以加工任何金属和非金属材料。 2 2） 激光束能聚焦成激光束能聚焦成1 1m m以下的光斑，其热影响区小，工件变形以下的光斑，其热影响区小，工件变形小，因此适于进行微细加工。小，因此适于进行微细加工。 3 3） 激光加工速度快，热作用时间短，故可以加工热敏性材料。激光加工速度快，热作用时间短，故可以加工热敏性材料。 4 4） 激光可以通过透明的物质，

15、故激光加工可以在任何透明的环激光可以通过透明的物质，故激光加工可以在任何透明的环境中进行操作。境中进行操作。 5 5） 激光加工不需要工具，故不存在设计制造工具和加工过程中激光加工不需要工具，故不存在设计制造工具和加工过程中的工具损耗问题。的工具损耗问题。 6 6） 激光易于导向、聚焦和发散，激光束的方向便于调节，因此激光易于导向、聚焦和发散，激光束的方向便于调节，因此易于实现激光加工自动化。易于实现激光加工自动化。 7 7） 对于具有高热传导率或高反射率材料的加工比较困难，并且对于具有高热传导率或高反射率材料的加工比较困难，并且存在加工精度不高、输出能量难于精确控制以及加工效率低等缺点。存在

16、加工精度不高、输出能量难于精确控制以及加工效率低等缺点。 激光加工主要用于打孔、切割和动平衡去重、焊接、涂敷、表面激光加工主要用于打孔、切割和动平衡去重、焊接、涂敷、表面热处理、表面强化及光泽处理等方面。热处理、表面强化及光泽处理等方面。 第六节第六节 电子束和离子束加工电子束和离子束加工 电子束和离子束加工是近年来获得较大发展的两种特种加工技电子束和离子束加工是近年来获得较大发展的两种特种加工技术，它们主要应用于精密微细加工方面。术，它们主要应用于精密微细加工方面。 一、电子束加工一、电子束加工 1 1电子束加工原理电子束加工原理 加工原理如图加工原理如图1 18-108-10所示。所示。

17、图图1 18-10 8-10 电子束加工原理电子束加工原理 1 1驱动电动机驱动电动机 2 2工作台工作台 3 3工件工件 4 4反射镜反射镜 5 5偏转器偏转器 6 6电磁透镜电磁透镜 7 7电子枪电子枪 8 8观察窗观察窗 9 9窗口窗口 2 2电子束加工的特点电子束加工的特点 电子束加工有如下特点：电子束加工有如下特点： 1 1）可实现亚微米级的精密微细加工。）可实现亚微米级的精密微细加工。 2 2）工件不产生宏观应力变形。）工件不产生宏观应力变形。 3 3）加工材料的范围广。）加工材料的范围广。 4 4）加工效率非常高。）加工效率非常高。 5 5）加工在真空中进行，尤其适合加工易氧化的

18、金属及其合金材料。）加工在真空中进行，尤其适合加工易氧化的金属及其合金材料。 6 6）电子束加工的成套设备价格昂贵，故其应用受到一定的限制。）电子束加工的成套设备价格昂贵，故其应用受到一定的限制。 3 3电子束加工的应用电子束加工的应用 电子束加工可用于打孔、切割、焊接、蚀刻和光刻等，特别适合于高电子束加工可用于打孔、切割、焊接、蚀刻和光刻等，特别适合于高速打制微细异型孔、内曲面和弯孔，如图速打制微细异型孔、内曲面和弯孔，如图1 18-118-11所示。所示。 图图1 18-11 8-11 电子束加工微细异形孔、曲面和弯孔电子束加工微细异形孔、曲面和弯孔 a) a) 电子束加工微细异形孔电子束

19、加工微细异形孔 b) b) 电子束加工工件内部曲面和弯孔电子束加工工件内部曲面和弯孔 二、离子束加工二、离子束加工 1. 1.离子束加工原理离子束加工原理 加工原理如图加工原理如图1 18-128-12所示。所示。 图图1 18-12 8-12 离子束加工原理离子束加工原理 1 1阴极阴极 2 2工件工件 3 3离子束流离子束流 4 4电磁线圈电磁线圈 5 5灯丝灯丝 6 6电离室电离室 7 7阳极阳极 8 8阴极阴极 2. 2.离子束加工的特点离子束加工的特点 1 1）可以实现毫微米（）可以实现毫微米（0.0010.001mm）级的加工。级的加工。 2 2）适宜加工易氧化的金属、合金和高纯度的半导体材料。）适宜加工易氧化的金属、合金和高纯度的半导体材料。 3 3）加工应力小）加工应力小, ,热变形小，加工表面质量高。热变形小，加工表面质量高。 4 4）易于实现自动化，但设备费用高，加工成本高。）易于实现自动化，但设备费用高，加工成本高。 3. 3. 离子束加工的应用离子束加工的应用 离子束加工的应用