机械制造基础课件 项目十一 简要了解现代制造技术

项目十一简要了解现代制造技术【项目概述】

由于各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题，传统的加工方法已经不能满足生产的要求，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工，因此各种先进加工方法和特种加工技术便应运而生，并不断获得发展。本项目主要介绍了几种常见的特种加工方法：电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工的工作原理及其应用场合。3D打印技术分类、应用及特点。【教学目标】

1：能力目标：通过本项目的学习，学生可以了解常用的特种加工方法的种类及适用范围。对3D打印技术有一个初步的了解。

2：知识目标：了解特种加工的概念、特点，电火花、线切割的工作原理及应用，3D打印技术分类、工作原理、特点。任务一了解特种加工技术基础知识

知识模块1特种加工简介

特种加工，即将电、磁、声、光、化学等能量或其组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料切除、变形、改变性能或被镀覆等的非传统加工方法统称为特种加工。知识模块2特种加工的特点

1.不用机械能，与加工对象的机械性能无关。

2.非接触加工。

3.微细加工，工件表面质量高。

4.不存在加工中的机械应变或大面积的热应变

5.两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工知识模块3特种加工方法的分类特种加工方法的分类见表11-1所示。

任务二了解常用的几种特种加工方法

知识模块1数控电火花线切割加工

1电火花线切割加工的基本原理（如图11-1所示）

2、数控线切割机床的分类根据电极丝的运行速度和运转方式，数控线切割机床可分为以下三类：高速走丝线切割机床（WEDM－HS）低速走丝线切割机床（WEDM－LS）自旋转式数控线切割机床

3、数控线切割机床的组成如图11-2和图11-3所示，数控线切割机床主要由机床本体、脉冲电源、工作液循环系统、数控系统和机床附件等组成。图11-2高速走丝线切割装置示意图

图11-3低速走丝线切割装置示意图动画\线切割.flv3.2数控系统数控系统的主要作用是在电火花线切割加工过程中，按加工程序要求自动控制电极丝与工件的相对运动轨迹和进给速度，实现自动加工。数控系统的主要功能:

（1）轨迹控制功能通过插补运算，驱动步进电动机实现工作进给，精确控制电极丝与工件的相对运动轨迹，切割出符合形状、尺寸要求的零件。（2）加工控制功能

①进给控制②短路退回③间隙补偿④图形的缩放、旋转和平移⑤适应控制⑥自动找中心⑦信息显示⑧自诊断功能等。知识模块2电火花成型加工

1加工原理电火花成型加工原理如图11-5所示。在工具电极4和工件1之间接一脉冲电源2，利用自动进给调节装置3使工具电极与工件始终保持一很小的放电间隙，在脉冲电流的作用下，产生火花放电。

图11-6电火花成型加工原理2、数控电火花成型加工机床数控电火花成型加工机床是一种高精度的自动化加工机床。如图11-6所示，它由机床本体、脉冲电源、数控系统、工作液循环系统等组成。图11-7数控电火花成型加工机床示意图动画\电火花加工.flv动画\电火花加工原理.swf知识模块3激光加工

1.激光激光（Laser，即LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的缩写）意思是利用受激辐射而得到的加强光。激光的特点：具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好的基本特性。例如人工晶体红宝石基本成分是氧化铝，其中掺杂0.05%（质量分数）的氧化铬，铬离子就可以发射激光。2.激光的加工原理由于激光的强度高、方向性好、颜色单纯，可以通过一系列的光学系统把激光束聚焦成一个极小的光斑（直径仅有几微米到几十微米），获得108～1010W/mm2的能量密度和10000℃以上的高温，从而能在千分之几秒甚至更短的时间内，使各种物质熔化和气化，以达到蚀除被加工工件材料的目的。3.激光的加工特点及应用激光加工大多数基于光对非透明体材料的作用过程，其特点如下:

（1）激光的光斑小，能进行非常细微的加工。（2）激光的能量密度高，适用于用其他方法难加工的材料。（3）激光加工时，激光枪体与工件不接触，加工变形小，热变形也小。（4）激光能穿过透明体进行加工。（5）激光加工与电子束加工相比，不需要真空，也不需要对X射线进行防护。因此激光装置简单，工作性能良好。4.激光的种类激光根据其所用的发光材料不同，可分为固体激光、气体激光、液体激光和半导体激光等。5.CO2激光切割机目前工业生产中用于大量切割加工的激光切割机，大多采用CO2气体激光器，而各种细微、精密零件的切割加工则大多采用YAG固体激光器。

图11-9轴流式CO2激光器组成示意图1—激光束、2—冷却水、3—反射镜、4—聚焦透镜、5—压缩空气、6—割嘴图11-10激光割炬结构示意图知识模块4电解加工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。动画\激光加工.flv图11-11电解加工装置示意图知识模块5超声波加工1、超声波加工的工作原理超声波加工是利用超声频(10～25kHz)振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨料，由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件加工的一种方法。

图11—12超声波加工的工作原理动画\超声波加工原理.avi2、超声波加工的特点及应用（1）材料的去除是靠极小的磨料蚀除，因而加工效率不高。（2）能获得较好的加工质量，一般尺寸精度可达0.05～0.01mm，表面粗糙度可达Ra0.4～0.1μm。（3）超声波加工适宜加工各种硬脆材料，特别是电火花加工和电解加工难以加工的不导电材料和半导体材料，如玻璃、陶瓷、硅晶体、宝石、金刚石、石英等。（4）属无屑加工，无污染。（5）在加工难切割材料时，将超声振动与其它加工方法相结合可以取长补短，起到提高加工效率、加工精度及工件表面质量等效果。适宜超声波加工的工件表面有各种型孔、型腔及成型表面等，还可以进行材料的切割。

动画\电解加工.avi任务三了解3D打印技术知识模块13D打印技术的概念和原理3D打印技术又称“增材制造”诞生于20世纪80年代后期，源自美国研究照相雕塑和地貌成型技术，是一种与传统材料去除加工方法相反，基于三维数字模型的，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料采用逐层制造方式将材料结合起来的工艺。目前应用较多的3D打印技术主要包：括光固化立体印刷（SLA）、熔融沉积制造（FDM）、选择性激光烧结（SLS）和三维喷印（3DP）等。知识模块2光固化立体印刷（SLA）

该技术以光敏树脂为打印材料，通过计算机控制紫外激光的运动，沿着零件各分层截面对液体光敏树脂逐点扫描，被扫描的光敏树脂薄层产生聚合而固化，而未被扫描到的光敏树脂仍保持液态。当一层固化完毕，工作台移动一个层片厚度的距离，然后在上一层已经固化的树脂表面再覆盖一层新的液态树脂，用以进行再一次的扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此循环往复，直到整个零件原型制造完毕。知识模块3熔融沉积制造（FDM）该技术把丝状的热熔性材料（ABS树脂、尼龙、蜡等）加热熔化到半流体态，在计算机的控制下，根据截面轮廓信息，喷头将半流态的材料挤压出来，凝固后形成轮廓的薄层。一层完毕后，工作台下降一个分层厚度的高度再成型下一层进行固化。这样层层堆积黏结，自上而下形成一个零件的整体造型。FDM成型的零件强度好，易于装配。知识模块4选择性激光烧结（SLS）预先在工作台上铺设塑料、蜡、陶瓷、金属或其复合物的粉末，激光束在计算机控制下，通过扫描器以一定的速度和能量密度按层进行二维数据扫描；固化后工作台下降一个分层厚度，再次铺粉，开始一个新的循环，通过层层堆积获得实体零件。该技术工艺简单、打印材料选择范围广。知识模块5三维喷印（3DP）

是一种利用微滴喷射技术的打印技术，通过喷射黏结剂将