產(chǎn)品造型設計材料與工藝 第3版 課件 08切削加工與特種加工

第八章切削加工與特種加工產(chǎn)品造型設計材料與工藝28.1產(chǎn)品設計與機械制造現(xiàn)代產(chǎn)品設計是以市場需求為導向，運用工程技術方法，在社會、經(jīng)濟和時間等諸多限制因素的約束范圍內進行的設計工作。

產(chǎn)品的技術水平、質量水平、生產(chǎn)率水平以及生產(chǎn)成本等，主要取決于產(chǎn)品設計階段的工作深度和完整性，優(yōu)良的設計在帶給用戶良好體驗的同時，也能給制造方帶來良好的成本控制和溢價空間。任何產(chǎn)品或設備都是經(jīng)由設計、零件制造及相應的零件裝配而獲得。除了眾多零件是通過機械制造生產(chǎn)的，即便是生產(chǎn)塑料零件的模具亦需要通過機加工獲得。

第八章切削加工與特種加工3無論是金屬零件或是成形塑料制品的模具，從機械制造的角度來看，都是生產(chǎn)制造中毛坯生產(chǎn)和機械加工過程的“產(chǎn)品”。毛坯生產(chǎn)和機械加工均是直接改變生產(chǎn)對象及零件的形狀、尺寸、精度的加工方法。

毛坯成形加工通常用液態(tài)成形、塑性成形和連接成形等熱加工方法生產(chǎn)，可以經(jīng)濟高效地制造出各種形狀和尺寸的毛坯，所獲得的毛坯表面一般比較粗糙，尺寸精度低。而有一定技術要求的零件表面都需要進行機械加工才能達到質量要求，機械加工是眾多產(chǎn)品生產(chǎn)制造的基礎工序。第八章切削加工與特種加工圖8-3大疆Robomaster及零部件分解4第八章切削加工與特種加工8.1.1生產(chǎn)過程和工藝過程與生產(chǎn)綱領

一般產(chǎn)品的生產(chǎn)過程如圖8-4所示，包括原材料的運輸、儲存、生產(chǎn)準備、毛坯制造、零件加工和熱處理、產(chǎn)品裝配與調試、質量檢驗以及包裝等。

原材料檢驗包裝

儲運毛坯制造機械加工裝配調試產(chǎn)品能量系統(tǒng)能源信息系統(tǒng)設計信息、制造工藝、物流要求

圖8-4一般產(chǎn)品的生產(chǎn)過程5第八章切削加工與特種加工8.1.1生產(chǎn)過程和工藝過程與生產(chǎn)綱領

生產(chǎn)過程中，直接改變材料形狀、尺寸和性能，使之變?yōu)榘氤善坊虺善返倪^程，被稱為工藝過程，它是生產(chǎn)過程中的主要環(huán)節(jié)。

工藝過程又包括若干道工序。工序是一個或一組工人，在一個工作地點對同一個或同時對幾個工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)量在計劃期內生產(chǎn)的零件數(shù)量稱為零件生產(chǎn)綱領。

生產(chǎn)類型是企業(yè)（或車間）生產(chǎn)專業(yè)化程度的分類。企業(yè)在制定工藝規(guī)程時，一般按產(chǎn)品（零部件）的生產(chǎn)綱領來確定生產(chǎn)類型。根據(jù)生產(chǎn)特點，企業(yè)的生產(chǎn)可分為三種基本類型：單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。

6第八章切削加工與特種加工8.1.2機械制造工藝原理與分類機械制造包括毛坯制備，對毛坯、零件進行的各種機械、特種加工和熱處理等，極少數(shù)零件也會采用精密鑄造或精密鍛造等無屑加工方法。根據(jù)被加工工件所處的溫度狀態(tài)以及工藝特征，機械制造可分為熱加工、冷加工和特種加工。

冷加工也稱為機械加工，一般指在常溫下使用機械設備，不引起工件化學或物相變化，利用切削原理從工件上切除多余材料或者利用壓力使生產(chǎn)對象產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工件、達到設計要求的加工工藝。冷加工按加工方式差異又可分為切削加工和壓力加工。

7第八章切削加工與特種加工8.1.2機械制造工藝原理與分類

熱加工是在高于材料再結晶溫度的條件下，使金屬材料成形的加工方法。熱加工通常包括液態(tài)成形、塑性成形、連接成形及熱處理等工藝。。

特種加工一般直接利用電能、熱能、聲能、光能、化學能和電化學能，有時也結合機械能對工件進行加工。特種加工主要用于難加工材料、形狀特別復雜、細微結構以及高精度、表面質量有特殊要求的零件加工。常見的特種加工工藝有電火花成型加工、電火花線切割加工、電解加工、激光加工和超聲波加工等。。

第八章切削加工與特種加工8.2切削加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求

零件形狀多數(shù)都由外圓面、內圓面、平面和曲面等組成?？梢园研纬蛇@些表面的母線及其運動，轉化為加工對象和加工工具的相對運動來看待。加工時使切削工具和工件間有一定的相對運動，切除多余材料，使加工對象成為具有一定形狀、尺寸精度和表面質量要求合格零件的機械加工方法就稱為切削加工。切削加工有較高的生產(chǎn)效率，并能獲得較高的精度和表面質量，是目前應用最廣的加工方法，如圖8-5所示。第八章切削加工與特種加工8.2切削加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求

圖8-5

切削運動簡圖

第八章切削加工與特種加工8.2切削加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求

如圖8-6是Proxxon微小機械的圖片資料，甚至愛動手的DIY者還會自制一些簡易機械來解決實際問題，如圖8-7所示是兩種自制簡易木工車床。圖8-6Proxxon微車、木工車床、微銑圖8-7自制木工車床第八章切削加工與特種加工8.2切削加工

Apple公司的2013版MacPro主機箱殼體使用的主要切削加工工藝包括車內外圓、磨削。如圖8-8所示是MacPro主機殼體生產(chǎn)時的車削、拋光工藝過程。圖8-8MacPro主機箱生產(chǎn)流程第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求

零件的加工質量指標包括加工精度和表面質量兩方面。

1.加工精度加工精度是指零件在加工后尺寸、形狀和相互位置等參數(shù)的實際數(shù)值與設計時確定的數(shù)值相符合的程度。加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。（1）尺寸精度是指零件實際加工的尺寸與設計給定的尺寸相符合的程度，它是由尺寸公差控制的。公差是尺寸允許的變動量，公差越小，精度越高。

（2）形狀精度與位置精度是指零件表面實際形狀和位置與理想形狀和位置相符合的程度。

第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求2.表面粗糙度

表面粗糙度指零件加工表面存在的由較小間距的峰谷組成的微量高低不平度。它與零件的耐磨性、配合性質、抗腐蝕性有密切關系，會影響到機器的使用性能、壽命和制造成本，是切削加工的重要質量要求之一。

第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求2.表面粗糙度

表面粗糙度的評定參數(shù)主要有以下兩種：

輪廓算術平均偏差Ra

在取樣長度Lr內，取輪廓偏距Zx絕對值的算術平均值。

輪廓最大高度Rz

在取樣長度Lr內，取五個最大輪廓峰高的平均值與五個最大輪廓谷深的平均值之和。

圖8-9Ra、Rz參數(shù)示意圖第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求表面粗糙度標注圖形整理成如下表8-4所示。

符號名稱符號樣式含義及說明基本圖形符號未指定工藝方法的表面；基本圖形符號僅用于簡化代號標注，當通過一個注釋解釋時可單獨使用，沒有補充說明時不能單獨使用擴展圖形符號用去除材料的方法獲得表面，如通過車、銑、刨、磨等機械加工的表面；僅當其含義是“被加工表面”時可單獨使用

用不去除材料的方法獲得表面，如鑄、鍛等；也可用于保持上道工序形成的表面，不管這種狀況是通過去除材料或不去除材料形成的完整圖形符號在基本圖形符號或擴展圖形符號的長邊上加一橫線，用于標注表面結構特征的補充信息。

工件輪廓各表面圖形符號

當在某個視圖上組成封閉輪廓的各表面有相同的表面結構要求時，應在完整圖形符號上加一圓圈，標注在圖樣中工件的封閉輪廓線上。第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質量要求圖8-10所示是表面粗糙度及紋理樣板，圖8-11所示的B&O公司H95耳機鋁合金金屬就使用了具有多種肌理質感的表面處理工藝。

圖8-10表面粗糙度及紋理樣板圖8-11B&OH95耳機第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工1.加工方案

粗車ITl3～IT11Ra值50～12.5μm低精度未淬火金屬零件外圓面半精車ITl0～IT9Ra值6.3～3.2μm精車IT8～IT7Ra值1.6～0.8μm精密車IT6～IT5Ra值0.8～0.4μm中等精度未淬火金屬零件外圓面精密的非鐵合金零件外圓面粗磨IT8～IT7Ra值1.6～0.8μm半精磨ITl0～IT9Ra值0.8～0.4μm精密磨IT6～IT5Ra值0.2～0.1μm研磨、超級光磨IT6～IT5Ra值0.1～0.008μm中等精度的淬火或未淬火金屬零件外圓面精密的淬火或未淬火金屬零件外圓面金屬零件的超精外圓面精磨IT6Ra值0.4～0.2μm第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工2.加工方法及其特點

（1）車削外圓車削加工是在車床上利用工件的旋轉運動和刀具的移動來加工工件的，工件旋轉為主運動，而刀具作直線的進給運動,一般可分為粗車、半精車和精車。粗車外圓適用于毛坯件的加工，工件表面精度可達ITl3～IT11，表面粗糙度Ra值為50μm～12.5μm。半精車外圓在粗車的基礎上進行，以提高工件的精度，降低表面粗糙度。通常作為只有中等精度要求的零件表面的終加工，也可作為精車或精磨工件之前的預加工。半精車工件表面精度為ITl0～IT9，表面粗糙度Ra值為6.3μm～3.2μm。精車外圓在半精車的基礎上進行，目的在于使工件獲得較高的精度和較低的表面粗糙度。精車后工件表面精度可達IT8～IT7，表面粗糙度Ra值為1.6μm～0.8μm。

第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工2.加工方法及其特點

（1）車削外圓車削的工藝特點有：易于保證軸、套、盤等零件各表面之間的位置精度?？捎媒饎偸嚨痘蚣氼w粒結構的硬質合金刀具精細車非鐵合金.

車削時切削過程一般是平穩(wěn),因此在生產(chǎn)中可以采用較大的切削用量。車刀制造、刃磨和裝夾均較方便，有利于提高加工質量和生產(chǎn)效率。

第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工2.加工方法及其特點

（2）磨削外圓

外圓磨削是外圓精加工的主要方法之一，通常半精車后在外圓磨床、萬能外圓磨床或無心磨床上進行，用砂輪作刀具以較高的線速度對工件表面進行加工。磨削可以達到較高的精度和較小的表面粗糙度，一般可達IT7～IT6，表面粗糙度Ra值為0.2μm～0.8μm。

磨削的工藝特點有：磨削過程中，會產(chǎn)生大量磨削熱，易燒傷工件表面，使淬火鋼表面退火，硬度降低。另外，工件材料在高溫下變軟極易堵塞砂輪。磨削加工的工件材料范圍很廣，既可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般材料，也能加工高硬度的淬硬鋼、硬質合金和玻璃等難切削材料。但是，磨削不能加工塑性較大的非鐵合金工件。

第八章切削加工與特種加工8.2.3內圓表面加工1.加工方案

內圓表面(孔)也是組成零件的基本表面之一。常見的有：緊固孔，如螺釘、螺栓孔等；回轉體零件上的孔，如套筒、法蘭盤及齒輪上的孔等；箱體零件上的孔，如床頭箱體上主軸及傳動軸的軸承孔等；深孔；圓錐孔，此類孔常用來保證零件間配合的準確性，如機床的錐孔等。常見的孔加工方法有鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、拉孔和磨孔等。所以在選擇內圓面加工方案時，應考慮孔徑大小、深度、精度、工件形狀、尺寸、重量、材料、生產(chǎn)批量及設備等具體條件，對照實際要求經(jīng)濟地選擇。內圓表面加工方案如圖8-15所示。

第八章切削加工與特種加工8.2.3內圓表面加工1.加工方案

精密的未淬火金屬大于φ20的孔在實體材料上加工低精度孔中等精度的未淬火金屬的孔精密的未淬火金屬的孔超精密的未淬火金屬或非鐵合金大于φ12的孔超精密的未淬火金屬的孔鉆ITl0以下Ra50～12.5μm擴ITl0~IT9Ra6.3～3.2μm粗鉸IT8Ra3.2～1.6μm精鉸IT7Ra1.6～0.8μm手鉸IT7~IT6Ra0.4～0.2μm拉IT8~IT7Ra0.8～0.4μm精鏜IT8~IT7Ra1.6～0.8μm精拉IT6Ra0.2～0.1μm半精鏜IT8Ra3.2～1.6μm粗鏜IT9~IT8Ra6.3～3.2μm研磨IT7~IT6Ra0.1～0.008μm粗磨IT8Ra1.6～0.8μm半精磨IT8~IT7Ra0.8～0.4μm精磨IT7~IT6Ra0.2～0.1μm中等精度的未淬火金屬大于φ20的孔中等精度的淬火或未淬火金屬大于φ20的孔精密的淬火或未淬火金屬大于φ12的孔超精密的淬火或未淬火金屬大于φ12的孔精細鏜IT7~IT6Ra0.2～0.1μm第八章切削加工與特種加工8.2.3內圓表面加工2.加工方法及其特點

（1）鉆削加工

鉆削通常是在實體材料上加工孔的方法，主要在鉆床上進行。常用的鉆床有臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床，鉆床還可用于擴孔、鉸孔等。主要鉆削形式如圖8-16所示。

圖8-16鉆削形式a）鉆孔b）擴孔c）鉸孔第八章切削加工與特種加工8.2.3內圓表面加工2.加工方法及其特點

（2）鏜削加工

鏜孔是鏜刀在已加工孔的工件上使孔徑擴大并達到精度、表面粗糙度要求的加工方法。鏜床鏜孔的方式如圖8-18所示。

圖8-18鏜削加工a）鏜孔b）鏜大孔c）鏜組合孔第八章切削加工與特種加工8.2.3內圓表面加工2.加工方法及其特點

（3）拉削加工拉削不但可以加工各種截面形狀的型孔，還可以拉削平面、半圓弧面和其他組合表面，如圖8-20所示。圖8-21為一種拉刀的簡圖。

圖8-20適于拉削的各種型孔

圖8-21拉刀

第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工1.平面加工方案平面是盤、板和箱體類零件的主要表面。大致可分為以下幾種：①非結合面屬低精度表面，只是在外觀或防腐蝕需要時才進行加工。②結合面和重要結合面屬中等精度平面，如零部件的固定連接面等。③導向平面屬精度平面，如機床的導軌面等。④精密測量工具的工作面等屬精密平面。平面的作用不同，其技術要求也不同，所以采用的加工方案也不一樣，具體方案見表8-5。第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工1.平面加工方案序號加工方案經(jīng)濟加工精度等級（IT）加工表面

粗糙度Ra/μm適用范圍1粗車—半精車9~86.3~3.2端面2粗車—半精車—精車7~61.6~0.83粗車—半精車—磨削9~70.8~0.24粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）9~76.3~1.6一般不淬硬平面（端銑粗糙度較低）5粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—刮研6~50.8~0.1精度要求較高的不淬硬平面；批量較大時宜采用寬刃刨削方案6粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—寬刃精刨7~60.8~0.27粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—磨削7~60.8~0.2精度要求較高的淬硬平面或不淬硬平面8粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—粗磨—精磨6~50.4~0.259粗銑—拉9~60.8~0.2大量生產(chǎn)，較小的平面10粗銑—精銑—磨削—研磨5級以上＜0.1高精度平面第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點

（1）銑削加工

圖8-23銑削應用a)圓柱銑刀銑平面b)面銑刀銑平面c)角度銑刀銑角度槽d)e)立銑刀加工溝槽或平面

第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點

（1）銑削加工a)b)c)圖8-24銑削運動a)周銑法b)端銑法c）綜合法第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點

（1）銑削加工

Macbook系列產(chǎn)品就是對鋁塊進行銑削得到產(chǎn)品型腔，如圖8-26所示是Macbook筆記本電腦C殼加工流程。圖8-26MacbookC面加工流程第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點

（2）刨削平面刨削可以在牛頭刨床或龍門刨床上進行。中小零件加工，一般多在牛頭刨床上進行。龍門刨床主要用于大型零件(如機床床身和箱體零件)的平面加工。刨削加工精度較低，精度一般為IT9～IT8，表面粗糙度Ra值為6.3μm～1.6μm。由于刨刀結構簡單便于刃磨，刨床的調整也比較方便，因此刨削加工在單件小批生產(chǎn)及修配工作中應用較廣。（3）磨削平面高精度平面及淬火零件的平面加工，大多數(shù)采用平面磨削方法，主要在平面磨床上進行。第八章切削加工與特種加工8.2.5成型面加工

產(chǎn)品中有些零件的表面不是簡單的平面、圓柱面、圓錐面或它們的組合，而是復雜型面。成形面的加工方法較多，一般也有車削、銑削、刨削或磨削等，可歸納為以下兩種基本方式。1.成形刀具加工用切削刃形狀與零件表面輪廓

形相符合的刀具，直接加工出成形

面，如圖8-27所示。圖8-27成形刀具加工第八章切削加工與特種加工8.2.5成型面加工2.利用刀具和工件作特定的相對運動加工利用刀具和工件作特定的相對運動來加工成形面，刀具比較簡單，并且加工成形面的尺寸范圍較大。但是機床的運動和結構都較復雜，成本也高。用靠模裝置車削成形面就是其中的一種，如圖8-28所示。

此外，還可以利用手動、液壓仿形裝置或數(shù)控裝置等來控制刀具與工件之間特定的相對運動，如圖8-29所示是一種手動車圓弧方式。圖8-28用靠模車成形面1—車刀2—工件3—聯(lián)接板4—靠模5—滑塊圖8-29車削成型面第八章切削加工與特種加工8.2.6產(chǎn)品結構工藝性結構工藝性是指產(chǎn)品零部件在保證產(chǎn)品使用性能的前提下，在結構設計方面應符合加工方便、生產(chǎn)率高、勞動量少、材料消耗少、生產(chǎn)成本低的原則。結構工藝性包括切削加工、裝配結構工藝性等。零件結構設計的一般原則有：（1）合理確定零件的技術要求

不需要加工的表面，不要設計成加工面；要求不高的表面不要設計成高精度和較小表面粗糙度的表面，以免增加材料消耗和制造費用。（2）遵循結構設計的標準化

盡量采用標準化參數(shù)，標準化零件等；盡可能減少加工量和精加工面積；零件上作用相同的結構要素應盡量保持一致；零件上孔的軸線應與鉆出表面垂直，避免深孔加工；盡量避免內表面加工等。設計零件還必須使其具備良好的裝配工藝性，使裝配和維修更便利，保證產(chǎn)品的質量。第八章切削加工與特種加工8.2.6產(chǎn)品結構工藝性

改進前改進后說

明簡化結構、減小加工面支座底面設計為中凹，減小了加工面積，且不會影響穩(wěn)定性；增設凸臺，在鉆孔同時用锪鉆加工凸臺平面，減小加工面積和時間將中間一段孔設計為不加工面，且盡量長，減小精車孔的面積將表面粗糙度Ra值為0.4μm外圓設計為階梯軸，減小了磨削外圓的長度和砂輪損耗保證質量、提高生產(chǎn)率銑削兩平面或立鉆上鉆兩孔都需兩次安裝，改進后，可一次安裝，依次銑平面或鉆兩孔，生產(chǎn)率高改善

加工條件左圖鉆頭切入切出工件時，形成鉆頭單邊切削，引偏鉆頭，使軸線歪斜，甚至造成鉆頭折斷表8-7零件結構切削加工工藝性示例第八章切削加工與特種加工8.2.6產(chǎn)品結構工藝性表8-8零件結構裝配工藝性示例

改進前改進后說明減少不必要配合面，使裝配準確可靠左圖兩件在軸向有兩對配合表面，不得不提高孔深和臺階套長度的加工精度左圖兩件在徑向有兩對配合表面。不得不提高階梯軸外圓和階梯孔的精度。右圖結構合理左圖軸肩和孔的端面無法貼緊，應在孔端設倒角或在軸肩根部切槽，如右圖所示預留拆裝工藝結構，便于裝配左圖螺釘位置距機壁太近，無法使用板手，改進后，板手活動空間增大，便于擰緊或松開螺釘左圖空間小于螺釘長度，無法裝入螺釘左圖聯(lián)接機體和底座的螺栓安裝困難，若結構允許，可在底座上設計出裝螺栓的工藝孔，或在底座上加工螺紋孔，用螺柱聯(lián)接兩件第八章切削加工與特種加工8.3特種加工8.3.1特種加工概述

常規(guī)的機械加工是依靠刀具對工件相互作用，去除工件上多余金屬以達到加工要求。要求刀具材料硬度必須大于工件硬度，而且由于加工中存在切削力，因此無論刀具或工件都必須具有一定的剛度和強度才能保證加工的順利進行。但隨著生產(chǎn)和科技發(fā)展的需要，許多產(chǎn)品向高精度、高速、高壓、大功率、小型化等方向發(fā)展，它們越來越多地使用各種硬質難熔或有特殊物理、力學性能的材料，而常規(guī)的切削加工方法無法實現(xiàn)加工。而且這些產(chǎn)品中有些零部件精密細小、結構復雜，尺寸、形狀、位置和表面粗糙度等幾何精度要求很高，如零件上的微孔、異形孔、窄縫、精密細桿、彈性元件，各類模具上的特殊型腔、孔槽等，采用常規(guī)切削方法加工已難以滿足工件的要求。為了解決這些加工困難，人們不斷探索研究新的加工方法，特種加工就是在這種前提下產(chǎn)生和發(fā)展起來的。第八章切削加工與特種加工8.3.1特種加工概述

特種加工是指那些不屬于常規(guī)加工工藝范疇的且主要是利用電能、光能、聲能、熱能、化學能等去除材料的加工方法。一般按能量來源和作用原理來區(qū)分，常用特種加工方法分類見表8-9。單純從材料去除率來看，特種加工一般要低于常規(guī)的切削方法。因此，在現(xiàn)階段的機械加工領域中，還是以常規(guī)的切削加工為主導，特種加工主要用于難切削材料的加工、微細加工、特殊復雜形狀及高精度和有特殊質量要求的加工。

第八章切削加工與特種加工8.3.1特種加工概述

表8-9常用特種加工方法分類第八章切削加工與特種加工8.3.2電火花加工1.電火花加工原理與設備組成電火花加工的原理是基于工件和工具之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，產(chǎn)生的局部、瞬時高溫把金屬蝕除下來，以達到對零件的尺寸和表面預定要求的加工方法，也稱放電加工或電蝕加工。圖8-30電火花加工原理示意圖a)電火花加工原理示意b)c)電火花加工表面局部放大圖1—工件2—脈沖電源3—自動進給調節(jié)裝置4—工具

5—工作液6—過濾器7—工作液泵8—被蝕除的材料第八章切削加工與特種加工8.3.2電火花加工2.電火花加工的特點

1）能加工任何導電材料。

2）適于加工低剛度工件及微細加工，適用于復雜表面工件的加工。

3）電火花加工的表面由無數(shù)小坑和硬凸邊組成，其硬度比機械加工表面硬度高，且有利于保護潤滑油，在相同粗糙度下其表面潤滑性和耐磨性也比機械加工表面好，特別適用于模具制造。

4）加工速度較慢。圖8-31三菱電火花成型機第八章切削加工與特種加工8.3.2電火花加工3.電火花加工方法及應用

1）電火花穿孔。2）電火花型腔加工。

圖8-32電火花型腔加工第八章切削加工與特種加工8.3.3電火花線切割加工

1.線切割加工原理與設備

電火花線切割加工簡稱線切割加工，圖8-33是原理圖。電火花線切割加工利用一根運動的細金屬絲(φ0.02~0.3mm的鉬絲或銅絲)作工具電極，在工件與金屬絲間通以脈沖電流，靠火花放電對工件進行切割加工。圖8-33電火花線切割原理圖1—絕緣底板2—工件3—脈沖電源

4—電極絲5—導向輪6—支架7—貯絲圖8-34NHS系列線切割機床第八章切削加工與特種加工8.3.3電火花線切割加工2.線切割加工的特點線切割加工可以加工一切導電金屬，其加工機理、表面粗糙度、材料的可加工性等與電火花加工相似，加工生產(chǎn)率更高、加工成本低，其特點如下：1）省掉了成型工具電極，大大降低了電極設計、制造費用，縮短了生產(chǎn)準備時間；2）電蝕余量小，蝕除金屬量少，適用于加工和切割稀有、貴重金屬；3）工具電極損耗很小，加工精度高;4）加工小孔、小槽、窄縫、凸凹?？梢淮瓮瓿?，可以多個工件疊起來加工，能獲得一致的尺寸；5）便于實現(xiàn)自動控制。第八章切削加工與特種加工8.3.3電火花線切割加工3.線切割加工的應用

加工模具、加工電火花成形加工用的電極、加工零件圖8-35線切割加工零件第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工

1.激光加工原理和設備組成激光加工就是將高能量密度的激光束照射到工件表面，導致光斑處的材料瞬間熔化、氣化、膨脹，使熔融物爆炸式地噴射出來，高速噴射產(chǎn)生的反沖壓力又在工件內部形成一個方向性很強的沖擊波。

工件材料就是在高溫熔融和沖擊波作用下，被蝕除部分物質，形成一個帶錐度的小孔，這樣經(jīng)多次照射就可完成預定的加工。

第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工2.激光加工的特點

1）能量密度高，應用廣泛，激光加工幾乎能加工所有的材料。

2）加工速度快，效率高，可控性好，容易實現(xiàn)自動化。

3）可通過由玻璃等制成的窗口對被封閉零件進行加工，在真空環(huán)境下也可加工。

4）可用于精密微細加工。

3.激光加工的應用（1）激光打孔。（2）激光切割。（3）激光加工還可應用于激光焊接、激光熱處理、激光微調和激光存儲等方面。圖8-36激光打孔實例第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工圖8-37激光切割應用實例第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工圖8-38激光雕刻的玻璃工藝品第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工圖8-39汽車生產(chǎn)時的激光焊接圖8-40激光加工工藝應用第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學腐蝕加工

光化學腐蝕加工簡稱光化學加工，是光學照相制版和光刻相結合的一種精密微細加工技術。它是用照相感光來確定工件表面要蝕除的圖形、線條，可以加工出非常精細的文字圖案。

1.照相制版原理和工藝照相制版是把所需的圖像攝影到照相底片上，經(jīng)過光化學反應，將圖像復制到涂有感光膠的銅板或鋅板上，在經(jīng)過堅膜固化處理，使感光膠具有一定的抗蝕能力，最后經(jīng)過化學腐蝕即可獲得所需圖形的金屬板。照相制版是印刷工業(yè)的關鍵工藝，利用它可以加工一些機械加工難以解決的具有復雜圖形的薄板、薄片或在金屬表面上蝕刻圖案、花紋等。

第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學腐蝕加工1.照相制版原理和工藝

圖8-42照相制版曝光、顯影示意圖1—金屬版2—感光膜3—照相底片4—成像膠膜圖8-43照相制版腐蝕原理示意圖1—顯影后的金屬片2—成像膠膜3—腐蝕深度第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學腐蝕加工

1.照相制版原理和工藝

如圖8-44所示是正在制作曝光顯影過程的銅版，圖8-45所示是利用這種技術制成的工藝品。

圖8-44銅版曝光顯影圖8-45凹凸版工藝品第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學腐蝕加工

2.光刻加工原理和工藝光刻是利用光致抗蝕劑的光化學反應特點，將掩模版上的圖形精確印制在涂有光致抗蝕劑的襯底表面，再利用光致抗蝕劑的耐腐蝕特性，對襯底表面進行腐蝕，可獲得極為復雜的精細圖形。圖8-47半導體光刻工藝過程1—襯底（硅）2—光刻薄膜（氧化硅）3—光致抗蝕劑4—掩模版第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學腐蝕加工

2.光刻加工原理和工藝

利用光刻原理還可制造一些精密產(chǎn)品的零部件，如刻線尺、刻度盤、光柵、細孔金屬網(wǎng)板、電路布線板等。如圖8-48所示是應用光刻技術制作的PCB電路板及裝飾金屬網(wǎng)板。

圖8-48PCB電路板及裝飾金屬網(wǎng)板第八章切削加工與特種加工8.3.6電子束加工1.電子束加工原理及設備在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（106～109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，如圖8-49所示。在極短的時間(幾分之一微秒)內，其能量的大部分轉變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化或氣化。圖8-49電子束加工原理1—工件2—電子束

3—偏轉線圈4—電磁透鏡第八章切削加工與特種加工8.3.6電子束加工2．電子束加工的特點1）能加工微孔、窄縫、半導體集成電路等，是一種精密微細加工方法。2）加工材料范圍很廣。3）整個加工過程便于實現(xiàn)自動化。4）污染少，加工表面在高溫時不易氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導體材料。3．電子束加工應用（1）高速打孔（2）加工型孔及特殊表面（3）刻蝕（4）焊接圖8-51電子束焊接剖面圖第八章切削加工與特種加工8.3.7離子束加工1.離子束加工原理與設備

離子束加工原理和電子束加工基本類似，也是在真空條件下將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之撞擊到工件表面。離子束比電子束具有更大的撞擊動能，它是靠微觀機械撞擊能量而不是靠動能轉化為熱能來加工。離子束加工按照其所利用的物理效應和達到目的的不同，可以分為四類，即利用離子撞擊和濺射效應的離子刻蝕，離子濺射沉積和離子鍍，以及利用注入效應的離子注入，如圖8-52所示。

圖8-52各類離子束加工示意圖a)離子刻蝕b)濺射沉積c)離子鍍d)離子注入l—離子源2—吸極(吸收電子，引出離子)3—離子束4—工件5—靶材第八章切削加工與特種加工8.3.7離子束加工2．離子束加工特點

由于離子束可以通過電子光學系統(tǒng)進行聚焦掃描，離子束轟擊材料是逐層去除原子，離子束流密度及離子能量可以精確控制，所以離子刻蝕可以達到毫微米即納米級的加工精度。離子鍍膜可以控制在亞微米級精度，離子注入的深度和濃度也可精確控制。因此，離子束加工是所有特種加工方法中最精密、最細微的加工方法。第八章切削加工與特種加工8.3.7離子束加工3．離子束加工的應用（1）刻蝕加工。

（2）鍍膜加工。離子鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種。（3）離子注入加工。圖8-53彩色離子鍍膜金屬環(huán)圖8-54華為手機極光色版漸變后殼第八章切削加工與特種加工8.3.8水切割加工

水切割又稱水刀切割，是一種利用高壓水流切割材料的加工方式。水切割加工的基本原理比較簡單。通過加壓泵將水加壓開始，通過高壓管，然后從切割噴頭射出來，利用接近甚至超過音速的射流沖擊工件材料表面達到切割材料的目的。與一般的噴水切割相比，還有部分水切割設備在射流中加入砂粒等磨料，以起到增大切削能力，磨削切割表面的雙重作用。

圖8-55磨料切割噴嘴半剖圖第八章切削加工與特種加工8.3.8水切割加工圖8-56水切割零件加工第八章切削加工與特種加工8.3.8水切割加工圖8-57水切割工藝品和裝飾石材第八章切削加工與特種加工8.3.9超聲加工超聲加工是利用工具頭作超聲振動，通過懸浮液中磨料的高速轟擊進行加工的方法，具體原理見圖8-58。超聲加工適合于加工各種脆硬非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導體、石英、鍺、硅、石墨、瑪瑙、寶石、金剛石等。

圖8-58超聲加工原理圖第八章切削加工與特種加工8.4數(shù)控加工技術

在宇航、造船和軍工生產(chǎn)等領域，需要加工的零件多具有精度高、形狀復雜、批量小、經(jīng)常變動等特點，現(xiàn)代產(chǎn)品形態(tài)多為非規(guī)則曲面形式，且更新?lián)Q代不斷加快，這對機床設備不僅提出了精度與效率的要求，同時也提出了通用性與靈活性的要求。如圖8-59所示形狀復雜，質量要求高的零件使用傳統(tǒng)機床加工，不僅勞動強度大，效率低，而且難以保證加工精度，有些零件甚至無法加工。伴隨計算機技術、網(wǎng)絡技術的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)制造產(chǎn)生了數(shù)控加工技術。

圖8-59數(shù)控加工復雜零件第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類1.數(shù)控加工原理

數(shù)字控制（NumericalControl，NC）是目前高度發(fā)展和廣泛應用的一種自動控制技術，是用數(shù)字信號對機床各運動部件在加工過程中的活動進行控制的方法，簡稱為數(shù)控（NC）。所謂數(shù)控機床是用數(shù)控裝置或電子計算機進行程序控制的一種高效能自動化機床，通過數(shù)控系統(tǒng)處理數(shù)字編碼程序，控制機床的動作來加工零件。其中計算機數(shù)控機床由于主要功能基本上全部由軟件來實現(xiàn)，不同的數(shù)控機床只需編制不同軟件，而硬件基本可以通用，所以應用日益廣泛，此類數(shù)控機床簡稱為CNC機床。

盡管零件的輪廓形狀千變萬化，但大多由直線和圓弧組成，而各種復雜的曲線也可以用直線或圓弧近似替代。數(shù)控機床的加工方法就是利用逼近輪廓的方法（插補法）來加工工件，可加工出各種復雜的曲面。

第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類2.數(shù)控機床的組成

數(shù)控機床主要由控制介質、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機床本體等幾部分組成，如圖8-60所示。圖8-60數(shù)控機床的組成第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類3.數(shù)控加工設備分類（1）按機床運動軌跡分類按機床運動軌跡分類可分為點位控制、點位直線控制和輪廓控制數(shù)控機床，具體可見以下示意圖。

圖8-61數(shù)控鉆床加工示意圖圖8-62數(shù)控銑床加工示意圖圖8-63輪廓控制數(shù)控加工第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類3.數(shù)控加工設備分類（2）按數(shù)控系統(tǒng)有無檢測和反饋裝置分類按數(shù)控系統(tǒng)有無檢測和反饋裝置分類可分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制數(shù)控機床，控制系統(tǒng)框圖如下。

圖8-64開環(huán)控制系統(tǒng)框圖圖8-65半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類3.數(shù)控加工設備分類（2）按數(shù)控系統(tǒng)有無檢測和反饋裝置分類開環(huán)控制數(shù)控機床的數(shù)控系統(tǒng)不帶反饋檢測裝置，結構簡單、工作穩(wěn)定、調試維修方便、成本低，主要適用于精度要求不高的中小型機床。半閉環(huán)控制數(shù)控機床系統(tǒng)調試方便，穩(wěn)定性好，目前應用較多。閉環(huán)控制數(shù)控機床結構較復雜，調試維修較困難，成本高，多用于高精度數(shù)控機床。

圖8-66閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類3.數(shù)控加工設備分類（3）按工藝用途分類按工藝用途分類可分為金屬切削類、成型類和特種加工類數(shù)控機床。

金屬切削類數(shù)控機床又分為普通數(shù)控機床和數(shù)控加工中心。金屬成型數(shù)控機床有數(shù)控沖床、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機等。特種加工數(shù)控機床有數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控激光切割機床等。第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類3.數(shù)控加工設備分類（3）按工藝用途分類如圖是數(shù)控加工中心加工的復雜零件。

第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設備簡介1.數(shù)控車床數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件，能完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，還能加工一些復雜的回轉面，如雙曲面等，并能進行車槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等工作。第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設備簡介1.數(shù)控車床數(shù)控車床按功能分為經(jīng)濟型數(shù)控車床、普通數(shù)控車床和車削加工中心。圖8-684軸CNC數(shù)控車削加工中心第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設備簡介2.數(shù)控銑床數(shù)控銑床有臥式和立