現(xiàn)代制造技術(shù)4

1、李偉光 主編機(jī)械工業(yè)出版社高職高專機(jī)電工程類 規(guī)劃教材規(guī)劃教材1.1.超聲波超聲波 人耳能感受的波人耳能感受的波:1616000HZ:1616000HZ 頻率低于頻率低于16HZ,16HZ,次聲波次聲波 頻率高于頻率高于16000HZ,16000HZ,超聲波超聲波2.2.超聲加工的基本原理超聲加工的基本原理 （1 1）適于加工各種硬脆材料）適于加工各種硬脆材料, ,特別是不導(dǎo)電的非金屬材料特別是不導(dǎo)電的非金屬材料( (例例: :玻璃、陶瓷、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等）玻璃、陶瓷、石英、鍺、硅、瑪瑙、寶石、金剛石等）（2 2）由于工具可用較軟的材料、做成較復(fù)雜的形狀，故）由于工具可用較軟

2、的材料、做成較復(fù)雜的形狀，故不需要復(fù)雜的相對運(yùn)動，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單。不需要復(fù)雜的相對運(yùn)動，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單。（3 3）由于去除材料是靠極小磨料瞬間局部撞擊作用，故）由于去除材料是靠極小磨料瞬間局部撞擊作用，故切削力、切削應(yīng)力、切削熱很小。切削力、切削應(yīng)力、切削熱很小。（不會引起變形、燒傷，（不會引起變形、燒傷，粗糙度較好，可達(dá)粗糙度較好，可達(dá)Ra1Ra10.10.1微米微米, ,加工精度可達(dá)加工精度可達(dá)0.010.010.020.02毫米毫米, ,可加工薄壁、窄縫、低剛度零件）可加工薄壁、窄縫、低剛度零件）（1）超聲發(fā)生器）超聲發(fā)生器 （2）超聲振動系統(tǒng)）超聲振動系統(tǒng) 超聲換能器超聲換能器(壓電效應(yīng)、

3、磁致伸縮）壓電效應(yīng)、磁致伸縮） 變幅桿變幅桿 工具工具（3）機(jī)床本體）機(jī)床本體 （4）工作液及循環(huán)系統(tǒng)和換能器冷卻系統(tǒng)）工作液及循環(huán)系統(tǒng)和換能器冷卻系統(tǒng)（1 1）加工速度）加工速度及其影響因素及其影響因素 工具的振幅和頻率工具的振幅和頻率 進(jìn)給壓力進(jìn)給壓力 磨料的種類和粒度磨料的種類和粒度 磨料懸浮液濃度磨料懸浮液濃度 工件材料工件材料 一般加工孔的尺寸精度：一般加工孔的尺寸精度：0.020.05mm 主要形狀誤差：橢圓度、錐度主要形狀誤差：橢圓度、錐度 影響因素：磨料粒度、工具精度及磨損、工具橫向影響因素：磨料粒度、工具精度及磨損、工具橫向 振動、加工深度、工件材料等振動、加工深度、工件材料

4、等（3）表面質(zhì)量）表面質(zhì)量及其影響因素及其影響因素 超聲加工具有較好的表面質(zhì)量及粗糙度（超聲加工具有較好的表面質(zhì)量及粗糙度（Ra1 Ra1 0.1） 影響因素：磨料顆粒的直徑、工件材料、振幅磨料懸影響因素：磨料顆粒的直徑、工件材料、振幅磨料懸 浮液的成分浮液的成分（1 1）型孔、型腔加工）型孔、型腔加工（2 2）切割加工）切割加工（3 3）復(fù)合加工）復(fù)合加工 超聲電解復(fù)合加工小孔超聲電解復(fù)合加工小孔 電解超聲復(fù)合拋光電解超聲復(fù)合拋光 超聲波切割超聲波切割 超聲振動切削加工超聲振動切削加工（4 4）超聲清洗）超聲清洗1. .電子束加工的原理電子束加工的原理 電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能

5、量密度極高電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間內(nèi)使被沖擊點(diǎn)的工件材料達(dá)到幾千度以上在極短的時間內(nèi)使被沖擊點(diǎn)的工件材料達(dá)到幾千度以上的高溫，材料熔化、氣化，被真空抽走。的高溫，材料熔化、氣化，被真空抽走。（1）加工面積可以很小，是一種精密細(xì)微的加工方法）加工面積可以很小，是一種精密細(xì)微的加工方法（2）是一種非接觸式加工。不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形，加）是一種非接觸式加工。不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形，加工材料范圍很廣，脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體及半導(dǎo)體工材料范圍很廣，脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體及

6、半導(dǎo)體材料均可加工。材料均可加工。（3）電子束能量密度很高，因而生產(chǎn)率很高（每秒可以）電子束能量密度很高，因而生產(chǎn)率很高（每秒可以在在2.5mm厚的鋼板上鉆厚的鋼板上鉆50個個0.4mm的孔）的孔）（4）電子束的可控性好，便于實(shí)現(xiàn)自動化。）電子束的可控性好，便于實(shí)現(xiàn)自動化。（5）污染少，加工表面不氧化，特別適于加工易氧化的）污染少，加工表面不氧化，特別適于加工易氧化的金屬及合金材料，純度要求極高的半導(dǎo)體材料。金屬及合金材料，純度要求極高的半導(dǎo)體材料。（6）價格昂貴，有一定局限性。）價格昂貴，有一定局限性。 電子槍電子槍 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 電源電源（1）高速打孔）高速打孔 最小

7、直徑最小直徑0.003mm左右左右（2）加工型孔及特殊表面）加工型孔及特殊表面 噴絲頭異型孔噴絲頭異型孔 切割各種復(fù)雜型面切割各種復(fù)雜型面 加工彎孔和曲面加工彎孔和曲面（3）刻蝕）刻蝕（4）焊接）焊接（5）熱處理）熱處理（6）光刻）光刻1.離子束加工原理和物理基礎(chǔ)離子束加工原理和物理基礎(chǔ) 離子束加工的原理：在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束加工的原理：在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之打到工件表面，靠微觀的機(jī)離子束經(jīng)過加速聚焦，使之打到工件表面，靠微觀的機(jī)械撞擊能量來加工工件。械撞擊能量來加工工件。 離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時所發(fā)離子束加工的物理基礎(chǔ)是離子束射

8、到材料表面時所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。(1)是所有特種加工中最精細(xì)的(2)污染少(3)加工應(yīng)力、熱變形小，加工質(zhì)量好（4）設(shè)備費(fèi)用高，成本高，加工效率低 是一種用材料逐層或逐點(diǎn)堆積出制件的新型制造方法。是一種用材料逐層或逐點(diǎn)堆積出制件的新型制造方法。 它不采用常規(guī)的模具或刀具來加工工件，而是利用光、它不采用常規(guī)的模具或刀具來加工工件，而是利用光、電、熱等手段、通過固化、燒結(jié)、粘結(jié)、熔結(jié)、聚合作電、熱等手段、通過固化、燒結(jié)、粘結(jié)、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)作用等方式，有選擇地固化（或粘結(jié)）液體用或化學(xué)作用等方式，有選擇地固化（或粘結(jié)）液體（或固體）材料，實(shí)

9、現(xiàn)材料的遷移和堆積，形成所需要（或固體）材料，實(shí)現(xiàn)材料的遷移和堆積，形成所需要的原型零件。的原型零件。特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）制造精度高（）制造精度高（0.1mm），表面質(zhì)量好，原材料利），表面質(zhì)量好，原材料利用率接近用率接近100%（2）能制造形狀特別復(fù)雜（如腔體等）及特別精細(xì)（如）能制造形狀特別復(fù)雜（如腔體等）及特別精細(xì)（如首飾、工藝品等）的零件首飾、工藝品等）的零件（3）能使用成形材料較脆、材料固化中伴隨一定的收縮）能使用成形材料較脆、材料固化中伴隨一定的收縮的材料制造所需零件。的材料制造所需零件。（1）不需制作支撐；）不需制作支撐；（2）激光只作輪廓掃描，而不需填充掃描，成型率高；）激光只作

10、輪廓掃描，而不需填充掃描，成型率高；（3）運(yùn)行成本低；）運(yùn)行成本低；（4）成形過程中無相變且殘余應(yīng)力小；）成形過程中無相變且殘余應(yīng)力?。唬?）材料利用率低，表面質(zhì)量較差。）材料利用率低，表面質(zhì)量較差。（1）不需要制作支撐）不需要制作支撐（2）成形零件的機(jī)械性能好，強(qiáng)度高）成形零件的機(jī)械性能好，強(qiáng)度高（3）粉末較松散，燒結(jié)后精度不高，）粉末較松散，燒結(jié)后精度不高，Z軸精度難以控制軸精度難以控制（1）成形零件的機(jī)械性能好，強(qiáng)度高）成形零件的機(jī)械性能好，強(qiáng)度高（2）成形材料的來源廣、成本低、無異味（常用材）成形材料的來源廣、成本低、無異味（常用材料：鑄造石蠟、尼龍、熱塑材料等）料：鑄造石蠟、尼龍、熱

11、塑材料等）（3）可采用多個噴頭同時工作）可采用多個噴頭同時工作（4）成形精度不高，不適合制作復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的零）成形精度不高，不適合制作復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件件一、超高速加工的概念及其特點(diǎn)一、超高速加工的概念及其特點(diǎn) *超高速加工速度高于常規(guī)切削速度的五至十幾倍。超高速加工速度高于常規(guī)切削速度的五至十幾倍。 例如：例如： 超高速切削鋁合金超高速切削鋁合金V=20007500m/min 超高速切削鑄鐵超高速切削鑄鐵 V=900 5000m/min 超高速切削普通綱才超高速切削普通綱才V=6003000m/min *超高速加工的切削進(jìn)給速度超高速加工的切削進(jìn)給速度Vf=20 40m/min *超高速加工

12、主要有：超高速加工主要有： （1）超高速銑削）超高速銑削 （2）超高速鏜削）超高速鏜削 （3）超高速磨削）超高速磨削 （4）超高速切割）超高速切割 （1 1）整體加工效率可提高幾倍至十幾倍，而且可使加工）整體加工效率可提高幾倍至十幾倍，而且可使加工成本降低成本降低（2 2）可獲得較高的加工精度。對于大型框架件、薄壁件）可獲得較高的加工精度。對于大型框架件、薄壁件和薄壁槽形件的高效高精度加工，超高速銑削加工是目和薄壁槽形件的高效高精度加工，超高速銑削加工是目前唯一有效的方法。前唯一有效的方法。（3 3）可獲得較高的加工表面完整性，亦可獲得低損傷的）可獲得較高的加工表面完整性，亦可獲得低損傷的表面

13、結(jié)構(gòu)狀態(tài)和保持良好的表面物理性能、機(jī)械性能。表面結(jié)構(gòu)狀態(tài)和保持良好的表面物理性能、機(jī)械性能。（4 4）加工能耗低，節(jié)約制造資源）加工能耗低，節(jié)約制造資源（5 5）能有效抑制或減小切削振動，減低表面粗糙度。）能有效抑制或減小切削振動，減低表面粗糙度。1.關(guān)鍵技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)(1)高速切削機(jī)床高速切削機(jī)床 具有高主軸轉(zhuǎn)速、高動態(tài)的進(jìn)給驅(qū)動，大的功率，良好的剛性，具有高主軸轉(zhuǎn)速、高動態(tài)的進(jìn)給驅(qū)動，大的功率，良好的剛性，快速的快速的CNCCNC控制性能，可靠的安全防護(hù)等等?？刂菩阅埽煽康陌踩雷o(hù)等等。(2)高速切削刀具高速切削刀具 具有良好的耐磨性和高的強(qiáng)度韌性的先進(jìn)刀具材料，優(yōu)良的涂層具有良好的耐磨性

14、和高的強(qiáng)度韌性的先進(jìn)刀具材料，優(yōu)良的涂層技術(shù)，合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，高度動平衡的刀具系統(tǒng)，安全可靠技術(shù)，合理的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，高度動平衡的刀具系統(tǒng)，安全可靠的夾緊方式，高同心度的刀刃精度質(zhì)量等等。的夾緊方式，高同心度的刀刃精度質(zhì)量等等。(3)(3)高速切削工藝高速切削工藝 優(yōu)化的高速切削參數(shù)優(yōu)化的高速切削參數(shù), ,合適高速切削的加工走刀方式合適高速切削的加工走刀方式, ,專門的專門的CAD/CAMCAD/CAM編程策略編程策略, ,充分冷卻潤滑并具有環(huán)保特性的冷卻方式等充分冷卻潤滑并具有環(huán)保特性的冷卻方式等. . 高速銑削應(yīng)用范圍高速銑削應(yīng)用范圍 技術(shù)優(yōu)點(diǎn)技術(shù)優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域 事事 例例 高

15、去除率高去除率 輕合金、綱和鑄鐵輕合金、綱和鑄鐵 航空航天產(chǎn)品、工具、航空航天產(chǎn)品、工具、 模具制造模具制造 高表面質(zhì)量高表面質(zhì)量 精密加工、特殊工件精密加工、特殊工件 光學(xué)零件、精細(xì)零件、光學(xué)零件、精細(xì)零件、 旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī) 小切削力小切削力 薄壁件薄壁件 航空航天工業(yè)、汽車航空航天工業(yè)、汽車 工業(yè)工業(yè) 、家用設(shè)備、家用設(shè)備 高激振頻率高激振頻率 避共振頻率避共振頻率 精密機(jī)械和光學(xué)工業(yè)精密機(jī)械和光學(xué)工業(yè) 切屑散熱切屑散熱 熱敏感工件熱敏感工件 精密機(jī)械、鎂合金加精密機(jī)械、鎂合金加 工工 1.1.超精密加工的技術(shù)內(nèi)涵幾范疇超精密加工的技術(shù)內(nèi)涵幾范疇 超精密加工是指加工精度及表面質(zhì)量達(dá)到

16、極高程度的超精密加工是指加工精度及表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的精密加工工藝，從概念上講具有相對性，隨著加工技術(shù)精密加工工藝，從概念上講具有相對性，隨著加工技術(shù)的發(fā)展，其指標(biāo)也是不斷變化的。的發(fā)展，其指標(biāo)也是不斷變化的。（1 1）一般加工：）一般加工：1010微米左右微米左右 Ra0.3Ra0.30.80.8微米微米（2 2）精密加工：）精密加工：10 10 0.10.1微米微米 Ra0.03Ra0.030.30.3微米微米（3 3）超精密加工：）超精密加工：0.1 0.1 0.010.01微米微米 Ra0.03Ra0.030.050.05微米微米（4 4）納米加工：）納米加工： 高于高于1010-3-3微米微米 小于小于Ra0.005Ra0.005微米微米（1 1）加工技術(shù)（即加工方法與加工機(jī)理）加工技術(shù)（即加工方法與加工機(jī)理） 超精密切削；超精密磨料加工；超精密特種加工及復(fù)合加工超精密切削；超精密磨料加工；超精密特種加工及復(fù)合加工（2 2）材料技術(shù)（即加工工具與被加工材料）材料技術(shù)（即加工工具與被加工材料） 如如超精密加工工具磨具材料；刀具磨具制備及刃磨技術(shù)等超精密加工工具磨具材料；刀具磨具制備及刃磨技術(shù)等（3 3）加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元部件）加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元部件 如機(jī)床（高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、高自動化）；精