精密机械制造技术5非典型加工与先进制造技术

精密机械制造技术5非典型加工与先进制造技术第一页，共29页。GDUT第二页，共29页。第一节非传统加工第二节细微制造技术第三节超精密加工第四节柔性制造自动化技术与系统第五节先进生产模式一、电火花加工二、电解加工三、激光加工一、细微切削加工二、细微磨削加工三、细微蚀刻四、超声波加工五、电子束加工六、离子束加工七、快速成形技术一、超精密加工概念二、超精密加工的地位及意义三、特点、应用范围及分类四、超精密加工技术的影响因素一、柔性制造系统产生的背景二、柔性制造系统的功能及适应范围一、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）二、智能制造系统（ＩＭＳ）三、精良生产（ＬＰ）四、敏捷制造（ＡＭ）<>第三页，共29页。

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。

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。高强度、高硬度、高脆性或高熔点的各种难加工材料的加工具有较低刚度或复杂曲面的特殊零件的加工<>第四页，共29页。特种加工是利用化学的、物理的（电、声、光、热、磁）、电化学的方法对材料进行加工的特种加工能解决大量的普通机械加工方法难以解决甚至不能解决的问题<>第五页，共29页。化学加工（CHM）电化学加工（ECM）电化学机械加工（ECMM）电火花加工（EDM）电接触加工（RHM）超声波加工（USM）激光束加工（LBM）离子束加工（IBM）电子束加工（EBM）等离子体加工（PAM）电液加工（EHM）磨料流加工（AFM）磨料喷射加工（AJM）液体喷射加工（HDM）以及各种复合加工<>第六页，共29页。1.电火花加工原理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。图6-1为电火花加工装置原理图。<>第七页，共29页。2.电火花加工机床的组成

由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本体及工作液循环过滤系统等。

电火花加工的电源应选择直流脉冲电源，以形成明显的极效应。图6-2是线切割机床的工作原理图<>第八页，共29页。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、韧性及熔点的影响；加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小孔、窄缝的加工；<>第九页，共29页。可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的一次成形；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。缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热影响层等。<>第十页，共29页。1.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化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。电解加工时，工件接电源的正极，工具接负极。图6-3为电解加工的工作原理图。<>第十一页，共29页。2.电解加工设备的组成

由机床本体、电源和电解液系统等部分组成。<>第十二页，共29页。

工作电压低，电流大；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材料；加工效率比电火花成形加工高5~10倍；无机械切削或切削热；平均加工公差可达±0.1mm；附属设备多，占地面积大，造价高；电解液腐蚀机床，易污染环境。<>第十三页，共29页。1.激光加工概述

激光特征：亮度高、方向性好、单色性好、相干性好----利用光学系统可聚焦称极小的光斑，获得极高能量密度和极高的温度。

影响激光加工的因素：输出功率与照射时间；焦距、发散角与焦点位置；照射次数；工件材料等。图6-4为激光加工机示意图<>第十四页，共29页。2.激光加工机的组成

激光加工机通常由激光器、电源、光学系统和机械系统组成。<>第十五页，共29页。3.激光加工的特点

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，切割边缘质量好。<>第十六页，共29页。

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。超声波加工适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝石、金刚石等。图6-5为超声波加工的原理图<>第十七页，共29页。1.电子束加工原理分为电子束热加工和电子束化学加工电子束热加工

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5-1）<>第十八页，共29页。电子束化学加工

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。<>第十九页，共29页。2.电子束加工设备主要由以下四部分组成：电子枪系统：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，并初步聚焦，使电子加速。控制系统：由聚焦装置、偏转装置和工作台位移装置等组成。<>第二十页，共29页。真空系统：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不被氧化等，均需要真空环境。电源系统：提供各种控制电压和加速电压。<>第二十一页，共29页。电子束光刻----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，就会使潜像显影出来。集成电路光刻工艺原理（图6-7）：<>第二十二页，共29页。不锈钢、耐热钢、合金钢、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，最小孔径可达0.02~0.003mm。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。细微加工的光刻。电子束加工用于精密加工时要考虑热的影响。<>第二十三页，共29页。

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工的工艺方法。离子束加工是一种新兴的细微加工方法，在亚微米至纳米级精度的加工中很有发展前途。<>第二十四页，共29页。离子束溅射去除加工：离子聚焦成细束状，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。离子束溅射镀膜加工：离子被加速，打在靶材上，靶材分离出原子或分子，附着到工件表面形成镀膜。<>第二十五页，共29页。离子束溅射注入加工：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，成为置换原子或晶格间原子，留在工件表层，从而改变了工件表层的材料成分和性能。离子束加工对工件几乎没有热影响。<>第二十六页，共29页。1.概述 20世纪80年代中期发展起来的一种新技术----传统的加工方法是“去除”材料，而快速成形技术则采用“增加”材料。2.快速光造影系统（SLA） SLA组成：CAD/CAM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及后固化装置等组成。<>第二十七页，共29页。3