精密機(jī)械制造技術(shù)5非典型加工與先進(jìn)制造技術(shù)

精密機(jī)械制造技術(shù)5非典型加工與先進(jìn)制造技術(shù)第一頁，共29頁。GDUT第二頁，共29頁。第一節(jié)非傳統(tǒng)加工第二節(jié)細(xì)微制造技術(shù)第三節(jié)超精密加工第四節(jié)柔性制造自動化技術(shù)與系統(tǒng)第五節(jié)先進(jìn)生產(chǎn)模式一、電火花加工二、電解加工三、激光加工一、細(xì)微切削加工二、細(xì)微磨削加工三、細(xì)微蝕刻四、超聲波加工五、電子束加工六、離子束加工七、快速成形技術(shù)一、超精密加工概念二、超精密加工的地位及意義三、特點、應(yīng)用范圍及分類四、超精密加工技術(shù)的影響因素一、柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生的背景二、柔性制造系統(tǒng)的功能及適應(yīng)范圍一、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）二、智能制造系統(tǒng)（ＩＭＳ）三、精良生產(chǎn)（ＬＰ）四、敏捷制造（ＡＭ）<>第三頁，共29頁。

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加工方法難以勝任的制造任務(wù)。

非傳統(tǒng)加工法正是為完成這些制造任務(wù)產(chǎn)生和發(fā)展起來的。高強(qiáng)度、高硬度、高脆性或高熔點的各種難加工材料的加工具有較低剛度或復(fù)雜曲面的特殊零件的加工<>第四頁，共29頁。特種加工是利用化學(xué)的、物理的（電、聲、光、熱、磁）、電化學(xué)的方法對材料進(jìn)行加工的特種加工能解決大量的普通機(jī)械加工方法難以解決甚至不能解決的問題<>第五頁，共29頁?；瘜W(xué)加工（CHM）電化學(xué)加工（ECM）電化學(xué)機(jī)械加工（ECMM）電火花加工（EDM）電接觸加工（RHM）超聲波加工（USM）激光束加工（LBM）離子束加工（IBM）電子束加工（EBM）等離子體加工（PAM）電液加工（EHM）磨料流加工（AFM）磨料噴射加工（AJM）液體噴射加工（HDM）以及各種復(fù)合加工<>第六頁，共29頁。1.電火花加工原理利用工具電極和工件電極間瞬時火花放電所產(chǎn)生的高溫熔蝕工件的表面材料來實現(xiàn)加工。圖6-1為電火花加工裝置原理圖。<>第七頁，共29頁。2.電火花加工機(jī)床的組成

由脈沖電源、自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置、機(jī)床本體及工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)等。

電火花加工的電源應(yīng)選擇直流脈沖電源，以形成明顯的極效應(yīng)。圖6-2是線切割機(jī)床的工作原理圖<>第八頁，共29頁。電火花加工適用于導(dǎo)電性較好的金屬材料的加工，不受材料的強(qiáng)度、硬度、脆性、韌性及熔點的影響；加工過程中不存在切削力，可適用于薄壁、小孔、窄縫的加工；<>第九頁，共29頁?？捎糜诟鞣N復(fù)雜形狀的型孔及立體曲面型腔的一次成形；可以用來進(jìn)行切斷、切割，以及表面強(qiáng)化、刻寫、打印銘牌和標(biāo)記等。缺點：金屬的去除率較低；存在重鑄層和受熱影響層等。<>第十頁，共29頁。1.電解加工原理電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生陽極溶解的電化學(xué)反應(yīng)原理，將金屬材料加工成形的一種方法。電解加工時，工件接電源的正極，工具接負(fù)極。圖6-3為電解加工的工作原理圖。<>第十一頁，共29頁。2.電解加工設(shè)備的組成

由機(jī)床本體、電源和電解液系統(tǒng)等部分組成。<>第十二頁，共29頁。

工作電壓低，電流大；不受加工材料的硬度、強(qiáng)度、韌性的限制，可加工多種難切削金屬材料；加工效率比電火花成形加工高5~10倍；無機(jī)械切削或切削熱；平均加工公差可達(dá)±0.1mm；附屬設(shè)備多，占地面積大，造價高；電解液腐蝕機(jī)床，易污染環(huán)境。<>第十三頁，共29頁。1.激光加工概述

激光特征：亮度高、方向性好、單色性好、相干性好----利用光學(xué)系統(tǒng)可聚焦稱極小的光斑，獲得極高能量密度和極高的溫度。

影響激光加工的因素：輸出功率與照射時間；焦距、發(fā)散角與焦點位置；照射次數(shù)；工件材料等。圖6-4為激光加工機(jī)示意圖<>第十四頁，共29頁。2.激光加工機(jī)的組成

激光加工機(jī)通常由激光器、電源、光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)組成。<>第十五頁，共29頁。3.激光加工的特點

不需要加工工具；激光束功率密度高，幾乎可以加工任何難加工的材料；工件無受力變形；激光打孔、切割的速度很高，加工部位材料幾乎不受切削熱的影響，熱變形??；激光切割的切縫窄，切割邊緣質(zhì)量好。<>第十六頁，共29頁。

利用工具端面作超聲頻振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現(xiàn)加工。超聲波加工適合于加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、瑪瑙、寶石、金剛石等。圖6-5為超聲波加工的原理圖<>第十七頁，共29頁。1.電子束加工原理分為電子束熱加工和電子束化學(xué)加工電子束熱加工

利用電子束的熱效應(yīng)來實現(xiàn)加工的。如電子束熔煉、電子束焊接、電子束打孔等（圖5-1）<>第十八頁，共29頁。電子束化學(xué)加工

功率密度非常低的電子束照射到工件表面（高分子材料），入射電子與高分子相碰撞，使分子鏈斷裂或重新聚合，從而使高分子材料的分子量和化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，這就是電子束的化學(xué)效應(yīng)。利用該效應(yīng)可以進(jìn)行化學(xué)加工。<>第十九頁，共29頁。2.電子束加工設(shè)備主要由以下四部分組成：電子槍系統(tǒng)：由電子發(fā)射陰極、控制柵極和加速陽極組成，電子槍用來發(fā)射高速電子，并初步聚焦，使電子加速?？刂葡到y(tǒng)：由聚焦裝置、偏轉(zhuǎn)裝置和工作臺位移裝置等組成。<>第二十頁，共29頁。真空系統(tǒng)：形成真空環(huán)境。電子高速運(yùn)動、發(fā)射陰極不被氧化以及被加工表面不被氧化等，均需要真空環(huán)境。電源系統(tǒng)：提供各種控制電壓和加速電壓。<>第二十一頁，共29頁。電子束光刻----光刻膠是高分子材料，按規(guī)定圖形對光刻膠進(jìn)行電子束照射就會產(chǎn)生潛像。再將它浸入適當(dāng)?shù)娜軇┲?，由于照射部分和未照射部分材料的分子量不同，溶解速度不一樣，就會使?jié)撓耧@影出來。集成電路光刻工藝原理（圖6-7）：<>第二十二頁，共29頁。不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石等難加工材料的圓孔、異形孔和窄縫的加工，最小孔徑可達(dá)0.02~0.003mm。用來焊接難溶金屬、化學(xué)性能活潑的金屬，以及碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等。細(xì)微加工的光刻。電子束加工用于精密加工時要考慮熱的影響。<>第二十三頁，共29頁。

在真空條件下，利用惰性氣體離子在電場中加速而形成的高速離子流來實現(xiàn)微細(xì)加工的工藝方法。離子束加工是一種新興的細(xì)微加工方法，在亞微米至納米級精度的加工中很有發(fā)展前途。<>第二十四頁，共29頁。離子束濺射去除加工：離子聚焦成細(xì)束狀，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，實現(xiàn)原子或離子與母材的分離。離子束濺射鍍膜加工：離子被加速，打在靶材上，靶材分離出原子或分子，附著到工件表面形成鍍膜。<>第二十五頁，共29頁。離子束濺射注入加工：用高能離子轟擊工件表面，將離子打入工件表層，其電荷被中和，成為置換原子或晶格間原子，留在工件表層，從而改變了工件表層的材料成分和性能。離子束加工對工件幾乎沒有熱影響。<>第二十六頁，共29頁。1.概述 20世紀(jì)80年代中期發(fā)展起來的一種新技術(shù)----傳統(tǒng)的加工方法是“去除”材料，而快速成形技術(shù)則采用“增加”材料。2.快速光造影系統(tǒng)（SLA） SLA組成：CAD/CAM系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)及掃描控制系統(tǒng)、光敏樹脂、樹脂容器及升降工作臺以及后固化裝置等組成。<>第二十七頁，共29頁。3