機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展課件

第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展2022/10/31第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展2022/10/22第7章機(jī)械制造技17.1先進(jìn)制造技術(shù)及發(fā)展AdvancedManufacturingTechnologyandDevelopment第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.1先進(jìn)制造技術(shù)及發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展27.1.1現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的特點(diǎn)

現(xiàn)代制造技術(shù)即用先進(jìn)的制造技術(shù)(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造技術(shù)。先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）是一種以優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、潔凈和靈活性為典型特征的新的機(jī)械制造技術(shù)。重視、發(fā)展和應(yīng)用這種先進(jìn)的制造技術(shù)對(duì)于一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展有著重大的意義。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.1.1現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代制造技術(shù)即用先3一、AMT的產(chǎn)生背景

AMT首先由美國(guó)于20世紀(jì)80年代末提出。

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)政府只對(duì)基礎(chǔ)研究、衛(wèi)生健康、國(guó)防技術(shù)等給予經(jīng)費(fèi)支持，而對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)不予支持，主張產(chǎn)業(yè)技術(shù)通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，由企業(yè)自主發(fā)展

20世紀(jì)70年代，一批美國(guó)學(xué)者不斷鼓吹美國(guó)已進(jìn)入“后工業(yè)化社會(huì)”，認(rèn)為制造業(yè)是“夕陽(yáng)工業(yè)”，主張經(jīng)濟(jì)重心由制造業(yè)轉(zhuǎn)向高科技產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展一、AMT的產(chǎn)生背景AMT首先由美國(guó)于20世紀(jì)80年代末4結(jié)果：導(dǎo)致美國(guó)在經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、汽車大量涌入并占領(lǐng)了美國(guó)市場(chǎng)。（20世紀(jì)60年代美國(guó)汽車產(chǎn)量占世界汽車總產(chǎn)量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）。

20世紀(jì)80年代,美國(guó)政府開(kāi)始認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性。白宮一份報(bào)告稱“美國(guó)經(jīng)濟(jì)衰退已威脅到國(guó)家安全”MIT的一份報(bào)告寫(xiě)到“經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是制造技術(shù)和制造能力的競(jìng)爭(zhēng)”，“一個(gè)國(guó)家要生活好，必須生產(chǎn)好”，表明美國(guó)知識(shí)界與政府之間取得了共識(shí)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展結(jié)果：導(dǎo)致美國(guó)在經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、5

1988年,美國(guó)政府投資進(jìn)行大規(guī)?！?1世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究,并于其后不久提出了“先進(jìn)制造技術(shù)”發(fā)展目標(biāo)，制定并實(shí)施了“先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）”和“制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）”

1991年，白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表“美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)”報(bào)告，重新確立了制造業(yè)的地位

1993年，克林頓在硅谷發(fā)表題為“促進(jìn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的技術(shù)——增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的新方向”的演說(shuō)，對(duì)制造業(yè)給予了實(shí)質(zhì)性強(qiáng)有力的支持。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展1988年,美國(guó)政府投資進(jìn)行大規(guī)?！?1世紀(jì)制造6

“制造業(yè)仍是美國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，美國(guó)曾多年是制造業(yè)的世界領(lǐng)袖，不受挑戰(zhàn)。但近十年我們的實(shí)力每況愈下…美國(guó)企業(yè)和政府對(duì)制造技術(shù)投資不足，與其它外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者相比，美國(guó)公司在整個(gè)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃中忽視了與工藝有關(guān)的研究開(kāi)發(fā)…忽視了現(xiàn)有技術(shù)和訣竅的傳播…”隨著美國(guó)在“先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）”和“制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）”的實(shí)施和推行，從而取得了明顯的效果。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展“制造業(yè)仍是美國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，美國(guó)7

汽車2mm工程，使轎車車身精度達(dá)到豐田水平。1994年，美國(guó)汽車產(chǎn)量重新超過(guò)日本，重新占領(lǐng)歐、美市場(chǎng)美國(guó)Inter公司成為世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生產(chǎn)也不敵日本，包括海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中大出風(fēng)頭的“愛(ài)國(guó)者”導(dǎo)彈上使用的芯片也是日本制造的）20世紀(jì)90年代，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，失業(yè)率降低到歷史最低水平提出了一系列的先進(jìn)制造技術(shù)的新理論、新思想，如：CE，LP，AM，…第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展汽車2mm工程，使轎車車身精度達(dá)到豐田水平。第78

對(duì)AMT而言，至今尚無(wú)明確的和一致公認(rèn)的定義，通過(guò)對(duì)其特征的分析和多年的實(shí)踐總結(jié)，可以認(rèn)為：◆

AMT是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力的制造技術(shù)的總稱。二、AMT的定義、要點(diǎn)和特征AMT的定義第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)AMT而言，至今尚無(wú)明確的和一致公9提高制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力；強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)在整個(gè)制造過(guò)程中綜合應(yīng)用AMT要點(diǎn)AMT特征◆

AMT是一項(xiàng)綜合性技術(shù)

AMT不是一項(xiàng)具體的技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程思想和方法將各種相關(guān)技術(shù)集合成一個(gè)整體的，特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等的綜合應(yīng)用以及人、技術(shù)、管理的有機(jī)結(jié)合。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展AMT要點(diǎn)AMT特征◆AMT是一項(xiàng)綜合性技術(shù)第7章機(jī)10

◆

AMT是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)技術(shù)AMT沒(méi)有一個(gè)固定的模式，它要與企業(yè)的具體情況相結(jié)合。同時(shí)AMT也不是一成不變的，而是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，它要不斷地吸收和利用各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到制造系統(tǒng)的各個(gè)部分和整個(gè)過(guò)程，使其不斷趨于完善?！鬉MT是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)AMT有明顯的需求導(dǎo)向特征，不以追求技術(shù)高新度為目的，重在實(shí)際效果。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆AMT是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)技術(shù)◆AMT是面向工業(yè)應(yīng)用11

◆

AMT是面向21世紀(jì)的技術(shù)AMT是制造技術(shù)發(fā)展的新階段，它保留了傳統(tǒng)制造技術(shù)中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技術(shù)，使其產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。AMT強(qiáng)調(diào)環(huán)保技術(shù)，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略?！?/p>

AMT是面向全球競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)通過(guò)提高企業(yè)綜合效益和對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力，達(dá)到提高競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆AMT是面向21世紀(jì)的技術(shù)◆AMT是面向全球競(jìng)127.1.2現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

◆

信息技術(shù)對(duì)AMT發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用

信息技術(shù)是各種先進(jìn)制造技術(shù)的重要支撐，信息技術(shù)向制造技術(shù)的注入與融合，必將促進(jìn)AMT的不斷發(fā)展。◆現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將迅速發(fā)展和不斷完善

包括CAD，CAE，DFX，健壯設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能設(shè)計(jì)，反求工程，面向全生命周期的設(shè)計(jì)等。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.1.2現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)◆信息技術(shù)對(duì)AMT13

◆材料成形向精密、低耗、清潔方向發(fā)展

材料成形技術(shù)將使毛坯從接近零件形狀向直接制成工件精密成形或稱凈成形的方向發(fā)展。據(jù)國(guó)際機(jī)械加工技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，本世紀(jì)初，塑性成形與磨削加工相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。運(yùn)用改性技術(shù)，將獲得各種特殊性能要求的表面（涂）層，同時(shí)減少能耗并消除污染。

◆加工技術(shù)向超精密、超高速方向發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆材料成形向精密、低耗、清潔方向發(fā)展◆加工技術(shù)向超14

◆

綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)重要特征

包括：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)（產(chǎn)品在全生命周期符合環(huán)保、人類健康、能耗低、資源利用率高的要求）；綠色制造技術(shù)（在整個(gè)制造過(guò)程，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小，廢棄物和有害物質(zhì)的排放最小，資源利用效率最高）；產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造（例如，汽車等產(chǎn)品的拆卸和回收技術(shù)，以及生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)等）?！?/p>

虛擬制造將獲得廣泛應(yīng)用

用虛擬制造環(huán)境中生成的軟產(chǎn)品原型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品進(jìn)行試驗(yàn)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)重要特征第7章機(jī)械制157.2精密制造技術(shù)PrecisionManufacturingTechnology第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.2精密制造技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展167.2.1概述◆精密加工：在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。一、定義◆超精密加工：在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.2.1概述◆精密加工：在一定的發(fā)展時(shí)期，加工17◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm

20世紀(jì)40年代——最高精度1μm20世紀(jì)末——精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細(xì)加工——微小尺寸的精密加工超微細(xì)加工——微小尺寸的超精密加工

二、加工精度的發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm◆微細(xì)加工——18圖7-3達(dá)到的加工精度和年代的關(guān)系普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對(duì)位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量?jī)x器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動(dòng)測(cè)微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測(cè)長(zhǎng)儀圓度儀輪廓儀激光高精度測(cè)長(zhǎng)儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展圖7-3達(dá)到的加工精度和年代的關(guān)系普通加工精密加工超精密加19

三、精密與超精密加工的意義

精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。例：美國(guó)哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm……

精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長(zhǎng)點(diǎn)。精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無(wú)疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展三、精密與超精密加工的意義精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家20

精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。例：美國(guó)陀螺儀球圓度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，使制造精度達(dá)到0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，從而使洲際導(dǎo)彈的命中精度從500m控制在50～150m范圍內(nèi)；英國(guó)飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60μm降至12μm，使發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；若能齒形誤差從3-4μm減小1μm，則單位齒輪箱重量所能傳遞的扭矩可提高一倍……第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。第7章21

四、精密與超精密加工的特點(diǎn)

直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過(guò)工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。

間接式進(jìn)化加工：借助于直接式“進(jìn)化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機(jī)，再用此工作母機(jī)加工工件。適用于批量生產(chǎn)。◆“進(jìn)化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同?！?/p>

微量切削機(jī)理第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展四、精密與超精密加工的特點(diǎn)直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精22傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來(lái)越多要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測(cè)試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大。◆形成綜合制造工藝廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量。◆

與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限23精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)（如加工直徑3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）?！?/p>

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合

精密檢測(cè)是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵?！?/p>

加工與檢測(cè)一體化第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特247.2.2精密加工與超精密加工的方法一、金剛石超精密加工技術(shù)

切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)13000N/mm2）。刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受。高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會(huì)波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量◆

機(jī)理、特點(diǎn)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.2.2精密加工與超精密加工的方法一、金剛石超精密加25

用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等加工有機(jī)玻璃和各種塑料典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹(shù)脂隱形眼鏡鏡片等◆應(yīng)用◆

關(guān)鍵技術(shù)：加工設(shè)備和刀具第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“26★

加工設(shè)備要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等。如美國(guó)Moore公司M-18AG金剛石車床，主軸采用空氣靜壓軸承，轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，徑跳＜0.1μm；液體靜壓導(dǎo)軌，直線度達(dá)0.05μ/100mm；數(shù)控系統(tǒng)分辨率0.01μ。車床主軸裝在橫向滑臺(tái)（X軸）上，刀架裝在縱向滑臺(tái)（Z軸）上。可解決兩滑臺(tái)的相互影響問(wèn)題，而且縱、橫兩移動(dòng)軸的垂直度可以通過(guò)裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。

T形布局第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展★加工設(shè)備要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功27

金剛石車床主要性能指標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)分辯率/μm400×2005000～1000050000.1～0.01≤0.2/100≤0.1≤0.1≤1/150≤2/100徑向1140軸向1020640720最大車削直徑和長(zhǎng)度/mm最高轉(zhuǎn)速r/mm最大進(jìn)給速度mm/min重復(fù)精度(±2σ)/μm主軸徑向圓跳動(dòng)/μm滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度/μm主軸前靜壓軸承（φ100mm）的剛度/（N/μm）主軸后靜壓軸承（φ80mm）的剛度/（N/μm）縱橫滑臺(tái)的靜壓支承剛度/（N/μm）表7-5金剛石車床主要性能指標(biāo)主軸軸向圓跳動(dòng)/μm橫滑臺(tái)對(duì)主軸的垂直度/μm第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展金剛石車床主要性能指標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)分辯率/μm400×20028◆

金剛石刀具

超精切削刀具材料：天然金剛石，人造單晶金剛石金剛石的晶體結(jié)構(gòu)：規(guī)整的單晶金剛石晶體有八面體、十二面體和六面體，有三根4次對(duì)稱軸，四根3次對(duì)稱軸和六根2次對(duì)稱軸。a）4次對(duì)稱軸和（100）晶面L4（100）（110）L2L3（111）b）2次對(duì)稱軸和（110）晶面c）3次對(duì)稱軸和（111）晶面八面體的晶軸和鏡晶面第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆金剛石刀具超精切削刀具材料：天然金剛石，人造單晶金剛石29

金剛石刀具刃磨：通常在鑄鐵研磨盤上進(jìn)行研磨；晶向選擇應(yīng)使晶向與主切削刃平行；圓角半徑越小越好（理論可達(dá)到1nm）。金剛石車刀結(jié)構(gòu)和刀具角度如圖所示第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展金剛石刀具刃磨：通常在鑄鐵研磨盤上進(jìn)行研磨；晶向選擇應(yīng)30二、超硬磨料砂輪精密與超精密磨削◆

砂輪材料：金剛石，立方氮化硼（CBN）

可加工各種高硬度、高脆性金屬及非金屬材料（鐵金屬用CBN）耐磨性好，耐用度高，磨削能力強(qiáng)，磨削效率高磨削力小，磨削溫度低，加工表面好◆

特點(diǎn)：第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展二、超硬磨料砂輪精密與超精密磨削◆砂輪材料：金剛石，立方氮31

分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩步進(jìn)行常用方法—①用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修整，獲得所需形狀；②電解修銳（適用于金屬結(jié)合劑砂輪），效果好，并可在線修整?！?/p>

砂輪修整：◆

ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）——由日本東京大學(xué)理化研究所發(fā)明的電解在線修銳法的砂輪修銳效果為最好。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩步進(jìn)行◆砂輪修整：32進(jìn)給＋－ELID磨削原理電源金剛石砂輪（鐵纖維結(jié)合劑）冷卻液冷卻液電刷使用ELID磨削，冷卻液為一種特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。由于電解修銳連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個(gè)磨削過(guò)程保持同一鋒利狀態(tài)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)給＋－ELID磨削原理電源金剛石砂輪冷卻液冷卻液電刷使用33砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光。有開(kāi)式和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等。接觸輪硬磁盤—裝在主軸真空吸盤上砂帶磨削示意圖V砂帶砂帶輪卷帶輪F-徑向進(jìn)給f-徑向振動(dòng)◆

精密與超精密砂帶磨削第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。接觸輪硬磁盤34幾種砂帶磨削形式a）砂帶無(wú)心外圓磨削（導(dǎo)輪式）工件導(dǎo)輪接觸輪主動(dòng)輪砂帶工件接觸輪主動(dòng)輪砂帶b）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）c）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）工件接觸輪主動(dòng)輪砂帶接觸輪砂帶工件d）砂帶內(nèi)圓磨削（回轉(zhuǎn)式）工件支承板主動(dòng)輪砂帶工作臺(tái)e）砂帶平面磨削（支承板式）f）砂帶平面磨削（支承輪式）支承輪工件砂帶接觸輪第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展幾種砂帶磨削形式a）砂帶無(wú)心外圓磨削（導(dǎo)輪式）工件導(dǎo)輪35

砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（Ra值可達(dá)0.02μm）。

3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。4）制作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便。5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工36

微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1μm～10μm。精度表示方法——一般尺寸加工，其精度用誤差尺寸與加工尺寸比值表示；微細(xì)加工，其精度用誤差尺寸絕對(duì)值表示?！凹庸挝弧薄コ粔K材料的大小，對(duì)于微細(xì)加工，加工單位可以到分子級(jí)或原子級(jí)。微切削機(jī)理——切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，切削力要超過(guò)晶體內(nèi)分子、原子間的結(jié)合力，單位面積切削阻力急劇增大。7.2.3微細(xì)加工技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工37熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激光）壓鑄，擠壓，噴射，澆注微離子流動(dòng)加工熱表面流動(dòng)粘滯性流動(dòng)摩擦流動(dòng)變形加工(流動(dòng)加工)化學(xué)鍍，氣相鍍（電鍍，電鑄）氧化，氮化（陽(yáng)極氧化）（真空）蒸鍍，晶體增長(zhǎng)，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳，（侵鍍，熔化鍍）濺射沉積，離子沉積（離子鍍）離子濺射注入加工化學(xué)(電化學(xué))附著化學(xué)(電化學(xué))結(jié)合熱附著擴(kuò)散(熔化)結(jié)合物理結(jié)合注入結(jié)合加工(附著加工)車削，銑削，鉆削，磨削蝕刻，化學(xué)拋光，機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工，熔化去除加工離子束濺射去除加工，等離子體加工機(jī)械去除化學(xué)分解電解蒸發(fā)擴(kuò)散與熔化濺射分離加工(去除加工)加工方法加工機(jī)理

微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激光）熱表面流動(dòng)變形加工(流38◆主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面?！舻毒撸憾嘤脝尉Ы饎偸嚨丁姷?。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑（可小到5μm）靠刀尖相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來(lái)得到。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時(shí)，刀具的切削刃形成一個(gè)圓錐形的切削面。微細(xì)機(jī)械加工第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面39微小位移機(jī)構(gòu)，微量移動(dòng)應(yīng)可小至幾十個(gè)納米。高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。要求低摩擦的傳動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌支承系統(tǒng)，以及高跟蹤精度的伺服系統(tǒng)。高的定位精度和重復(fù)定位精度，高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刀具的穩(wěn)固夾持和高的安裝精度。高的主軸轉(zhuǎn)速及動(dòng)平衡。◆

微細(xì)機(jī)械加工設(shè)備穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動(dòng)干擾。具有刀具破損檢測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展微小位移機(jī)構(gòu)，微量移動(dòng)應(yīng)可小至幾十個(gè)納米?！粑⒓?xì)機(jī)械加40FANUCROBOnanoUi型微型超精密加工機(jī)床：

機(jī)床有X、Z、C、B四個(gè)軸，在B軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上增加A軸轉(zhuǎn)臺(tái)后，可實(shí)現(xiàn)5軸控制，數(shù)控系統(tǒng)的最小設(shè)定單位為1nm?？蛇M(jìn)行車、銑、磨和電火花加工。

旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制，直線軸則采用激光全息式全閉環(huán)控制。為了降低伺服系統(tǒng)的摩擦，導(dǎo)軌、絲杠螺母副以及伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的推力軸承和徑向軸承均采用氣體靜壓結(jié)構(gòu)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展FANUCROBOnanoUi型微型超精密加工機(jī)床：41圖7-36FANUC微型超精密加工機(jī)床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展圖7-36FANUC微型超精密加工機(jī)床第7章機(jī)械制造技42電極線沿著導(dǎo)絲器中的槽以5～10mm/min的低速滑動(dòng)，可加工圓柱形的軸。如導(dǎo)絲器通過(guò)數(shù)字控制作相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，還可加工出各種形狀的桿件?！?/p>

線放電磨削法（WEDG）

WEDG可加工的各種截形桿微細(xì)電加工

WEDG工作原理Ⅰ－ⅠⅠⅠ工件金屬絲導(dǎo)絲器第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電極線沿著導(dǎo)絲器中的槽以5～10mm/min43離子束4.刻蝕（形成溝槽）5.沉積（形成電路）6.剝膜（去除光致抗蝕劑）3.顯影、烘片（形成窗口）窗口2.曝光（投影或掃描）掩膜電子束圖7-41電子束光刻大規(guī)模集成電路加工過(guò)程◆

光刻加工（電子束光刻大規(guī)模集成電路）1.涂膠（光致抗蝕劑）氧化膜光致抗蝕劑基片第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展離子束4.刻蝕5.沉積6.剝膜3.顯影、烘片窗口2.44要求：定位精度0.1μm，重復(fù)定位精度0.01μm導(dǎo)軌：硬質(zhì)合金滾動(dòng)體導(dǎo)軌，或液（氣）靜壓導(dǎo)軌工作臺(tái)：粗動(dòng)—伺服電機(jī)+滾珠絲杠微動(dòng)—壓電晶體電致伸縮機(jī)構(gòu)圖7-42

電致伸縮微動(dòng)工作臺(tái)XY0Py1Py2Px微動(dòng)工作臺(tái)工作臺(tái)微動(dòng)的形成：X運(yùn)動(dòng)：Py1＝

Py2

Px長(zhǎng)度變化Y運(yùn)動(dòng)：Py1＝

Py2

Py1長(zhǎng)度變化Z轉(zhuǎn)動(dòng)：Py1≠

Py2◆

加工設(shè)備（電子束光刻大規(guī)模集成電路）第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展要求：定位精度0.1μm，重復(fù)定位精度0.01μm圖7-457.3特種加工技術(shù)NontraditionalmachiningTechnology第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.3特種加工技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展467.3.1概述特種加工又稱非傳統(tǒng)加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。

非傳統(tǒng)加工方法產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后，由于以下有兩方面的問(wèn)題傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難于解決：1）難加工材料的加工問(wèn)題。宇航工業(yè)等對(duì)材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。2）復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問(wèn)題。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.3.1概述特種加工又稱非傳統(tǒng)加工，通常被理解為別47為解決上面兩方面問(wèn)題，出現(xiàn)了非傳統(tǒng)加工方法。

非傳統(tǒng)加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等。非傳統(tǒng)加工方法特點(diǎn)：

非傳統(tǒng)加工方法主要不是依靠機(jī)械能，而是用其它能量（如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等）去除材料。非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對(duì)工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒(méi)有嚴(yán)格要求。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展為解決上面兩方面問(wèn)題，出現(xiàn)了非傳統(tǒng)加工方法。非傳統(tǒng)加工方48

一般不會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位很小區(qū)域內(nèi)，工件熱變形小，加工應(yīng)力也小，易于獲得好的加工質(zhì)量。加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制，有利于保證加工精度和提高加工效率。非傳統(tǒng)加工方法的材料去除速度，一般低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展一般不會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或49

機(jī)械過(guò)程利用機(jī)械力，使材料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除材料。如超聲波加工、水噴射加工、磨料流加工等。非傳統(tǒng)加工方法分類（按加工機(jī)理和采用的能源劃分）：

熱學(xué)過(guò)程

通過(guò)電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，熔化并去除材料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展機(jī)械過(guò)程非傳統(tǒng)加工方法分類（按加工機(jī)理和采用的能源劃分）50

電化學(xué)過(guò)程

利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對(duì)材料進(jìn)行加工，如電解加工、電鑄加工（金屬離子沉積）等。

化學(xué)過(guò)程

利用化學(xué)溶劑對(duì)材料的腐蝕、溶解，去除材料，如化學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。

復(fù)合過(guò)程

利用機(jī)械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)合作用，去除材料。常見(jiàn)的復(fù)合形式有：◎機(jī)械化學(xué)復(fù)合——如機(jī)械化學(xué)拋光、電解磨削、電鍍珩磨等。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電化學(xué)過(guò)程化學(xué)過(guò)程復(fù)合過(guò)程第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展51

◎機(jī)械熱能復(fù)合——如加熱切削、低溫切削等?！驘崮芑瘜W(xué)能復(fù)合——如電解電火花加工等。◎其它復(fù)合過(guò)程——如超聲切削、超聲電解磨削、磁力拋光（下圖示）等。工件（陶瓷滾柱）磁性材料磁極振動(dòng)運(yùn)動(dòng)磁力拋光示意圖NS第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◎機(jī)械熱能復(fù)合——如加熱切削、低溫切削等。工件磁性材52

拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。探索新的加工方法，研究和開(kāi)發(fā)新的元器件。優(yōu)化工藝參數(shù)，完善現(xiàn)有的加工工藝。向微型化、精密化發(fā)展。發(fā)展趨勢(shì)

采用數(shù)控、自適應(yīng)控制、CAD/CAM、專家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過(guò)程自動(dòng)化、柔性化程度。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。發(fā)展趨勢(shì)采用數(shù)控、自53EI收錄文章數(shù)比較70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工電火花加工超聲加工電化學(xué)加工★下圖反映了學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展EI收錄文章數(shù)比較70年代80年代90年代20841154

工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件材料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去。

◆

4個(gè)階段：1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道；2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹；3）拋出蝕除物；4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。

7.3.2電火花加工第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬55

電極材料——要求導(dǎo)電，損耗小，易加工；常用材料：紫銅、石墨、鑄鐵、鋼、黃銅等，其中石墨最常用。工作液——主要功能壓縮放電通道區(qū)域，提高放電能量密度，加速蝕物排出；常用工作液有煤油、機(jī)油、去離子水、乳化液等。放電間隙——合理的間隙是保證火花放電的必要條件。為保持適當(dāng)?shù)姆烹婇g隙，在加工過(guò)程中，需采用自動(dòng)調(diào)節(jié)器控制機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)，并帶動(dòng)工具電極緩慢向工件進(jìn)給。工作要素第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電極材料——要求導(dǎo)電，損耗小，易加工；常用材料：紫銅、石墨56

脈沖寬度與間隔——影響加工速度、表面粗糙度、電極消耗和表面組織等。脈沖頻率高、持續(xù)時(shí)間短，則每個(gè)脈沖去除金屬量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。通常放電持續(xù)時(shí)間在2μs至2ms范圍內(nèi)，各個(gè)脈沖的能量2mJ到20J（電流為400A時(shí)）之間。電火花加工類型電火花線切割加工：用連續(xù)移動(dòng)的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽(yáng)極。機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)工件在水平面內(nèi)作兩個(gè)方向移動(dòng)，可切割出二維圖形。同時(shí)，絲架作小角度擺動(dòng)，可切割出斜面。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展脈沖寬度與間隔——影響加工速度、表面粗糙度、電極消耗和表面57連續(xù)移動(dòng)的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽(yáng)極。機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)工件在水平面內(nèi)作兩個(gè)方向移動(dòng)，切割出二維圖形。電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展連續(xù)移動(dòng)的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽(yáng)極。機(jī)床58

電火花線切割加工加工過(guò)程顯示第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電火花線切割加工加工過(guò)程顯示第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展59電火花線切割機(jī)床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電火花線切割機(jī)床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展60

不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電材料。加工時(shí)無(wú)顯著切削力，發(fā)熱小，適于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲線孔等，且加工質(zhì)量較好。脈沖參數(shù)調(diào)整方便，可一次裝夾完成粗、精加工。易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。電火花加工特點(diǎn)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電材料。61電火花加工應(yīng)用

電火花成形加工：電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工，以及葉輪、葉片等曲面加工。電火花線切割：廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。

第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電火花加工應(yīng)用電火花成形加工：電火花打孔常用于加工冷沖模62工作原理：工件接陽(yáng)極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流電壓6～24V，極間保持0.1～1mm間隙。在間隙處通以6～60m/S高速流動(dòng)電解液，形成極間導(dǎo)電通路，工件表面材料不斷溶解，溶解物及時(shí)被電解液沖走。工具陰極不斷進(jìn)給，保持極間間隙。

7.3.3電解加工第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展工作原理：工件接陽(yáng)極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流63

不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的形面和型腔。

加工形面、型腔生產(chǎn)率高（與電火花加工比高5～10倍）。采用振動(dòng)進(jìn)給和脈沖電流等新技術(shù)，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和加工精度。陰極在加工中損耗小。加工表面質(zhì)量好，無(wú)毛刺、殘余應(yīng)力和變形層。設(shè)備投資大，有污染，需防護(hù)。電解加工特點(diǎn)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并64

模具型腔、槍炮膛線、發(fā)電機(jī)葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、小而深的孔加工，電解拋光、倒棱、去毛刺等。電解加工應(yīng)用

工件與磨輪保持一定接觸壓力，突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間形成一定間隙。電解液從中流過(guò)時(shí)，工件產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，表面生成一層氧化膜，其硬度遠(yuǎn)比金屬本身低，易被刮除，露出新金屬表面，繼續(xù)進(jìn)行電解。電解作用與磨削作用交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)加工。電解磨削第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展模具型腔、槍炮膛線、發(fā)電機(jī)葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、小而深的孔65

電解磨削效率比機(jī)械磨削高，且磨輪損耗遠(yuǎn)比機(jī)械磨削小，特別是磨削硬質(zhì)合金時(shí)，效果更明顯。導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽(yáng)極膜第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電解磨削效率比機(jī)械磨削高，且磨輪損耗遠(yuǎn)比機(jī)械磨削小，特別66真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽(yáng)極加速，通過(guò)透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦，使能量密度集中在直徑5～10μm斑點(diǎn)內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點(diǎn)處形成瞬時(shí)高溫（幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。

1、電子束加工工作原理7.3.4高能束加工第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后67

電子束束徑?。ㄗ钚≈睆娇蛇_(dá)0.01～0.05mm），而電子束長(zhǎng)度可達(dá)束徑幾十倍，故可加工微細(xì)深孔、窄縫。材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。非接觸加工，無(wú)工具損耗；無(wú)切削力，加工時(shí)間極短，工件無(wú)變形。加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達(dá)240mm/min。特點(diǎn)及應(yīng)用在真空中加工，無(wú)氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。

加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)加工。

第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電子束束徑小（最小直徑可達(dá)0.01～0.05mm），而電子682、激光加工工作原理

激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征：

◎強(qiáng)度高，亮度大

◎波長(zhǎng)頻率確定，單色性好

◎相干性好，相干長(zhǎng)度長(zhǎng)

◎方向性好，幾乎是一束平行光

當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展2、激光加工工作原理激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。69

加工材料范圍廣，適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適用于加工高熔點(diǎn)材料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。加工性能好，工件可離開(kāi)加工機(jī)進(jìn)行加工，可透過(guò)透明材料加工，可在其他加工方法不易達(dá)到的狹小空間進(jìn)行加工。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高?？蛇M(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦后焦點(diǎn)直徑理論上可小至1μ以下，實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)φ0.01mm的小孔加工和窄縫切割。激光加工特點(diǎn)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展加工材料范圍廣，適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適70加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作。激光加工可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。加工設(shè)備昂貴。

激光加工應(yīng)用

激光打孔

◎廣泛應(yīng)用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料，和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展加工速度快，效率高。激光加工應(yīng)用激光打孔第7章機(jī)械制造技71

◎激光打孔具有高效率、低成本的特點(diǎn)，特別適合微小群孔加工。

◎焦點(diǎn)位置對(duì)孔的質(zhì)量影響：若焦點(diǎn)與加工表面之間距離很大，則激光能量密度顯著減小，不能進(jìn)行加工。如果焦點(diǎn)位置偏離加工表面1mm，可以進(jìn)行加工，此時(shí)加工出孔的斷面形狀隨焦點(diǎn)位置不同而發(fā)生變化。圖7-72焦點(diǎn)位置對(duì)孔形狀影響第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◎激光打孔具有高效率、低成本的特點(diǎn)，特別適合微小群孔加工72

激光焊接

◎激光焊接與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，因不需將材料氣化蝕除，而只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。

◎優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。

激光切割

◎激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。

◎可以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展激光焊接激光切割第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展73

激光熱處理

◎原理：照射到金屬表面上的激光使表面原子迅速蒸發(fā)，由此產(chǎn)生微沖擊波會(huì)導(dǎo)致大量晶格缺陷形成，達(dá)到硬化。

◎優(yōu)點(diǎn)：快速、不需淬火介質(zhì)、硬化均勻、變形小、硬化深度可精確控制。7.3.5超聲波加工工作原理

利用工具端面作超聲（16～25kHz）振動(dòng)，使工作液中的懸浮磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展激光熱處理7.3.5超聲波加工工作原理利用工具端面74變幅桿超聲波發(fā)生器超聲波加工原理圖振動(dòng)方向工具換能器工作液噴嘴工件超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過(guò)換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)，此時(shí)振幅一般很小，再通過(guò)振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。

第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展變幅桿超聲波發(fā)生器超聲波加工原理圖振動(dòng)方向工具換能器工作液75超聲波加工機(jī)床超聲波加工樣件第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展超聲波加工機(jī)床超聲波加工樣件第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展76

適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等?？杉庸じ鞣N復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。工具與工件不需作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。被加工表面無(wú)殘余應(yīng)力，無(wú)破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達(dá)0.01～0.05mm。加工過(guò)程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。生產(chǎn)效率較低。采用超聲復(fù)合加工（如超聲車削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等）可提高加工效率。超聲波加工特點(diǎn)及應(yīng)用第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)77謝謝！本章結(jié)束第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展謝謝！本章結(jié)束第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展78

愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈先進(jìn)制造技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展愛(ài)國(guó)者導(dǎo)彈先進(jìn)制造技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展79圖7-18Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工件刀具主軸傳動(dòng)帶主軸電機(jī)空氣墊刀具夾持器第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展圖7-18Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工件刀具主軸傳動(dòng)80T形布局的金剛石車床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展T形布局的金剛石車床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展81單晶金剛石456.46.412AA66A-A35RR=1.6～4.86.46.45B16B-B110～120RR=0.5～1.2B000000000

金剛石車刀結(jié)構(gòu)和刀具角度金剛石車刀結(jié)構(gòu)和刀具角度第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展單晶金剛石456.46.412AA66A-A35RR=1.682金剛石車床加工4.5mm陶瓷球

金剛石車床及其加工照片第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展金剛石車床加工4.5mm陶瓷球金剛石車床及其加工照片第7章83第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展84

用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展用于磨削管件的砂帶磨床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展85磨粒規(guī)格涂層粘接劑基帶靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu)砂帶磨削結(jié)構(gòu)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展磨粒規(guī)格涂層粘接劑基帶靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu)砂帶磨削結(jié)構(gòu)第7章機(jī)械86單晶金剛石銑刀刀頭形狀第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展單晶金剛石銑刀刀頭形狀第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展87

電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電88電火花加工機(jī)床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電火花加工機(jī)床第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展89

電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極第90

電子束加工原理圖控制柵極加速陽(yáng)極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺(tái)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展電子束加工原理圖控制柵極加速陽(yáng)極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)91激光器工件工作臺(tái)

光闌反射鏡聚焦鏡電源激光加工原理第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展激光器工件工作臺(tái)光闌反射鏡聚焦鏡電源激光加工原理第7章機(jī)92激光焊接車身第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展激光焊接車身第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展93演講完畢，謝謝聽(tīng)講!再見(jiàn)，seeyouagain3rew2022/10/31第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展演講完畢，謝謝聽(tīng)講!再見(jiàn)，seeyouagain3rew94第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展2022/10/31第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展2022/10/22第7章機(jī)械制造技957.1先進(jìn)制造技術(shù)及發(fā)展AdvancedManufacturingTechnologyandDevelopment第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.1先進(jìn)制造技術(shù)及發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展967.1.1現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的特點(diǎn)

現(xiàn)代制造技術(shù)即用先進(jìn)的制造技術(shù)(AdvancedManufacturingTechnology，AMT)來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的制造技術(shù)。先進(jìn)制造技術(shù)（AMT）是一種以優(yōu)質(zhì)、高效、低能耗、潔凈和靈活性為典型特征的新的機(jī)械制造技術(shù)。重視、發(fā)展和應(yīng)用這種先進(jìn)的制造技術(shù)對(duì)于一個(gè)國(guó)家國(guó)民經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展有著重大的意義。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.1.1現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的特點(diǎn)現(xiàn)代制造技術(shù)即用先97一、AMT的產(chǎn)生背景

AMT首先由美國(guó)于20世紀(jì)80年代末提出。

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)政府只對(duì)基礎(chǔ)研究、衛(wèi)生健康、國(guó)防技術(shù)等給予經(jīng)費(fèi)支持，而對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)不予支持，主張產(chǎn)業(yè)技術(shù)通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，由企業(yè)自主發(fā)展

20世紀(jì)70年代，一批美國(guó)學(xué)者不斷鼓吹美國(guó)已進(jìn)入“后工業(yè)化社會(huì)”，認(rèn)為制造業(yè)是“夕陽(yáng)工業(yè)”，主張經(jīng)濟(jì)重心由制造業(yè)轉(zhuǎn)向高科技產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展一、AMT的產(chǎn)生背景AMT首先由美國(guó)于20世紀(jì)80年代末98結(jié)果：導(dǎo)致美國(guó)在經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、汽車大量涌入并占領(lǐng)了美國(guó)市場(chǎng)。（20世紀(jì)60年代美國(guó)汽車產(chǎn)量占世界汽車總產(chǎn)量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）。

20世紀(jì)80年代,美國(guó)政府開(kāi)始認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性。白宮一份報(bào)告稱“美國(guó)經(jīng)濟(jì)衰退已威脅到國(guó)家安全”MIT的一份報(bào)告寫(xiě)到“經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是制造技術(shù)和制造能力的競(jìng)爭(zhēng)”，“一個(gè)國(guó)家要生活好，必須生產(chǎn)好”，表明美國(guó)知識(shí)界與政府之間取得了共識(shí)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展結(jié)果：導(dǎo)致美國(guó)在經(jīng)濟(jì)上的競(jìng)爭(zhēng)力下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、99

1988年,美國(guó)政府投資進(jìn)行大規(guī)?！?1世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究,并于其后不久提出了“先進(jìn)制造技術(shù)”發(fā)展目標(biāo)，制定并實(shí)施了“先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）”和“制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）”

1991年，白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表“美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)”報(bào)告，重新確立了制造業(yè)的地位

1993年，克林頓在硅谷發(fā)表題為“促進(jìn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的技術(shù)——增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的新方向”的演說(shuō)，對(duì)制造業(yè)給予了實(shí)質(zhì)性強(qiáng)有力的支持。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展1988年,美國(guó)政府投資進(jìn)行大規(guī)?！?1世紀(jì)制造100

“制造業(yè)仍是美國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，美國(guó)曾多年是制造業(yè)的世界領(lǐng)袖，不受挑戰(zhàn)。但近十年我們的實(shí)力每況愈下…美國(guó)企業(yè)和政府對(duì)制造技術(shù)投資不足，與其它外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者相比，美國(guó)公司在整個(gè)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃中忽視了與工藝有關(guān)的研究開(kāi)發(fā)…忽視了現(xiàn)有技術(shù)和訣竅的傳播…”隨著美國(guó)在“先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）”和“制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）”的實(shí)施和推行，從而取得了明顯的效果。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展“制造業(yè)仍是美國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，美國(guó)101

汽車2mm工程，使轎車車身精度達(dá)到豐田水平。1994年，美國(guó)汽車產(chǎn)量重新超過(guò)日本，重新占領(lǐng)歐、美市場(chǎng)美國(guó)Inter公司成為世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生產(chǎn)也不敵日本，包括海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中大出風(fēng)頭的“愛(ài)國(guó)者”導(dǎo)彈上使用的芯片也是日本制造的）20世紀(jì)90年代，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，失業(yè)率降低到歷史最低水平提出了一系列的先進(jìn)制造技術(shù)的新理論、新思想，如：CE，LP，AM，…第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展汽車2mm工程，使轎車車身精度達(dá)到豐田水平。第7102

對(duì)AMT而言，至今尚無(wú)明確的和一致公認(rèn)的定義，通過(guò)對(duì)其特征的分析和多年的實(shí)踐總結(jié)，可以認(rèn)為：◆

AMT是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力的制造技術(shù)的總稱。二、AMT的定義、要點(diǎn)和特征AMT的定義第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展對(duì)AMT而言，至今尚無(wú)明確的和一致公103提高制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力；強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)在整個(gè)制造過(guò)程中綜合應(yīng)用AMT要點(diǎn)AMT特征◆

AMT是一項(xiàng)綜合性技術(shù)

AMT不是一項(xiàng)具體的技術(shù)，而是利用系統(tǒng)工程思想和方法將各種相關(guān)技術(shù)集合成一個(gè)整體的，特別強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等的綜合應(yīng)用以及人、技術(shù)、管理的有機(jī)結(jié)合。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展AMT要點(diǎn)AMT特征◆AMT是一項(xiàng)綜合性技術(shù)第7章機(jī)104

◆

AMT是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)技術(shù)AMT沒(méi)有一個(gè)固定的模式，它要與企業(yè)的具體情況相結(jié)合。同時(shí)AMT也不是一成不變的，而是動(dòng)態(tài)發(fā)展的，它要不斷地吸收和利用各種高新技術(shù)成果，并將其滲透到制造系統(tǒng)的各個(gè)部分和整個(gè)過(guò)程，使其不斷趨于完善?！鬉MT是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)AMT有明顯的需求導(dǎo)向特征，不以追求技術(shù)高新度為目的，重在實(shí)際效果。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆AMT是一項(xiàng)動(dòng)態(tài)技術(shù)◆AMT是面向工業(yè)應(yīng)用105

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AMT是面向21世紀(jì)的技術(shù)AMT是制造技術(shù)發(fā)展的新階段，它保留了傳統(tǒng)制造技術(shù)中有效要素，吸收并充分利用了一切高新技術(shù)，使其產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。AMT強(qiáng)調(diào)環(huán)保技術(shù)，符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。◆

AMT是面向全球競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)通過(guò)提高企業(yè)綜合效益和對(duì)市場(chǎng)的快速反應(yīng)能力，達(dá)到提高競(jìng)爭(zhēng)力的目標(biāo)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆AMT是面向21世紀(jì)的技術(shù)◆AMT是面向全球競(jìng)1067.1.2現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

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信息技術(shù)對(duì)AMT發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用

信息技術(shù)是各種先進(jìn)制造技術(shù)的重要支撐，信息技術(shù)向制造技術(shù)的注入與融合，必將促進(jìn)AMT的不斷發(fā)展。◆現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)將迅速發(fā)展和不斷完善

包括CAD，CAE，DFX，健壯設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，智能設(shè)計(jì)，反求工程，面向全生命周期的設(shè)計(jì)等。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.1.2現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)◆信息技術(shù)對(duì)AMT107

◆材料成形向精密、低耗、清潔方向發(fā)展

材料成形技術(shù)將使毛坯從接近零件形狀向直接制成工件精密成形或稱凈成形的方向發(fā)展。據(jù)國(guó)際機(jī)械加工技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，本世紀(jì)初，塑性成形與磨削加工相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。運(yùn)用改性技術(shù)，將獲得各種特殊性能要求的表面（涂）層，同時(shí)減少能耗并消除污染。

◆加工技術(shù)向超精密、超高速方向發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆材料成形向精密、低耗、清潔方向發(fā)展◆加工技術(shù)向超108

◆

綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)重要特征

包括：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)（產(chǎn)品在全生命周期符合環(huán)保、人類健康、能耗低、資源利用率高的要求）；綠色制造技術(shù)（在整個(gè)制造過(guò)程，對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小，廢棄物和有害物質(zhì)的排放最小，資源利用效率最高）；產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造（例如，汽車等產(chǎn)品的拆卸和回收技術(shù)，以及生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)等）。◆

虛擬制造將獲得廣泛應(yīng)用

用虛擬制造環(huán)境中生成的軟產(chǎn)品原型代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品進(jìn)行試驗(yàn)，從而縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造周期，降低成本，提高系統(tǒng)快速響應(yīng)市場(chǎng)變化的能力。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)重要特征第7章機(jī)械制1097.2精密制造技術(shù)PrecisionManufacturingTechnology第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.2精密制造技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展1107.2.1概述◆精密加工：在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。一、定義◆超精密加工：在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.2.1概述◆精密加工：在一定的發(fā)展時(shí)期，加工111◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm

20世紀(jì)40年代——最高精度1μm20世紀(jì)末——精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細(xì)加工——微小尺寸的精密加工超微細(xì)加工——微小尺寸的超精密加工

二、加工精度的發(fā)展第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm◆微細(xì)加工——112圖7-3達(dá)到的加工精度和年代的關(guān)系普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對(duì)位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量?jī)x器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動(dòng)測(cè)微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測(cè)長(zhǎng)儀圓度儀輪廓儀激光高精度測(cè)長(zhǎng)儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展圖7-3達(dá)到的加工精度和年代的關(guān)系普通加工精密加工超精密加113

三、精密與超精密加工的意義

精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平的重要標(biāo)志。例：美國(guó)哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm……

精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長(zhǎng)點(diǎn)。精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無(wú)疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展三、精密與超精密加工的意義精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家114

精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。例：美國(guó)陀螺儀球圓度提高一個(gè)數(shù)量級(jí)，使制造精度達(dá)到0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，從而使洲際導(dǎo)彈的命中精度從500m控制在50～150m范圍內(nèi)；英國(guó)飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60μm降至12μm，使發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；若能齒形誤差從3-4μm減小1μm，則單位齒輪箱重量所能傳遞的扭矩可提高一倍……第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。第7章115

四、精密與超精密加工的特點(diǎn)

直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過(guò)工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。

間接式進(jìn)化加工：借助于直接式“進(jìn)化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機(jī)，再用此工作母機(jī)加工工件。適用于批量生產(chǎn)?！簟斑M(jìn)化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同?！?/p>

微量切削機(jī)理第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展四、精密與超精密加工的特點(diǎn)直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精116傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來(lái)越多要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測(cè)試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大?！粜纬删C合制造工藝廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量?！?/p>

與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限117精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)（如加工直徑3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）?！?/p>

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合

精密檢測(cè)是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵?！?/p>

加工與檢測(cè)一體化第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特1187.2.2精密加工與超精密加工的方法一、金剛石超精密加工技術(shù)

切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)13000N/mm2）。刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受。高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會(huì)波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量◆

機(jī)理、特點(diǎn)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展7.2.2精密加工與超精密加工的方法一、金剛石超精密加119

用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等加工有機(jī)玻璃和各種塑料典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹(shù)脂隱形眼鏡鏡片等◆應(yīng)用◆

關(guān)鍵技術(shù)：加工設(shè)備和刀具第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“120★

加工設(shè)備要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等。如美國(guó)Moore公司M-18AG金剛石車床，主軸采用空氣靜壓軸承，轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，徑跳＜0.1μm；液體靜壓導(dǎo)軌，直線度達(dá)0.05μ/100mm；數(shù)控系統(tǒng)分辨率0.01μ。車床主軸裝在橫向滑臺(tái)（X軸）上，刀架裝在縱向滑臺(tái)（Z軸）上?？山鉀Q兩滑臺(tái)的相互影響問(wèn)題，而且縱、橫兩移動(dòng)軸的垂直度可以通過(guò)裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。

T形布局第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展★加工設(shè)備要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功121

金剛石車床主要性能指標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)分辯率/μm400×2005000～1000050000.1～0.01≤0.2/100≤0.1≤0.1≤1/150≤2/100徑向1140軸向1020640720最大車削直徑和長(zhǎng)度/mm最高轉(zhuǎn)速r/mm最大進(jìn)給速度mm/min重復(fù)精度(±2σ)/μm主軸徑向圓跳動(dòng)/μm滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)的直線度/μm主軸前靜壓軸承（φ100mm）的剛度/（N/μm）主軸后靜壓軸承（φ80mm）的剛度/（N/μm）縱橫滑臺(tái)的靜壓支承剛度/（N/μm）表7-5金剛石車床主要性能指標(biāo)主軸軸向圓跳動(dòng)/μm橫滑臺(tái)對(duì)主軸的垂直度/μm第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展金剛石車床主要性能指標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)分辯率/μm400×200122◆

金剛石刀具

超精切削刀具材料：天然金剛石，人造單晶金剛石金剛石的晶體結(jié)構(gòu)：規(guī)整的單晶金剛石晶體有八面體、十二面體和六面體，有三根4次對(duì)稱軸，四根3次對(duì)稱軸和六根2次對(duì)稱軸。a）4次對(duì)稱軸和（100）晶面L4（100）（110）L2L3（111）b）2次對(duì)稱軸和（110）晶面c）3次對(duì)稱軸和（111）晶面八面體的晶軸和鏡晶面第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆金剛石刀具超精切削刀具材料：天然金剛石，人造單晶金剛石123

金剛石刀具刃磨：通常在鑄鐵研磨盤上進(jìn)行研磨；晶向選擇應(yīng)使晶向與主切削刃平行；圓角半徑越小越好（理論可達(dá)到1nm）。金剛石車刀結(jié)構(gòu)和刀具角度如圖所示第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展金剛石刀具刃磨：通常在鑄鐵研磨盤上進(jìn)行研磨；晶向選擇應(yīng)124二、超硬磨料砂輪精密與超精密磨削◆

砂輪材料：金剛石，立方氮化硼（CBN）

可加工各種高硬度、高脆性金屬及非金屬材料（鐵金屬用CBN）耐磨性好，耐用度高，磨削能力強(qiáng)，磨削效率高磨削力小，磨削溫度低，加工表面好◆

特點(diǎn)：第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展二、超硬磨料砂輪精密與超精密磨削◆砂輪材料：金剛石，立方氮125

分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩步進(jìn)行常用方法—①用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修整，獲得所需形狀；②電解修銳（適用于金屬結(jié)合劑砂輪），效果好，并可在線修整?！?/p>

砂輪修整：◆

ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）——由日本東京大學(xué)理化研究所發(fā)明的電解在線修銳法的砂輪修銳效果為最好。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩步進(jìn)行◆砂輪修整：126進(jìn)給＋－ELID磨削原理電源金剛石砂輪（鐵纖維結(jié)合劑）冷卻液冷卻液電刷使用ELID磨削，冷卻液為一種特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。由于電解修銳連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個(gè)磨削過(guò)程保持同一鋒利狀態(tài)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展進(jìn)給＋－ELID磨削原理電源金剛石砂輪冷卻液冷卻液電刷使用127砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光。有開(kāi)式和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等。接觸輪硬磁盤—裝在主軸真空吸盤上砂帶磨削示意圖V砂帶砂帶輪卷帶輪F-徑向進(jìn)給f-徑向振動(dòng)◆

精密與超精密砂帶磨削第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。接觸輪硬磁盤128幾種砂帶磨削形式a）砂帶無(wú)心外圓磨削（導(dǎo)輪式）工件導(dǎo)輪接觸輪主動(dòng)輪砂帶工件接觸輪主動(dòng)輪砂帶b）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）c）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）工件接觸輪主動(dòng)輪砂帶接觸輪砂帶工件d）砂帶內(nèi)圓磨削（回轉(zhuǎn)式）工件支承板主動(dòng)輪砂帶工作臺(tái)e）砂帶平面磨削（支承板式）f）砂帶平面磨削（支承輪式）支承輪工件砂帶接觸輪第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展幾種砂帶磨削形式a）砂帶無(wú)心外圓磨削（導(dǎo)輪式）工件導(dǎo)輪129

砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（Ra值可達(dá)0.02μm）。

3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。4）制作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便。5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工130

微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1μm～10μm。精度表示方法——一般尺寸加工，其精度用誤差尺寸與加工尺寸比值表示；微細(xì)加工，其精度用誤差尺寸絕對(duì)值表示?！凹庸挝弧薄コ粔K材料的大小，對(duì)于微細(xì)加工，加工單位可以到分子級(jí)或原子級(jí)。微切削機(jī)理——切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，切削力要超過(guò)晶體內(nèi)分子、原子間的結(jié)合力，單位面積切削阻力急劇增大。7.2.3微細(xì)加工技術(shù)第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工131熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激光）壓鑄，擠壓，噴射，澆注微離子流動(dòng)加工熱表面流動(dòng)粘滯性流動(dòng)摩擦流動(dòng)變形加工(流動(dòng)加工)化學(xué)鍍，氣相鍍（電鍍，電鑄）氧化，氮化（陽(yáng)極氧化）（真空）蒸鍍，晶體增長(zhǎng)，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳，（侵鍍，熔化鍍）濺射沉積，離子沉積（離子鍍）離子濺射注入加工化學(xué)(電化學(xué))附著化學(xué)(電化學(xué))結(jié)合熱附著擴(kuò)散(熔化)結(jié)合物理結(jié)合注入結(jié)合加工(附著加工)車削，銑削，鉆削，磨削蝕刻，化學(xué)拋光，機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工，熔化去除加工離子束濺射去除加工，等離子體加工機(jī)械去除化學(xué)分解電解蒸發(fā)擴(kuò)散與熔化濺射分離加工(去除加工)加工方法加工機(jī)理

微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激光）熱表面流動(dòng)變形加工(流132◆主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面。◆刀具：多用單晶金剛石車刀、銑刀。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑（可小到5μm）靠刀尖相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來(lái)得到。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時(shí)，刀具的切削刃形成一個(gè)圓錐形的切削面。微細(xì)機(jī)械加工第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展◆主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面133微小位移機(jī)構(gòu)，微量移動(dòng)應(yīng)可小至幾十個(gè)納米。高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。要求低摩擦的傳動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌支承系統(tǒng)，以及高跟蹤精度的伺服系統(tǒng)。高的定位精度和重復(fù)定位精度，高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刀具的穩(wěn)固夾持和高的安裝精度。高的主軸轉(zhuǎn)速及動(dòng)平衡?！?/p>

微細(xì)機(jī)械加工設(shè)備穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動(dòng)干擾。具有刀具破損檢測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)。第7章機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)