先进制造工艺技术讲座A

先进制造工艺技术郑华林

教授、博导1内容先进制造技术及其体系结构先进制造工艺技术及其发展趋势高速切削加工技术精密与超精密加工技术特种加工技术快速原型制造技术2经济和社会的发展以信息技术为主导的高技术的发展全球化制造TQCSEK从传统的简单、相对稳定的市场到复杂、动态多变的全球市场制造业的新变化3是制造大国，不是制造强国发电设备、机床、汽车、电子制造等产品产量居世界前列，却没有一家装备制造企业能跻身世界500强关键装备大多依赖进口光电子制造设备的100%IC制造装备的85%高档数控机床的70%我国制造科学发展现状原创性的技术和成果缺乏，企业的核心竞争力不足，制造科学基础研究相对薄弱4国别/地区科技计划美国先进制造技术计划关键技术(制造)计划敏捷制造使能技术计划日本智能制造技术国际合作计划欧共体尤里卡计划信息技术研究发展战略计划德国制造2000年计划韩国高级先进技术国家计划(G-7)国外制造科学发展现状先进制造技术（AMT）是工业发达国家的国家级关键技术和优先发展领域5AMT内涵与体系结构

至今尚无明确的和一致公认的定义，可以认为：◆

AMT是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。◆要点：AMT定义

目标提高制造企业对市场的适应能力和竞争力强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合关注信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用6AMT轮图

AMT内涵与体系结构

TQCSE基础制造技术CADCAMNC技术ROBOTFMC清洁生产技术质量与可靠性CE系统管理技术MRPⅡCIMSIMSAM集成技术新型产业及市场需求带动（重大装备、高新技术产业、社会协调发展）系统工程及管理科学信息技术先进制造技术体系图

新材料技术新能源技术◆第二个层次是新型的制造单元技术。如制造业自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CAD／CAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。◆第一个层次是优质、高效、低耗、清洁基础制造技术。包括精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层及各种与设计有关的基础技术、各种现代管理技术。◆第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息技术和系统管理技术，通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，如FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。7管理数字化设计数字化生产过程数字化加工装备数字化企业数字化先进制造技术8以三维CAD为代表的产品创新设计管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真通过产品设计手段与设计过程的数字化，缩短新产品开发周期，提高企业的产品创新能力。工艺规划先进制造技术9以ERP为代表的企业现代管理制造ERPPDMCRMERPPDMSCMERPSCMWCSERPWCSCRM工程供应商用户通过企业内外部管理的数字化，实现制造资源的最优化配置先进制造技术10以数控机床床为代表的的数字化装装备通过加工装装备的数字字化、自动动化和精密密化，提高高产品的加加工精度和和生产效率率。精密工具数控设备柔性生产线线先进制造技技术11内容先进制造技技术及其体体系结构先进制造工工艺技术及及其发展趋趋势高速切削加加工技术精密与超精精密加工技技术特种加工技技术快速原型制制造技术12先进制造工工艺技术先进制造工工艺技术是是在机械制制造工艺不不断变化与与发展后所所形成的制制造工艺技技术，包括括：常规工工艺经优化化后的工艺艺、不断发发展的新型型加工方法法。其主要技术术体系由先先进成形加加工技术、、现代表面面工程技术术、先进制制造加工技技术等构成成。先进制造工工艺技术是是AMT的的核心和基基础，任何何高级的自自动控制系系统都无法法取代先进进制造工艺艺技术的作作用，它反反应了制造造业的水平平13先进制造工工艺的特点点1.先进性性主要表现在在优质、高高效、低耗耗、洁净、、柔性五个个方面。2.实用性性它是当今或或不久将来来机械工厂厂量大面广广的看家工工艺，一般般投资不高高，且有不不同档次，，宜于工厂厂根据本身身的条件通通过技术改改造予以采采纳。3.前沿性性先进制造工工艺是高新新技术产业业化或传统统工艺高新新技术化的的结果，它它们是制造造工艺研究究最为活跃跃的前沿领领域。部分分先进制造造工艺可能能目前应用用还不广泛泛，但是它它们代表着着某些发展展方向，而而且可望会会得到越来来越广泛的的应用。14先进制造工工艺技术发发展趋势采用模拟技技术，优化化工艺设计计应用模拟技技术，可以以虚拟显示示材料热加加工（铸造造、锻压、、焊接、热热处理、注注塑等）的的工艺过程程，预测工工艺结果（（组织性能能质量），，并通过不不同参数比比较以优化化工艺设计计，确保大大件一次制制造成功；；确保成批批件一次试试模成功。。模拟技术同同样已开始始应用于机机械加工、、特种加工工及装配过过程，并已已向拟实制制造成形的的方向发展展，成为数数字化制造造的技术基基础。不同切削参数切屑形成及温度分布15先进制造工工艺技术发发展趋势采用模拟技技术，优化化工艺设计计应用模拟技技术，可以以虚拟显示示材料热加加工（铸造造、锻压、、焊接、热热处理、注注塑等）的的工艺过程程，预测工工艺结果（（组织性能能质量），，并通过不不同参数比比较以优化化工艺设计计，确保大大件一次制制造成功；；确保成批批件一次试试模成功。。模拟技术同同样已开始始应用于机机械加工、、特种加工工及装配过过程，并已已向拟实制制造成形的的方向发展展，成为数数字化制造造的技术基基础。三种刀具切削仿真及切削力比较16先进制造工工艺技术发发展趋势成形精度向向近无余量量方向发展展随着毛坯精精密成形工工艺的发展展，零件成成形的形状状尺寸精度度不断向净净成形（NetShapeForming），即近近无余量成成形方向发发展。“毛坯”与与“零件””的界限越越来越小。。有的毛坯坯成形后，，已接近或或达到零件件的最终形形状和尺寸寸，磨削后后即可装配配。成形质量向向近无“缺缺陷”方向向发展近年来热加加工界提出出了“向近近无缺陷””方向发展展的目标，，这个“缺缺陷”是指指不致引起起早期失效效的临界缺缺陷概念。。采取的主要要措施有：：采用先进进工艺，增增大合金组组织的致密密度，为得得到健全的的铸件、锻锻件奠定基基础；采用用模拟技术术，优化工工艺设计，，实现一次次成形及试试模成功；；加强工艺艺过程监控控及无损检检测，及时时发现超标标零件；通通过零件安安全可靠性性能研究及及评估，确确定临界缺缺陷量值等等。17先进制造工工艺技术发发展趋势机械加工向向超精密、、超高速方方向发展超精密加工工技术目前前已进入纳纳米加工时时代，加工工精度达0.025μm，表表面粗糙度度达0.0045μμm。目前起高速速切削铝合合金的切削削已超过1600m/min；铸铁为为1500m/min；超高高速切削已已成为解决决一些难加加工材料加加工问题的的一条途径径。采用新型能能源及复合合加工激光、电子子束、离子子束、分子子束、等离离子体、微微波、超声声波、电液液、电磁、、高压水射射流等新型型能源或能能源载体的的引入，形形成了崭新新的特种加加工及高密密度能切割割、焊接、、熔炼、锻锻压、热处处理、表面面保护等加加工工艺或或复合工艺艺。其中以多种种形式的激激光加工发发展最为迅迅速。这些些新工艺不不仅提高了了加工效率率和质量，，同时还解解决了超硬硬材料、高高分子材料料、复合材材料、工程程陶瓷等新新型材料的的加工难题题。18先进制造工工艺技术发发展趋势采用自动化化技术，实实现工艺过过程的优化化控制微电子、计计算机、自自动化技术术与工艺设设备相结合合，形成了了从单机到到系统，从从刚性到柔柔性，从简简单到复杂杂等不同档档次的多种种自动化成成形加工技技术，使工工艺过程控控制方式发发生了质的的变化，采用清洁能能源及原材材料、实现现清洁生产产机械加工过过程产生大大量废水、、废渣、废废气、噪声声、振动、、热辐射等等，劳动条条件繁重危危险，已不不适应当代代清洁生产产的要求。。近年来清洁洁生产成为为加工过程程的一个新新的目标，，除搞好三三废治理外外，重在从从源头抓起起，杜绝污污染的产生生。途径为为：一是采用清清洁能源二是采用清清洁的工艺艺材料开发发新的工艺艺方法三是采用新新结构，减减少设备的的噪声和振振动在清洁生产产基础上，，满足产品品从设计、、生产到使使用乃至回回收和废弃弃处理的整整个周期都都符合特定定的环境要要求的“绿绿色制造””将成为21世纪制制造业的重重要特征。。19内容先进制造技技术及其体体系结构先进制造工工艺技术及及其发展趋趋势高速切削加加工技术精密与超精精密加工技技术特种加工技技术快速原型制制造技术20高速切削技技术高速切削是是一个相对对概念，是是相对常规规切削而言言，用较高高的切削速速度对工件件进行切削削。一般认认为应是常常规切削速速度的5～～10倍。。高速切切削的速度度范围与加加工方法和和工件材料料密切相关关。HSC＝High-Speed-CuttingHSM＝High-Speed-MachiningHSM＝High-Speed-MillingHSD＝High-Speed-DrillingHST＝＝ High-Speed-TurningHSTM＝High-Speed-Turn-Milling21高速与超高速切削速度范围

10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金高速加工的的切削速度度范围高速加工切切削速度范范围因不同同的工件材材料而异◎车削：700-7000m/min◎铣削：300-6000m/min◎钻削：200-1100m/min◎磨削：50-300m/s高速加工切切削速度范范围随加工工方法不同同也有所不不同高速切削技技术2220世纪80年代以以来，新型型刀具材料料的发展为为高速切削削的实际应应用创造了了条件。高速切削技技术23Al2O3基陶瓷刀具具端铣调质质45＃钢时的切削削力高速切削加工中的切削力力变化——高速切削的的特点之一一2000120010008006004001400070140210280350切削分力（（N）切削速度（（m/min）FzFxFy24高速切削试验中温度与速速度的关系系——高速切削的的特点之二二CBN刀具具12000C25高速切削可可提高加工工效率降低低加工成本本——高速切削的的特点之三三刀具费用只只占总加工工成本的4%切削界公认认的事实加工效率提提高20%加工成本本降低15%刀具价格下下降20%加工成本本降低0.6%刀具寿命延延长一倍加加工成本降低1.5%加大刀具投投入，用先先进刀具高高速切削提提高生产效效率降低总总生产成本本，是切削削理念的一一次进步26加工效率高高：进给率较常常规切削提提高5-10倍，材材料去除率率可提高3-6倍切削力小：：较常规切削削至少降低低30%，，径向力降降低更明显显。有利于于减小工件件受力变形形，适于加加工薄壁件件和细长件件切削热小：：加工过程迅迅速，95%以上切切削热被切切屑带走，，工件积聚聚热量极少少，温升低低，适合于于加工熔点点低、易氧氧化和易于于产生热变变形的零件件加工精度高高：刀具激振频频率远离工工艺系统固固有频率，，不易产生生振动；又又切削力小小、热变形形小、残余余应力小，，易于保证证加工精度度和表面质质量工序集约化化：可获得高的的加工精度度和低的表表面粗糙度度，并在一一定条件下下，可对硬硬表面进行行加工，从从而可使工工序集约化化。这对于于模具加工工具有特别别意义高速加工的的特点高速切削技技术27航空航天：：◎带有大量量薄壁、细细筋的大型型轻合金整整体构件加加工，材料料去除率达达100-180cm3/min。◎镍合金、、钛合金加加工，切削削速度达200-1000m/min汽车工业：：高速加工的的应用◎采用高速数数控机床和和高速加工工中心组成成高速柔性性生产线，，实现多品品种、中小小批量的高高效生产模具制造：：◎高速铣削代代替传统的的电火花成成形加工，，效率提高高3-5倍倍高速切削技技术28实现高速切切削的关键键技术高速速切切削削机机理理及及工工艺艺高性性能能刀刀具具材材料料及及刀刀具具设设计计制制造造技技术术高性性能能机机床床及及其其附附件件†机机床床结结构构及及材材料料†机机床床设设计计制制造造技技术术†高高速速主主轴轴系系统统†快快速速进进给给系系统统†高高性性能能CNC系系统统†高高性性能能刀刀具具及及工工件件夹夹紧紧系系统统†高高效效高高精精度度测测量量测测试试技技术术†安安全全防防护护技技术术高速速切切削削技技术术29高速速切切削削加加工工科科学学内内涵涵30面向向高高速速切切削削的的切切削削刀刀具具特点点：：“三三高高一一专专””，，即即高高效效率率、、高高精精度度、、高高可可靠靠性性和和专专用用化化在基基体体上上焊焊接接刀刀片片（（材材料料CBN，，PCD））的的HSC刀刀具具以高高强强度度铝铝合合金金做做基基体体的的HSC端端面面铣铣刀刀带内内部部冷冷却却的的钻钻头头高速速切切削削技技术术31高速速切切削削刀刀具具装装卡卡系系统统最小小的的动动不不平平衡衡量量最小小的的径径向向偏偏差差高刚刚性性传递递高高扭扭矩矩高精精度度换刀刀时时的的高高重重复复精精度度高转转速速下下的的安安全全性性要求求方案案用空心心短短锥锥柄柄（（HSK系系列列））取代代快快换换锥锥柄柄（（SK系系列列））＋通通过过主主轴轴端端面面进进行行轴轴向向定定位位＋主主轴轴和和空空心心锥锥柄柄的的胀胀塞塞配配合合HSK高速速切切削削技技术术32面向向高高速速切切削削的的切切削削机机床床高速速电电机机主主轴轴驱动动电电机机与与主主轴轴的的一一体体化化转速速至至80.000r/min，，用用于于小小直直径径刀刀具具的的高高速速切切削削大转转速速范范围围内内的的高高扭扭矩矩输输出出首选选球球轴轴承承、、液液压压轴轴承承、、气气压压轴轴承承或或磁磁轴轴承承高速速切切削削技技术术33高速速切切削削技技术术高度度集集中中（（复复合合））概概念念已已成成为为制制造造业业新新的的发发展展趋趋势势。它可可以以一一次次安安装装工工件件，，用用复复合合加加工工刀刀具具多多工工序序复合合加加工工，也也可可以以在在同一一台台机机床床上上同同时时实实现现多多工工序序或或多多面面体体加加工工，大大大大减减少少安安装装工工件件和和换换刀刀时时间间，，降降低低非非切切削削辅辅助助时时间间，，提提高高加加工工效效率率和和质质量量。。高效效复复合合加加工工技技术术叶根根轮轮专专用用槽槽铣铣刀刀多功功能能刀刀具具的的高高效效率率组组合合加加工工34内容容先进进制制造造技技术术及及其其体体系系结结构构先进进制制造造工工艺艺技技术术及及其其发发展展趋趋势势高速速切切削削加加工工技技术术精密密与与超超精精密密加加工工技技术术特种种加加工工技技术术快速速原原型型制制造造技技术术35精密密与与超超精精密密加加工工技技术术◆精密密加加工工————在在一一定定的的发发展展时时期期，，加加工工精精度度和和表表面面质质量量达达到到较较高高程程度度的的加加工工工工艺艺。。超精精密密加加工工————在在一一定定的的发发展展时时期期，，加加工工精精度度和和表表面面质质量量达达到到最最高高程程度度的的加加工工工工艺艺。。概述◆瓦特特改改进进蒸蒸汽汽机机————镗镗孔孔精精度度1mm20世世纪纪40年年代代————最最高高精精度度1μm20世世纪纪末末————精密密加加工工：：≤≤0.1μm，Ra≤0.01μm（亚亚微微米米加加工工））超精密加工工：≤0.01μm，Ra≤0.001μm（纳米加工工）◆微细加工———微微小尺寸的的精密加工工超微细加工工——微微小尺寸的的超精密加加工36精密与超精精密加工技技术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（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份37精密与超精精密加工技技术是一个个国家制造造业水平重重要标志例：美国哈哈勃望远镜镜形状精度度0.01μm；超超大规模集集成电路最最小线宽0.1μm，日本金金刚石刀具具刃口钝圆圆半径达2nm精密加工与与超精密加加工技术是是先进制造造技术基础础和关键例：美国陀陀螺仪球圆圆度0.1μm，粗糙度度Ra0.01μm，导弹命命中精度控控制在50m范围内内；英国飞飞机发电机机转子叶片片加工误差差从60μμm降至12μm，，发电机压压缩效率从从89%提提高到94%；齿形形误差从3-4μm减小1μμm，单位位重量齿轮轮箱扭矩可可提高一倍倍精密加工与与超精密加加工技术是是新技术的的生长点精密与超精精密加工技技术涉及多多种基础学学科和多种种新兴技术术，其发展展无疑会带带动和促进进这些相关关科学技术术的发展精密与超精精密加工地地位精密与超精精密加工技技术38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精密与超精密加工分类精密与超精精密加工技技术39

直接式进化加工：利用低于工件精度的设备、工具，通过工艺手段和特殊工艺装备，加工出所需工件。适用于单件、小批生产。

间接式进化加工：借助于直接式“进化”加工原则，生产出第二代工作母机，再用此工作母机加工工件。适用于批量生产。◆“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。精密与超精精密加工特特点精密与超精精密加工技技术40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制、适应控制、再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。精密与超精精密加工技技术41精密与超精精密加工技技术42金刚石刀具具的性能特特征：(1)具具有极高的的硬度，其其硬度达到到6000～10000HV；而TiC仅为3000HV；WC为2400HV。。(2)能能磨出极其其锋锐的刃刃口，且切切削刃没有有缺口、崩崩刃等现象象。天然单单晶金刚石石刃口圆弧弧半径可小小到数纳米米，没有其其他任何材材料可以磨磨到如此锋锋利的程度度。(3)热热化学性能能优越，具具有导热性性能好、与与有色金属属间的摩擦擦系数低、、亲和力小小等特征。。(4)耐耐磨性好，，刀刃强度度高。金刚刚石摩擦系系数小，和和铝之间的的摩擦系数数仅为0.06～0.13，，如切削条条件正常，，则刀具磨磨损极慢，，刀具耐用用度极高。。金刚石超精密加工技术机理与特点

精密与超精精密加工技技术43金刚石刀具具超精密切切削的机理理和一般的的切削是有有很大差别别。切削力＞原原子结合力力（剪切应应力达13000N/mm2），切削深深度极小，，可能小于于晶粒的大大小，切削削就在晶粒粒内进行刀尖处温度度极高，应应力极大，，普通刀具具难以承受受。高速切削（（与传统精精密切削相相反），工工件变形小小，表层高高温不会波及工件内内层，可获获得高精度度和好表面面质量金刚石超精密加工技术机理与特点

精密与超精精密加工技技术44金刚石车床床加工4.5mm陶瓷瓷球精密与超精精密加工技技术金刚石车床床及其加工工照片45内容先进制造技技术及其体体系结构先进制造工工艺技术及及其发展趋趋势高速切削加加工技术精密与超精精密加工技技术特种加工技技术快速原型制制造技术46特种加工又又称非传统统加工，通通常被理解解为别于传传统切削与与磨削加工工方法的总总称。特种加工方方法产生生于二次大大战后。三三方面问题题传统机械械加工方法法难于解决决：1）难加工工材料的加加工问题。。宇航工业业等对材料料高强度、、高硬度、、高韧性、、耐高温、、耐高压、、耐低温等等的要求，，使新材料料不断涌现现。2）复杂形形面、薄壁壁、小孔、、窄缝等特特殊工件加加工问题。。3）各种超超精、光整整或具有特特殊要求的的零件的加加工问题。。为解决上面面三方面问问题，出现现了特种加加工方法。。特种加工方方法将电、、磁、声、、光等物理理量及化学学能量或其其组合直接接施加在工工件被加工工的部位上上，从而使使材料被去去除、累加加、变形或或改变性能能等。特种加工技技术概述47常见特种加加工方法◆电火花加加工

电火花成型型

电火花线切切割◆电化学加加工

电解、电铸铸、电镀◆超声加工◆激光加工工◆水射流加加工48电能与热能能作用方式式■电火花EDM、线切割WEDM、电子束EBM、等离子PAM电能与化学学能作用方方式■电解ECM、电铸、电电刷镀电化学能与与机械能作作用方式■电解磨削ECG、电解珩磨磨ECH声能与机械械作用能作作用方式：超声波加加工USM光能与热能能作用方式式：激光加工工LBM电能与机械械作用能作作用方式：离子束加加工IM液流能与机机械作用能能：挤压珩磨磨AFH、水射流WJC特种加工方方法分类（按能量形式式和作用原原理分类）特种加工技技术概述49特种加工方方法主要不不是依靠机机械能，而而是用其它它能量（如如电能、光光能、声能能、热能、、化学能等等）去除材材料。特种加工方方法由于工工具不受显显著切削力力的作用，，工具的硬硬度不一定定大于工件件的硬度，，对工具和和工件的强强度、硬度度和刚度均均没有严格格要求。一般不不会产产生加加工硬硬化现现象。。且工工件加加工部部位变变形小小，发发热少少，或或发热热仅局局限于于工件件表层层加工工部位位很小小区域域内，，工件件热变变形小小，加加工应应力也也小，，易于于获得得好的的加工工质量量。加工中中能量量易于于转换换和控控制，，有利利于保保证加加工精精度和和提高高加工工效率率。特种加加工方方法的的材料料去除除速度度，一一般低低于常常规加加工方方法，，这也也是目目前常常规加加工方方法仍仍占主主导地地位的的主要要原因因。特种加加工方方法特特点特种加加工技技术概概述50拓宽现现有特特种加加工方方法的的应用用领域域。例如，，非导导电材材料的的电火火花加加工，，电火火花、、激光光、电电子束束表面面改性性等。。向微细细化方方向发发展。。目前，，国际际上对对微细细电火火花加加工、、微细细超声声波加加工、、微细细激光光加工工、微微细电电化学学加工工等的的研究究正方方兴未未艾，，特种种微细细加工工技术术有望望成为为三维维实体体微细细加工工的主主流技技术。。采用数数控、、自适适应控控制、、CAD/CAM、、专家家系统统等技技术，，提高高加工工过程程自动动化、、柔性性化程程度。。发展趋趋势特种加加工技技术概概述51工作原原理：：利用工工具电电极与与工件件电极极之间间脉冲冲性火花放放电，产生生瞬时时高温，工件件材料料被熔化和和气化化。同时时，该该处绝绝缘液液体也也被局局部加加热，，急速速气化化，体体积发发生膨膨胀，，随之之产生生很高高的压压力。。在这这种高高压作作用下下，已已经熔熔化、、气化化的材材料就就从工工件的的表面面迅速速被除除去。。电火花加工几种代代表性性特种种加工工方法法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52电火花加工机床几种代代表性性特种种加工工方法法53电火花花线切切割加加工：：用连续续移动动的钼钼丝（（或铜铜丝））作工工具阴阴极，，工件件为阳阳极。。机床床工作作台带带动工工件在在水平平面内内作两两个方方向移移动，，可切切割出出二维维图形形。同同时，，丝架架可作作小角角度摆摆动，，可切切割出出斜面面。电火花花加工工类型型几种代代表性性特种种加工工方法法电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件Real电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal54无论硬硬、脆脆、软软、耐耐热材材料，，只要要导电电就行行小孔、、薄壁壁、窄窄槽、、复杂杂截面面同一台台电火火花机机床上上，只只需要要修改改参数数即可可完成成粗、、半精精、精精加工工电火花花加工工特点点电火花花加工工应用用电火花花成形形加工工：电电火花花打孔孔、型型腔加加工、、曲面面加工工。电火花花线切切割：：广泛泛用于于加工工各种种硬质质合金金和淬淬硬钢钢的冲冲模、、样板板、各各种形形状复复杂的的板类类零件件、窄窄缝、、栅网网等。。几种代代表性性特种种加工工方法法5556565757工作原理理：工件接阳阳极，工工具（铜铜或不锈锈钢）接接阴极，，两极间间加直流流电压6～24V，极极间保持持0.1～1mm间隙隙。在间间隙处通通以6～60m/S高速流流动电解解液，形形成极间间导电通通路，工工件表面面材料不不断溶解解，溶解解物及时时被电解解液冲走走。工具具阴极不不断进给给，保持持极间间间隙。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电解加工几种代表表性特种种加工方方法58不受材料料硬度的的限制，，能加工工任何高高硬度、、高韧性性的导电电材料，，并能以以简单的的进给运运动一次次加工出出形状复复杂的形形面和型型腔。加工形面面、型腔腔生产率率高（与与电火花花加工比比高5～～10倍倍）。阴极损耗耗小。加工表面面质量好好，无毛毛刺、残残余应力力和变形形层。设备投资资大，有有污染，，需防护护。模具型腔腔、枪炮炮膛线、、发电机机叶片、、花键孔孔、内齿齿轮、小小而深的的孔加工工，电解解抛光、、倒棱、、去毛刺刺等。电解加工工特点电解加工工应用几种代表表性特种种加工方方法59工作原理理激光加工工几种代表表性特种种加工方方法当激光束束照射到到工件表表面时，，光能被被吸收，，转化成成热能，，使照射射斑点处处温度迅迅速升高高、熔化化、气化化而形成成小坑，，由于热热扩散，，使斑点点周围金金属熔化化，小坑坑内金属属蒸气迅迅速膨胀胀，产生生微型爆爆炸，将将熔融物物高速喷喷出并产产生一个个方向性性很强的的反冲击击波，于于是在被被加工表表面上打打出一个个上大下下小的孔孔。激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源60几乎能加加工所有有材料，，特别是是高硬度度、高脆脆性及高高熔点材材料非接触加加工。激激光可视视作“光光刀”，，无“刀刀具”磨磨损，无无

“切切削力””作用于于工件，，热变形形小，加加工精度度较高。。可在其他他加工方方法不易易达到的的狭小空空间进行行加工。。可进行微微细加工工。激光光聚焦后后焦点直直径理论论上可小小至1μμ以下，，实际上上可实现现φ0.01mm的小小孔加工工和窄缝缝切割。。激光束能能量密度度高，是是局部加加工，加加工速度度快，热热影响区区小，工工件变形形小，后后续加工工量小生生产产效率高高，加工工质量稳稳定可靠靠。激光加工工特点几种代表表性特种种加工方方法61激光打孔孔速度快，，效率高高，尤其其高密度度群孔加加工大深径比比，传统统不大于于1：10，激激光在碳碳钢上加加工0.25mm的的小孔深深径比达达65：：1激光加工工应用几种代表表性特种种加工方方法激光切割割激光焊接接优点：速度快，，效率高高，变形形小；大大深宽比比，5：：1，最最大10：1；；可焊接接难熔材材料；可可进行微微型焊接接激光热处处理◎原理：照照射到金金属表面面上的激激光使表表面原子子迅速蒸蒸发，由由此产生生微冲击击波会导导致大量量晶格缺缺陷形成成，达到到硬化。。◎优点：：快速、、不需淬淬火介质质、硬化化均匀、、变形小小、硬化化深度可可精确控控制。62激光焊接车身激光切割几种代表表性特种种加工方方法63激光雕刻刻激光加工工应用几种代表表性特种种加工方方法64内容先进制造造技术及及其体系系结构先进制造造工艺技技术及其其发展趋趋势高速切削削加工技技术特种加工工技术快速原型型制造技技术65快速原型型制造——RAPIDPROTOTYPING简简称RP九十年代代发展起起来的一一项高新新技术。。RP技术术是在现现代CAD/CAM技术术、激光光技术、、计算机机数控技技术、精精密伺服服驱动技技术以及及新材料料技术的的基础上上集成发发展起来来的RP技术术在不需需要任何何刀具、、模具及及工装卡卡具的情情况下，，可将任任意复杂杂形状的的设计方方案快速速转换为为三维的的实体模模型或样样件，这这就是RP技技术所所具有的的潜在的的革命意意义。快速原型型制造简简介66成形原理理借助计算算机程序序控制，，逐层堆堆砌材料料构筑实实体堆砌材料料：片状状、粒状状、液体体堆砌技术术：胶粘粘剂粘结结、光诱诱导粘结结、激光光熔合、、高分子子树脂固固化、熔熔融材料料固化快速原型型制造简简介67立体平板板印刷装装置（StereoLithographyApparatus）从最底层层开始，，激光在在光敏树树脂表面面扫描在扫描过过程中，，激光的的曝光量量超过树树脂固化化所需的的阈值能能量的地地方才会会发生聚聚合反应应形成固固态。立体光刻刻(SLA)工工艺原理理图68分层实体体制造工工艺原理理图层合实体体制造技技术(LaminatedObjectManufacturing)LOM通通过逐层层激光剪剪切薄纸纸材料制制造零件件的一种种技术。。6970谢谢！！西南石油油大学机机电工程程学院Email：zhl@719、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨雨中中黄黄叶叶树树，，灯灯下下白白头头人人。。。。03:51:2303:51:2303:5112/29/20223:51:23AM11、以我我独沈沈久，，愧君君相见见频。。。12月月-2203:51:2303:51Dec-2229-Dec-2212、故人江海海别，几度度隔山川。。。03:51:2303:51:2303:51Thursday,December29,202213、乍见见翻疑疑梦，，相悲悲各问问年。。。12月月-2212月月-2203:51:2303:51:23December29,202214、他他乡乡生生白白发发，，旧旧国国见见青青山山。。。。29十十二二月月20223:51:23上上午午03:51:2312月月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月223:51