機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展

機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展1第1頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology7.1

制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofAutomationTechnologyforManufacturing2第2頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

表1-1三種自動(dòng)化形式比較比較項(xiàng)目剛性自動(dòng)化柔性自動(dòng)化綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期除左外，提高設(shè)計(jì)工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力控制對(duì)象物流物流物流，信息流特點(diǎn)通過(guò)機(jī)、電、液氣等硬件控制方式實(shí)現(xiàn)，因而是剛性的，變動(dòng)困難以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的不僅針對(duì)具體操作和工人的體力勞動(dòng)，而且涉及腦力勞動(dòng)以及設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手，自動(dòng)生產(chǎn)線

NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS

CAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類(lèi)型關(guān)鍵技術(shù)繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論數(shù)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù)3第3頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

圖7-1汽車(chē)后橋齒輪箱加工自動(dòng)線剛性自動(dòng)化20年代4第4頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

柔性自動(dòng)化50年代圖7-2焊接機(jī)器人綜合自動(dòng)化70年代圖7-3綜合自動(dòng)化5第5頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

（7-1）式中TTLC——生產(chǎn)某種產(chǎn)品所需總時(shí)間；

B——批數(shù)；

Q——批量；

T1——單件工時(shí)；

T2——每批產(chǎn)品所需生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（包括原材料訂貨時(shí)間，制定生產(chǎn)計(jì)劃時(shí)間，工藝裝備調(diào)整時(shí)間…）；

T3

——每種產(chǎn)品所需設(shè)計(jì)及生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間（產(chǎn)品設(shè)計(jì)，工藝設(shè)計(jì)，工藝裝備設(shè)計(jì)與制造…）。Groover產(chǎn)品壽命周期模型6第6頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式（7-2）式中TLC——生產(chǎn)每件產(chǎn)品所需平均時(shí)間式（1-2）即為Groover產(chǎn)品壽命周期模型TLC是一個(gè)綜合指標(biāo)，減小TLC常被作為生產(chǎn)活動(dòng)追求的目標(biāo)式（1-1）兩邊除以BQ，得到：◆剛性自動(dòng)化：著眼降低T1◆柔性自動(dòng)化：著眼降低T1

和T2（部分）◆綜合自動(dòng)化：同時(shí)減小T1、T2

、T3，特別是T2

和T3

，因而在多品種、中小批量生產(chǎn)中具有重要意義7第7頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)本節(jié)僅討論中小批量生產(chǎn)中廣泛使用的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）

柔性制造系統(tǒng)的組成圖7-4FMS的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車(chē)加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站8第8頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)

加工單元CNC（MC）機(jī)床工作臺(tái)架（暫存工件）機(jī)器人或托盤(pán)交換裝置檢測(cè)、監(jiān)控裝置◆設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)（圖7-5）傳感器群信號(hào)采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識(shí)別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測(cè)報(bào)告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識(shí)庫(kù)預(yù)維修知識(shí)庫(kù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報(bào)警預(yù)知故障報(bào)警輸出圖7-5設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)框圖9第9頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四鉆頭破損檢測(cè)器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號(hào)或鉆頭破損模擬信號(hào)，與檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號(hào)。7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆加工過(guò)程監(jiān)控與檢測(cè)重點(diǎn)是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測(cè)。圖7-6為聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置示意圖。加工過(guò)程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到鉆頭破損信號(hào)，將其送至鉆頭破損檢測(cè)器進(jìn)行處理。鉆頭破損檢測(cè)器圖7-6聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺(tái)聲發(fā)射傳感器破損信號(hào)10第10頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)物料傳輸系統(tǒng)又稱(chēng)立體倉(cāng)庫(kù)或自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高層料架、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識(shí)別裝置等組成。具有自動(dòng)化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)?！糇詣?dòng)倉(cāng)庫(kù)（圖7-7）圖7-7自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸小車(chē)出入庫(kù)裝卸站堆垛機(jī)料架11第11頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

傳輸裝置滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆睿壳拜^少使用）帶式有軌無(wú)軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）……傳送帶運(yùn)輸小車(chē)機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人12第12頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號(hào)拾取線圈引導(dǎo)電纜圖7-8電磁引導(dǎo)原理在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以5～10kHz的低壓電流。小車(chē)上裝有對(duì)稱(chēng)的一組信號(hào)拾取線圈。當(dāng)小車(chē)偏向右方時(shí)，右方的感應(yīng)信號(hào)減弱，左方的增強(qiáng)，控制器根據(jù)這些信號(hào)的強(qiáng)弱，控制小車(chē)的舵輪?！螂姶艑?dǎo)向方式原理（圖7-8）13第13頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)沿小車(chē)預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車(chē)上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車(chē)的舵輪。◎光學(xué)引導(dǎo)方式原理（圖7-9）信號(hào)孔感光元件光道光源反光帶圖7-9光學(xué)引導(dǎo)原理14第14頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

切屑處理系統(tǒng)斷屑加工部位封閉排屑機(jī)床、工夾具設(shè)計(jì)要便于排屑冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）15第15頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

工廠計(jì)算機(jī)：制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計(jì)劃；對(duì)中央計(jì)算機(jī)和物流計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制?！?/p>

單元控制器：監(jiān)視與控制機(jī)床加工、檢測(cè)、上下料…◆

物流計(jì)算機(jī)：根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)、堆垛機(jī)、緩沖站、運(yùn)輸小車(chē)等進(jìn)行監(jiān)視與控制?！?/p>

中央計(jì)算機(jī)：根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)各加工單元進(jìn)行監(jiān)視與控制?！?/p>

信息傳輸網(wǎng)絡(luò)：在控制計(jì)算機(jī)與單元控制器之間進(jìn)行信息傳遞。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)16第16頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)中央管理計(jì)算機(jī)FM-11AD2+物流控制計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)LAN文件庫(kù)自動(dòng)編程機(jī)單元控制機(jī)CNC車(chē)床CNC磨床單元控制機(jī)立式MC臥式MC單元控制機(jī)CNC車(chē)床管理級(jí)單元級(jí)設(shè)備級(jí)圖7-10JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)17第17頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)FMS特點(diǎn) 除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動(dòng)化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 24小時(shí)運(yùn)行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對(duì)象為相似零件（個(gè)別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒(méi)有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動(dòng)化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)劃、調(diào)度18第18頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)FMS應(yīng)用品種圖7-11零件品種、批量與自動(dòng)化加工方式010

100

1000

批量10,000100010010FMLFMCFMS數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床剛性線生產(chǎn)柔性產(chǎn)量19第19頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)圖7-12飛機(jī)零件加工FMS（Cincinnati）1—裝卸站2—運(yùn)輸小車(chē)3—MC4—切屑處理站5—清洗站6—檢測(cè)站7—手工檢測(cè)站8—計(jì)算機(jī)室9—小車(chē)維修站10—包裝站FMS實(shí)例（1）20第20頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)沖床圖7-13沖壓FMSFMS實(shí)例（2）21第21頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四十分之一原則：測(cè)量不準(zhǔn)確度≤工件容差的1/10三分之一原則：測(cè)量精密度≤工件許用精密度的1/3（用標(biāo)準(zhǔn)差σ表示）7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)化傳送和裝卸被測(cè)件；自動(dòng)完成檢測(cè)過(guò)程；傳送/裝卸與檢測(cè)過(guò)程全部自動(dòng)化。自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)容多采用傳感器/計(jì)算機(jī)反饋控制系統(tǒng)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)接觸式傳感器：檢測(cè)尺寸、形狀、相互位置非接觸式傳感器（光學(xué)、非光學(xué)）：無(wú)接觸變形，速度快自動(dòng)檢測(cè)傳感技術(shù)

“十分之一”與“三分之一”原則22第22頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)離線檢測(cè)：過(guò)程穩(wěn)定，超差風(fēng)險(xiǎn)小PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽樣離線檢測(cè)PROCAUTINSPMAN在線/過(guò)程中檢測(cè)反饋信號(hào)在線/過(guò)程后檢測(cè)PROCAUTINSPMANSORTAUT分類(lèi)指令成品廢品圖7-14三類(lèi)檢測(cè)離線與在線檢測(cè)在線/過(guò)程中檢測(cè)：實(shí)時(shí)，瓶頸工序在線/過(guò)程后檢測(cè)：滯后時(shí)間短，應(yīng)用較多23第23頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)a）b）c）d）圖7-15坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式懸臂式結(jié)構(gòu)：測(cè)頭易于接近工件，剛性差橋式結(jié)構(gòu)：剛性好，應(yīng)用廣泛立柱式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與立車(chē)相似門(mén)架式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與門(mén)式起重機(jī)相似，用于大件測(cè)量24第24頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)操作控制手動(dòng)控制：人工完成計(jì)算機(jī)輔助手動(dòng)控制：計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計(jì)算計(jì)算機(jī)輔助電動(dòng)控制：電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)頭，計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計(jì)算直接計(jì)算機(jī)控制：同CNC編程方法示教再現(xiàn)編程：似機(jī)器人編程數(shù)控編程：離線25第25頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)可完成測(cè)量項(xiàng)目表7-2坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可完成的測(cè)量項(xiàng)目可完成的測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量原理尺寸孔徑與孔中心線坐標(biāo)圓柱體軸心線與直徑球心坐標(biāo)與球面半徑平面度兩平面夾角兩平面的平行度兩條線的交點(diǎn)與交角由兩個(gè)給定面坐標(biāo)的差值確定尺寸測(cè)量孔上3點(diǎn)，計(jì)算確定孔徑與孔中心線坐標(biāo)測(cè)量圓柱面上3點(diǎn)，計(jì)算確定軸心線與直徑測(cè)量球面上4點(diǎn)，計(jì)算確定球心坐標(biāo)與球面半徑用3點(diǎn)接觸法測(cè)定，與理想平面比較確定平面度按平面上3個(gè)觸點(diǎn)最小值規(guī)定平面，再計(jì)算夾角根據(jù)兩平面交角確定平行度先確定兩線夾角，再測(cè)定交點(diǎn)26第26頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)物照片27第27頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology7.2精密制造技術(shù)PrecisionManufacturingTechnology28第28頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.2.1精密與超精密加工技術(shù)◆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。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。概述◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm20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29第29頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四零件加工精度表面粗糙度激光光學(xué)零件形狀誤差0.1μmRa0.01～0.05μm

多面鏡平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁頭平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁盤(pán)波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm雷達(dá)導(dǎo)波管平面度垂直度誤差＜0.1μmRa＜0.02μm衛(wèi)星儀表軸承圓柱度誤差＜0.01μmRa＜0.002μm

天體望遠(yuǎn)鏡形狀誤差＜0.03μmRa＜0.01μm表7-3

幾種典型精密零件的加工精度◆

幾種典型精密零件的加工精度（表7-3）◆精密加工與超精密加工的發(fā)展（圖7-17）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)30第30頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-17精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）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(chē)床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量?jī)x器精密車(chē)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(chē)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31第31頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平重要標(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)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國(guó)陀螺儀球圓度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導(dǎo)彈命中精度控制在50m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，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍

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)展精密與超精密加工地位7.2.1精密與超精密加工技術(shù)32第32頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四結(jié)合加工分類(lèi)加工機(jī)理加工方法示例去除加工電物理加工電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工電解加工、蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光力學(xué)加工切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴(kuò)散、溶解）電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué)化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué)電鍍、電鑄熱熔化真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué)氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué)陽(yáng)極氧化熱熔化摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長(zhǎng)力物理離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理激光焊接、快速成形化學(xué)化學(xué)粘接變形加工熱流動(dòng)精密鍛造、電子束流動(dòng)加工、激光流動(dòng)加工粘滯流動(dòng)精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向液晶定向表7-4精密與超精密加工分類(lèi)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)33第33頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

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◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來(lái)越多傳統(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。

精密與超精密加工特點(diǎn)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)34第34頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四要達(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(chē)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◆

加工與檢測(cè)一體化精密檢測(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。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)35第35頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四切削在晶粒內(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)量金剛石超精密加工技術(shù)

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◆

機(jī)理、特點(diǎn)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)36第36頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四★

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?！?/p>

關(guān)鍵技術(shù)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-18Moore金剛石車(chē)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工件刀具主軸傳動(dòng)帶主軸電機(jī)空氣墊刀具夾持器如美國(guó)Moore公司M-18AG金剛石車(chē)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。37第37頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四車(chē)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(chē)床的主流布局。圖7-19T形布局的金剛石車(chē)床

T形布局（圖7-19）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)38第38頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

金剛石車(chē)床主要性能指標(biāo)（表7-5）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(chē)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(chē)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/μm7.2.1精密與超精密加工技術(shù)39第39頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆

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(chēng)軸，四根3次對(duì)稱(chēng)軸和六根2次對(duì)稱(chēng)軸（圖7-20）。a）4次對(duì)稱(chēng)軸和（100）晶面L4（100）（110）L2L3（111）b）2次對(duì)稱(chēng)軸和（110）晶面c）3次對(duì)稱(chēng)軸和（111）晶面圖7-20八面體的晶軸和鏡晶面7.2.1精密與超精密加工技術(shù)40第40頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四金剛石晶體的面網(wǎng)距和解理現(xiàn)象◎金剛石晶體的（111）晶面面網(wǎng)密度最大，耐磨性最好?！颍?00）與（110）面網(wǎng)的面間距分布均勻；（111）面網(wǎng)的面間距一寬一窄（圖7-21）圖7-21（111）面網(wǎng)C原子分布和解理劈開(kāi)面劈開(kāi)面◎在距離大的（111）面之間，只需擊破一個(gè)共價(jià)鍵就可以劈開(kāi)，而在距離小的（111）面之間，則需擊破三個(gè)共價(jià)鍵才能劈開(kāi)。◎在兩個(gè)相鄰的加強(qiáng)（111）面之間劈開(kāi)，可得到很平的劈開(kāi)面，稱(chēng)之為“解理”。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)41第41頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四金剛石刀具刃磨—通常在鑄鐵研磨盤(pán)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）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)單晶金剛石456.46.412AA66A-A35RR=1.6～4.86.46.45B16B-B110～120RR=0.5～1.2B000000000圖7-22金剛石刀具角度金剛石刀具角度（圖7-22）42第42頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四金剛石車(chē)床加工4.5mm陶瓷球7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-23金剛石車(chē)床及其加工照片43第43頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆

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)：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◆

砂輪修整：超硬磨料砂輪精密與超精密磨削7.2.1精密與超精密加工技術(shù)44第44頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四進(jìn)給＋－圖7-24ELID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◆

ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）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)。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)45第45頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆

塑性（延性）磨削

磨削脆性材料時(shí)，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材料相似，即通過(guò)剪切形式被磨粒從基體上切除下來(lái)。磨削后工件表面呈有規(guī)則紋理，無(wú)脆性斷裂凹凸不平，也無(wú)裂紋。塑性磨削工藝條件：（1）切削深度小于臨界切削深度，它與工件材料特性和磨粒的幾何形狀有關(guān)。一般臨界切削深度＜1μm。為此對(duì)機(jī)床要求：①高的定位精度和運(yùn)動(dòng)精度。以免因磨粒切削深度超過(guò)1μm時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ?。②高的剛性。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過(guò)脆性磨削的水平，機(jī)床剛性低，會(huì)因切削力引起的變形而破壞塑性切屑形成的條件。

（2）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的溫度高到一定程度時(shí)，工件材料的局部物理特性會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑形成機(jī)理的變化（已有試驗(yàn)作支持）。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)46第46頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四砂帶：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（圖7-25）和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等（圖7-27）。接觸輪硬磁盤(pán)—裝在主軸真空吸盤(pán)上圖7-25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7.2.1精密與超精密加工技術(shù)47第47頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-26用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)48第48頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

幾種常見(jiàn)砂帶磨削方式（圖7-27）圖7-27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7.2.1精密與超精密加工技術(shù)49第49頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

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(chēng)。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。磨粒規(guī)格涂層粘接劑基帶圖7-28靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu)2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上（圖7-28），摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)50第50頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四工件小間隙加壓拋光輪懸浮液微粉(磨粒)圖7-29彈性發(fā)射加工原理拋光輪與工件表面形成小間隙，中間置拋光液，靠拋光輪高速回轉(zhuǎn)造成磨料的“彈性發(fā)射”進(jìn)行加工。工作原理（圖7-29）機(jī)理：微切削＋被加工材料的微塑性流動(dòng)作用★彈性發(fā)射加工◆

游離磨料加工拋光輪：由聚氨基甲酸（乙）酯制成，磨料直徑0.1～0.01μm7.2.1精密與超精密加工技術(shù)51第51頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四工作原理（圖7-30）拋光工具上開(kāi)有鋸齒槽，靠楔形擠壓和拋光液的反彈，增加微切削作用。機(jī)理：微切削作用。拋光工具圖7-30液體動(dòng)力拋光小間隙工件工具運(yùn)動(dòng)方向拋光液磨粒工作原理（圖7-31）活性拋光液和磨粒與工件表面產(chǎn)生固相反應(yīng)，形成軟粒子，使其便于加工。機(jī)理：機(jī)械+化學(xué)作用，稱(chēng)為“增壓活化”?！镆后w動(dòng)力拋光★機(jī)械化學(xué)拋光拋光工具活性拋光液圖7-31機(jī)械化學(xué)拋光小間隙工件工具運(yùn)動(dòng)方向加壓7.2.1精密與超精密加工技術(shù)52第52頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四激光由于其優(yōu)良的特性（強(qiáng)度高，亮度大，單色性、相干性、方向性好等）在精密測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用?？梢詼y(cè)量長(zhǎng)度，小角度，直線度，平面度，垂直度等；也可以測(cè)量位移，速度，振動(dòng)，微觀表面形貌等；還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，在線測(cè)量，并易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。激光測(cè)量精度目前可達(dá)0.01μm。激光測(cè)量7.2.1精密與超精密加工技術(shù)53第53頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四受射透鏡平行光管透鏡邊緣傳感閘門(mén)電路計(jì)數(shù)器顯示圖震蕩器伺服系統(tǒng)掃描鏡工件測(cè)定區(qū)光檢測(cè)器激光發(fā)生器★

采用平行光管透鏡將激光準(zhǔn)確地調(diào)整到多角形旋轉(zhuǎn)掃描鏡上聚焦。通過(guò)激光掃描被測(cè)工件兩端，根據(jù)掃描鏡旋轉(zhuǎn)角、掃描鏡旋轉(zhuǎn)速度，透鏡焦距等數(shù)據(jù)計(jì)算出被測(cè)工件的尺寸。圖7-32激光掃描尺寸計(jì)量系統(tǒng)

激光高速掃描尺寸計(jì)量系統(tǒng)（圖7-32）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)54第54頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

雙頻激光測(cè)量（圖7-33）固定反射棱鏡圖7-33雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)原理圖干涉測(cè)量?jī)xf2+Δf2f1氦氖激光器軸向強(qiáng)磁場(chǎng)NS1/4波片分光鏡透鏡組f1f2f1f2移動(dòng)反射棱鏡f2f2+Δf2偏振分光鏡f1f1ΔfΔf

+Δf27.2.1精密與超精密加工技術(shù)由于移動(dòng)反射棱鏡隨被測(cè)件移動(dòng)，頻率f2變成f2±Δf2。兩路反射回來(lái)的光經(jīng)偏振分光鏡匯合一起，再經(jīng)反射鏡和干涉測(cè)量?jī)x獲得拍頻信號(hào)，其頻率為：f1－（f2±

Δf2）=Δf+Δf2

經(jīng)分光鏡，折射一小部分，經(jīng)干涉測(cè)量?jī)x獲得拍頻Δf（=f1－f2）的參考信號(hào)。大部分激光到偏振分光鏡：垂直線偏振光f1被反射，再經(jīng)固定反射棱鏡反射回來(lái)；水平線偏振光f2全部透射，再經(jīng)移動(dòng)反射棱鏡反射回來(lái)。該信號(hào)與參考信號(hào)比較，獲得±Δf2的具有長(zhǎng)度單位當(dāng)量的電信號(hào)。由于使用頻率差Δf進(jìn)行測(cè)量，使其不受環(huán)境變化影響，可獲得高的測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性。氦氖激光器發(fā)出的激光，在軸向強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生頻率f1和f2旋向相反的圓偏振光，經(jīng)1/4波片形成頻率f1的垂直線偏振光和頻率f2的水平線偏振光。經(jīng)透鏡組成平行光束。55第55頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-34雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)56第56頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆恒溫——要求：±1℃～±0.01℃

實(shí)現(xiàn)方法：大、小恒溫間+局部恒溫（恒溫罩，恒溫油噴淋）◆恒濕——要求：相對(duì)濕度35%～45%，波動(dòng)±10%～±1%實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

◆凈化——要求：10000～100級(jí)（100級(jí)系指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm塵埃個(gè)數(shù)不超過(guò)100）

實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣過(guò)濾器，送入潔凈空氣◆隔振——要求：消除內(nèi)部、隔絕外部振動(dòng)干擾

實(shí)現(xiàn)方法：隔振地基，隔振墊層，空氣彈簧隔振器精密與超精密加工環(huán)境7.2.1精密與超精密加工技術(shù)57第57頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四微細(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。超微細(xì)加工——通常指1μm以下超微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.01μm～0.1μm。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。概述7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)58第58頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四熱流動(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(chē)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)理表7-6

微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)59第59頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆主要采用銑、鉆和車(chē)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?chē)刀、銑刀（圖7-35）。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)械加工圖7-35單晶金剛石銑刀刀頭形狀7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)60第60頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四微小位移機(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。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)。◆

微細(xì)機(jī)械加工設(shè)備◆

FANUCROBOnanoUi型微型超精密加工機(jī)床（圖7-36）

7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)61第61頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四機(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。可進(jìn)行車(chē)、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)。圖7-36

FANUC微型超精密加工機(jī)床7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)62第62頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四載流導(dǎo)體：

◎逆壓電材料（如壓電陶瓷PZT）——電場(chǎng)作用引起晶體內(nèi)正負(fù)電荷重心位移（極化位移），導(dǎo)致晶體發(fā)生形變。

◎磁致伸縮材料（如某些強(qiáng)磁材料）——磁場(chǎng)作用引起晶體發(fā)生應(yīng)變?！?/p>

直接線性驅(qū)動(dòng)（直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)）7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)工作原理：載流導(dǎo)體在電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）作用下產(chǎn)生微小形變，并轉(zhuǎn)化為微位移（圖7-37）。特點(diǎn)：

◎結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，傳動(dòng)效率高。

◎進(jìn)給量可調(diào)，進(jìn)給速度范圍寬，加速度大。

◎行程不受限制。

◎運(yùn)動(dòng)精度高。

◎技術(shù)復(fù)雜。63第63頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-37電磁驅(qū)動(dòng)裝置（直線電機(jī)）工作原理逆壓電元件電磁鐵1電磁鐵2逆壓電元件電磁鐵1電磁鐵2電磁鐵2去掉勵(lì)磁，松開(kāi)逆壓電元件電磁鐵1電磁鐵2逆壓電元件加勵(lì)磁電壓，伸長(zhǎng)Δ逆壓電元件電磁鐵1電磁鐵2電磁鐵2加勵(lì)磁，夾緊電磁鐵1去掉勵(lì)磁，松開(kāi)逆壓電元件電磁鐵1電磁鐵2逆壓電元件去掉勵(lì)磁電壓，恢復(fù)原長(zhǎng)，電磁鐵1移動(dòng)Δ逆壓電元件電磁鐵1電磁鐵2電磁鐵加勵(lì)磁，夾緊ΔΔ7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)64第64頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-38直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)定位平臺(tái)(YOKOGAWA公司）

7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)65第65頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四直線驅(qū)動(dòng)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)比較（表7-7）表7-7直線驅(qū)動(dòng)與伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)比較性能伺服電機(jī)＋滾珠絲杠直線驅(qū)動(dòng)定位精度(μm/300mm)5～100.5～1.0重復(fù)定位精度(μm)±2～±5±0.1～±0.2最高速度(m/min)20～5060～200最大加速度(g)1～22～10壽命(h)6000～10000500007.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)66第66頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四電極線沿著導(dǎo)絲器中的槽以5～10mm/min的低速滑動(dòng)，可加工圓柱形的軸（圖7-39）。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（圖7-40）?！?/p>

線放電磨削法（WEDG）

圖7-40WEDG可加工的各種截形桿微細(xì)電加工

圖7-39WEDG工作原理Ⅰ－ⅠⅠⅠ工件金屬絲導(dǎo)絲器7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)67第67頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四離子束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7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)68第68頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四要求：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）7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)69第69頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四利用氬（Ar）離子或其它帶有10keV數(shù)量級(jí)動(dòng)能的惰性氣體離子，在電場(chǎng)中加速，以極高速度“轟擊”工件表面，進(jìn)行“濺射”加工。離子束加工圖7-43

離子碰撞過(guò)程模型被排斥Ar離子回彈濺射原子位移原子格點(diǎn)間停留離子一次濺射原子Ar離子二次濺射原子Ar離子格點(diǎn)置換離子位移原子工件表面工件真空7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)70第70頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◎?qū)⒈患铀俚碾x子聚焦成細(xì)束，射到被加工表面上。被加工表面受“轟擊”后，打出原子或分子，實(shí)現(xiàn)分子級(jí)去除加工。

離子束濺射去除加工◆

四種工作方式7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)惰性氣體入口陰極中間電極電磁線圈陽(yáng)極控制電極絕緣子引出電極離子束聚焦裝置擺動(dòng)裝置工件三坐標(biāo)工作臺(tái)圖7-44

離子束去除加工裝置◎加工裝置見(jiàn)圖2-26。三坐標(biāo)工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)繞水平軸的擺動(dòng)和繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。71第71頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◎離子束濺射去除加工可用于非球面透鏡成形（需要5坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)），金剛石刀具和沖頭的刃磨（圖7-45），大規(guī)模集成電路芯片刻蝕等。圖7-45離子束加工金剛石制品離子束離子束r=0.01μm預(yù)加工終加工a)金剛石壓頭r=0.01μm離子束離子束預(yù)加工終加工b)金剛石刀具◎離子束濺射去除加工可加工金屬和非金屬材料。7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)72第72頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

離子束濺射鍍膜加工◎用加速的離子從靶材上打出原子或分子，并將這些原子或分子附著到工件上，形成“鍍膜”。又被稱(chēng)為“干式鍍”（圖7-46）離子束源靶濺射材料濺射粒子工件真空?qǐng)D7-46離子束濺射鍍膜加工◎離子鍍氮化鈦，即美觀，又耐磨。應(yīng)用在刀具上可提高壽命1-2倍。◎?yàn)R射鍍膜可鍍金屬，也可鍍非金屬?！蛴捎跒R射出來(lái)的原子和分子有相當(dāng)大的動(dòng)能，故鍍膜附著力極強(qiáng)（與蒸鍍、電鍍相比）。7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)73第73頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◎用高能離子（數(shù)十萬(wàn)KeV）轟擊工件表面，離子打入工件表層，其電荷被中和，并留在工件中（置換原子或填隙原子），從而改變工件材料和性質(zhì)。◎可用于半導(dǎo)體摻雜（在單晶硅內(nèi)注入磷或硼等雜質(zhì)，用于晶體管、集成電路、太陽(yáng)能電池制作），金屬材料改性（提高刀具刃口硬度）等方面。

離子束濺射注入加工

離子束曝光◎用在大規(guī)模集成電路制作中，與電子束相比有更高的靈敏度和分辨率。7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)74第74頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆

通常指納米級(jí)（0.1nm～100nm）的材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量和控制技術(shù)。納米技術(shù)涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域?！?/p>

在達(dá)到納米層次后，決非幾何上的“相似縮小”，而出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象和規(guī)律。量子效應(yīng)、波動(dòng)特性、微觀漲落等不可忽略，甚至成為主導(dǎo)因素?！?/p>

納米技術(shù)研究的主要內(nèi)容納米級(jí)精度和表面形貌測(cè)量及表面層物理、化學(xué)性能檢測(cè)；納米級(jí)加工；納米材料；納米級(jí)傳感與控制技術(shù)；微型與超微型機(jī)械。7.2.3納米技術(shù)75第75頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四掃描隧道顯微測(cè)量（STM）掃描隧道顯微鏡1981年由在IBM瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室工作的G.Binning和H.Rohrer發(fā)明，可用于觀察物體級(jí)的表面形貌。被列為20世紀(jì)80年度世界十大科技成果之一，1986年因此獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。STM工作原理基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。當(dāng)兩電極之間距離縮小到1nm時(shí)，由于粒子波動(dòng)性，電流會(huì)在外加電場(chǎng)作用下，穿過(guò)絕緣勢(shì)壘，從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極。當(dāng)一個(gè)電極為非常尖銳的探針時(shí)，由于尖端放電使隧道電流加大。7.2.3納米技術(shù)G.BinningH.Rohrer76第76頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四STM圖7-48STM工作過(guò)程演示圖7-47STM實(shí)物照片

7.2.3納米技術(shù)77第77頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四通過(guò)掃描隧道顯微鏡操縱氙原子用35個(gè)原子排出的“IBM”字樣

石墨三維圖像

7.2.3納米技術(shù)圖7-49用STM移動(dòng)分子組成的IBM字樣圖7-50用STM觀察石墨原子排列78第78頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四當(dāng)探針與試件表面距離達(dá)1nm時(shí)，形成隧道結(jié)（圖7-51）。當(dāng)偏壓Ub小于勢(shì)壘高度φ時(shí)，隧道電流密度為：式中h——普郎克常數(shù)；

e——電子電量；

ka，k0

——系數(shù)。由上式可見(jiàn)，探針與試件表面距離d對(duì)隧道電流密度非常敏感，這正是STM的基礎(chǔ)。φ1φ2d試件STM探針Ub圖7-51

STM隧道結(jié)7.2.3納米技術(shù)79第79頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

兩種測(cè)量模式（2）恒電流測(cè)量模式（圖7-52b）：探針在試件表面掃描，使用反饋電路驅(qū)動(dòng)探針，使探針與試件表面之間距離（隧道間隙）不變。此時(shí)探針移動(dòng)直接描繪了試件表面形貌。此種測(cè)量模式隧道電流對(duì)隧道間隙的敏感性轉(zhuǎn)移到反饋電路驅(qū)動(dòng)電壓與位移之間的關(guān)系上，避免了非線性，提高了測(cè)量精度和測(cè)量范圍。b）試件輸出運(yùn)動(dòng)軌跡驅(qū)動(dòng)電路掃描器檢測(cè)電路控制器圖7-52STM工作原理掃描器檢測(cè)電路a）輸出試件運(yùn)動(dòng)軌跡（1）等高測(cè)量模式（圖7-52a）：探針以不變高度在試件表面掃描，隧道電流隨試件表面起伏而變化，從而得到試件表面形貌信息。7.2.3納米技術(shù)80第80頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

關(guān)鍵技術(shù)：（1）STM探針——金屬絲經(jīng)化學(xué)腐蝕，在腐蝕斷裂瞬間切斷電流，獲得尖峰，曲率半徑為10nm左右。圖7-53STM針尖7.2.3納米技術(shù)81第81頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四（2）隧道電流反饋控制（圖7-54）7.2.3納米技術(shù)計(jì)算機(jī)差分比較積分放大比例放大高壓放大A/DXYZ控制信號(hào)設(shè)定電壓前置放大對(duì)數(shù)放大（線性化）探針壓電陶瓷試件圖7-54隧道電流反饋控制系統(tǒng)原理框圖D/A82第82頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四（3）納米級(jí)掃描運(yùn)動(dòng)——壓電陶瓷掃描管（圖7-55）（4）信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理——由軟件完成。ΔXΔZ陶瓷管金屬膜+UX-UX-UY+UYUZa）LL0b）圖7-55壓電陶瓷掃描管結(jié)構(gòu)及工作原理當(dāng)陶瓷管內(nèi)壁接地，X軸兩外壁電極電壓相反時(shí)，陶瓷管一側(cè)伸長(zhǎng)，另一側(cè)縮短，形成X方向掃描(圖7-55b)。若兩外壁電極電壓相同，則陶瓷管伸長(zhǎng)或縮短，形成Z方向位移。壓電陶瓷掃描管結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖7-55

a，其工作原理見(jiàn)圖7-55b。7.2.3納米技術(shù)83第83頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◆

原子力顯微鏡（AFM）當(dāng)兩原子間距離縮小到級(jí)時(shí)，原子間作用力顯示出來(lái)，造成兩原子勢(shì)壘高度降低，兩者之間產(chǎn)生吸引力。而當(dāng)兩原子間距離繼續(xù)縮小至原子直徑時(shí)，由于原子間電子云的不相容性，兩者之間又產(chǎn)生排斥力。AFM兩種測(cè)量模式：

◎接觸式——探針針尖與試件表面距離＜0.5nm，利用原子間的排斥力。由于分辨率高，目前采用較多。其工作原理是：保持探針與被測(cè)表面間的原子排斥力一定，探針掃描時(shí)的垂直位移即反映被測(cè)表面形貌。

◎非接觸式——探針針尖與試件表面距離為0.5～1nm，利用原子間的吸引力。為解決非導(dǎo)體微觀表面形貌測(cè)量，借鑒掃描隧道顯微鏡原理，C.Binning于1986年發(fā)明原子力顯微鏡。7.2.3納米技術(shù)84第84頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四◎AFM探針被微力彈簧片壓向試件表面，原子排斥力將探針微微抬起。達(dá)到力平衡。AFM探針掃描時(shí)，因微力簧片壓力基本不變，探針隨被測(cè)表面起伏。AFM結(jié)構(gòu)（圖7-56）STM驅(qū)動(dòng)AFM掃描驅(qū)動(dòng)AFM探針STM探針試件微力簧片圖7-56AFM結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖◎在簧片上方安裝STM探針，STM探針與簧片間產(chǎn)生隧道電流，若控制電流不變，則STM探針與AFM探針（微力簧片）同步位移，于是可測(cè)出試件表面微觀形貌。7.2.3納米技術(shù)85第85頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-57AFM實(shí)物照片掃描探針磁盤(pán)圖像7.2.3納米技術(shù)86第86頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四LIGA（LithographicGaluanoformungAbformung）

1）以同步加速器放射的短波長(zhǎng)（＜1nm）X射線作為曝光光源，在厚度達(dá)0.5mm的光致抗蝕劑上生成曝光圖形的三維實(shí)體；2）用曝光蝕刻圖形實(shí)體作電鑄模具，生成鑄型；3）以生成的鑄型作為模具，加工出所需微型零件。X射線曝光腐蝕溶解抗蝕劑電鑄鑄型注射成形零件圖7-58LIGA制作零件過(guò)程

LIGA由深層同步X射線光刻、電鑄成形、塑注成形組合而成。包括三個(gè)主要工序（圖7-58）：7.2.3納米技術(shù)87第87頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-59LIGA工作現(xiàn)場(chǎng)7.2.3納米技術(shù)88第88頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

50μm圖7-60X射線刻蝕的三維實(shí)體◆

LIGA特點(diǎn)用材廣泛，可以是金屬及其合金、陶瓷、聚合物、玻璃等可以制作高度達(dá)0.1～0.5mm，高寬比大于200的三維微結(jié)構(gòu)（圖7-60），形狀精度達(dá)亞微米◆

LIGA代表產(chǎn)品及應(yīng)用微傳感器、微電機(jī)、微機(jī)械零件、微光學(xué)元件、微波元件、真空電子元件、微型醫(yī)療器械等廣泛應(yīng)用于加工、測(cè)量、自動(dòng)化、電子、生物、醫(yī)學(xué)、化工等領(lǐng)域7.2.3納米技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大批量復(fù)制，成本較低89第89頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology7.3特種加工技術(shù)NontraditionalmachiningTechnology90第90頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

非傳統(tǒng)加工又稱(chēng)特種加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱(chēng)。非傳統(tǒng)加工方法產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問(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。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。7.3.1特種加工技術(shù)概述91第91頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四非傳統(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。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。非傳統(tǒng)加工方法特點(diǎn)7.3.1特種加工技術(shù)概述92第92頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

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(lèi)（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。

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。7.3.1特種加工技術(shù)概述93第93頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

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?！驒C(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（圖7-61）等。工件（陶瓷滾柱）磁性材料磁極振動(dòng)運(yùn)動(dòng)圖7-61磁力拋光示意圖NS7.3.1特種加工技術(shù)概述94第94頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四拓寬現(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。采用數(shù)控、自適應(yīng)控制、CAD/CAM、專(zhuān)家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過(guò)程自動(dòng)化、柔性化程度。發(fā)展趨勢(shì)圖7-62EI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★

圖7-62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。7.3.1特種加工技術(shù)概述95第95頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四工作原理：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（圖7-63）。

◆

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)）。

電火花加工7.3.2幾種代表性特種加工方法圖7-63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Real96第96頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四圖7-64電火花加工機(jī)床7.3.2幾種代表性特種加工方法97第97頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四電極材料——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。7.3.2幾種代表性特種加工方法98第98頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四電火花線切割加工：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（圖7-65）。同時(shí)，絲架可作小角度擺動(dòng)，可切割出斜面。電火花加工類(lèi)型7.3.2幾種代表性特種加工方法圖7-65電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件Real電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal99第99頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四電火花線切割機(jī)床圖7-66電火花線切割加工加工過(guò)程顯示7.3.2幾種代表性特種加工方法100第100頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四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)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(lèi)零件、窄縫、柵網(wǎng)等。7.3.2幾種代表性特種加工方法101第101頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四工作原理：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。

圖7-67電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極電解加工7.3.2幾種代表性特種加工方法102第102頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四

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)。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。電解加工特點(diǎn)電解加工應(yīng)用7.3.2幾種代表性特種加工方法103第103頁(yè)，共136頁(yè)，2022年，5月20日，21點(diǎn)9分，星期四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