其它机械制造技术PPT课件.ppt

特种加工 1 1 技术发展 传统机械加工已有很久的历史 它对人类的生产和物质文明起了极大的作用 随着新材料 新结构的不断出现 传统的用机械能量和切削力来去除余量的加工方法已经不能满足现代制造业发展的需要 反而成了限制生产率和影响加工质量的不利因素 因此相应出现了用电能 光能 化学能等其他形式能量实现材料去除的加工方法 它们统称为特种加工 2 根据能量来源和作用原理分类 3 特种加工的加工特点 1 是主要依靠机械能 与加工对象的机械性能无关 有些加工方法 如激光加工 电火花加工 等离子弧加工 电化学加工等 是利用热能 化学能 电化学能等 这些加工方法与工件的硬度强度等机械性能无关 故可加工各种硬 软 脆 热敏 耐腐蚀 高熔点 高强度 特殊性能的金属和非金属材料 2 非接触加工 不一定需要工具 有的虽使用工具 但与工件不接触 因此 工件不承受大的作用力 工具硬度可低于工件硬度 故使刚性极低元件及弹性元件得以加工 3 微细加工 工件表面质量高 有些特种加工 如超声 电化学 水喷射 磨料流等 加工余量都是微细进行 故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝 还能获得高精度 极低粗糙度的加工表面 4 不存在加工中的机械应变或大面积的热应变 可获得较低的表面粗糙度 其热应力 残余应力 冷作硬化等均比较小 尺寸稳定性好 5 两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工 其综合加工效果明显 且便于推广使用 特种加工对简化加工工艺 变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响 4 特种加工的发展趋势 1 按照系统工程的观点 加大对待特种加工的基本原理 加工机理 工艺规律 加工稳定性等深入研究的力度 同时 充分融合以现代电子技术 计算机技术 信息技术和精密制造技术为基础的高新技术 使加工设备向自动化 柔性化方向发展 2 从实际出发 大力开发特种加工领域中的新方法 包括微细加工和复合加工 尤其是质量高 效率高 经济型的复合加工 并与适宜的制造模式相匹配 以充分发挥其特点 3 污染问题是影响和限制有些特种加工应用 发展的严重障碍 必须化大力气利用废气 费液 废渣 向 绿色 加工的方向发展 5 特种加工实验 激光加工实验 电火花成型加工实验 超声波旋转加工 6 激光加工实验 7 激光加工实验 一 实验目的了解激光加工的原理 特点和应用 以及LWS 400激光加工机床编程方法和格式 了解计算机辅助加工的概念和加工过程 了解LWS 400激光加工机床的操作方法 二 实验内容激光加工的原理 特点和应用以及加工范围 激光焊接演示 LWS 400激光加工机床编程格式讲解 简单图形手工编程练习 8 三 激光加工简介激光加工的特点激光有四大特性 高亮度 高方向性 高单色性和高相干性 由于激光具有的宝贵特性 给激光加工带来如下一些其它方法所不具备的可贵特点 无接触加工 激光束的能量及其移动速度均可调 因此可以实现多种加工目的 它可以对多种金属 非金属加工 特别是加工高硬度 高脆性及高熔点的材料 激光加工过程中无 刀具 磨损 无 切削力 作用于工件 9 激光加工过程中 激光束能量密度高 加工速度快 并且是局部加工 对非激光照射部位没有或影响极小 因此 其热影响区小 工件热变形小 后续加工量小 它可通过透明介质对密闭容器内的工件进行各种加工 由于激光束易于导向 聚焦实现作各方向变换 极易与数控系统配合 对复杂工件进行加工 因此它是一种极为灵活的加工方法 生产效率高 加工质量稳定可靠 经济效益和社会效益好 10 1 工业电视摄像头2 可调整式扩束镜3 半反射镜4 聚光腔6 全反射镜7 He Ne激光准直器8 托架9 导光头10 喷嘴及聚光透镜11 棱镜12 透镜13 镀金反射镜14 光闸15 部分反射镜16 工作物质17 激光器18 聚光器19 全反射镜20 光泵 氙灯 21 工件22 工作台 11 固体激光器工作原理 12 LWS 400激光加工机床 13 激光焊接样品 14 激光打标样品 15 LWS 400激光加工机床简介 数控系统简介 系统软件有主控模式 手动模式 编辑模式等三种模式 系统上电后的第一屏为主控模式 在主控模式按F8键可进入手动模式 在主控模式按F9键可进入编辑模式 主控模式 控制系统上电后进入主控模式 主控模式界面由图形显示区 参数显示区 菜单和快捷键提示区组成 主控模式下 操作者可根据F功能键及屏幕菜单来完成各种操作 在主控模式按F8键可进入手动模式 手动模式 在主控模式按F8键可进入手动模式 手动模式为操作者手动控制机床提供方便 在手动模式下有XY轴点动 回零点 增量等操作 按F9键可返回到主控模式 编辑模式 在主控模式按F9键可进入编辑模式 编辑模式主要为操作者编辑G代码文件提供方便 该编辑器是多窗口编辑器 可同时打开8个文件进行编辑 如果内存足够 16 LWS 400激光加工机床 无论在什么时候都可按该键返回到主画面 主控模式 在三种模式下按F1键均可得到帮助 在帮助窗口用户按ESC键可返回到原模式 使用步骤进入数控系统 此时为主控模式 进入编辑模式 建立新文件 录入编好的程序并进行编辑 保存程序文件 文件名 学号 l01 返回主控模式 利用菜单命令调出零件程序 G代码文件 进行加工预览 在实际加工前一般应先进行加工预览 这样可预先知道X Y轴的运动轨迹 验证加工轨迹是否正确 对于零件加工程序 G代码文件 用户可反复编辑修改 17 LWS 400激光加工机床 操作要领 F2 屏幕模拟显示激光加工轨迹F3 图形放大F4 图形缩小 屏幕右移 屏幕左移 屏幕上移 屏幕下移G代码说明G代码的功能 G代码是驱动数控机床进行对零件加工的计算机命令的用应用较为广泛的一种 包括驱动命令和辅助功能命令等 G代码详述 快速定位G00机床快速定位命令 表示将机床快速移动到X Y点程序格式G00X Y 18 直线进给G01机床进给命令 表示将机床直线移动到X Y点 F为移动速度程序格式G01X Y F 圆弧进给G02 G03机床进给命令 表示将机床沿圆弧移动到X Y点 I J为起点到圆心的坐标增量值 F为移动速度程序格式G02X Y I J F 顺时针 或G02X Y I J F 逆时针 19 绝对和增量坐标编程G90绝对坐标编程方式 程序中的X Y值均为该点的绝对坐标G91相对坐标编程方式 程序中的X Y值均为终点坐标相对于起点坐标的增量程序段循环G78 G79程序格式 G78 循环体 G79L 循环次数M代码 辅助功能码 M03开激光闸M05关激光闸M02程序结束 20 九 编程练习编制如下图形程序 返回 21 电火花成型加工实验 22 一 实验目的1 了解电火花成型加工的原理 特点和应用 2 了解电火花成型加工机床的操作方法 二 实验内容1 讲解电火花成型加工机床的组成 原理 特点及应用 2 演示电火花成型加工机床的加工过程 3 学生上机操作 了解电火花成型加工机床加工零件的过程 4 演示平动加工和多工位加工 5 演示旋转电火花加工机床加工平面 23 电火花加工放电的基本原理电火花加工机床 电火花成型加工机床线切割加工机床电火花小孔加工机电火花成型加工基本原理 被加工的工件做为工件电极 紫铜 或其它导电材料如石墨 做为工具电极 脉冲电源发出一连串的脉冲电压 加到工件电极和工具电极上 此时工具电极和工件均被淹没在具有一定绝缘性能的工作液 绝缘介质 中 24 电火花加工原理及装置 在轴伺服系统的控制下 工具电极慢慢向工件电极进给 当工具电极与工件电极的距离小到一定程度时 在脉冲电压的作用下 两极间最近点处的工作液 绝缘介质 被击穿 工具电极与工件之间形成瞬时放电通道 产生瞬时高温 使金属局部熔化甚至汽化而被蚀除下来 使局部形成电蚀凹坑 这样以很高的频率连续不断地重复放电 工具电极不断地向工件进给 就可以将工具电极的形状复制到工件上 加工出需要的型面来 25 电火花加工过程 26 27 电火花成型加工的特点 由于脉冲放电的能量密度高 使其便于加工用普通的机械加工难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的零件 并不受材料及热处理状况的影响 工具电极与工件材料不接触 两者之间宏观作用力极小 工具电极不需要比加工材料硬 即可以柔克刚 故电极制造更容易 电火花成型加工的应用 加工各种高硬度 高强度 高韧性 高脆性的导电材料 并且常用于模具的制造过程中 28 电火花加工样品 返回 29 旋转超声波加工 30 一 实验目的了解旋转超声加工的原理 特点和应用范围 了解旋转超声加工机床各主要部件及其功能 熟悉旋转超声加工机床的操作方法 三 旋转超声加工的原理特点和应用范围超声波的基本特性是什么 超声波加工的基本特点超声波加工的应用范围旋转超声加工是近年来发展起来的一种新的特种加工方法 它用于加工导电和不导电的硬 脆材料 许多硬 脆导电材料可采用线切割 电火花成型和电解等方法加工 但对于非导电材料 上述加工方法都无能为力 31 超声波加工具有如下特点 1 适宜加工各种硬脆材料 尤其是利用电火花和电解加工难以加工的不导电材料和半导体材料 如玻璃 陶瓷 宝石以及锗 硅等 2 由于超声波加工中的宏观机械力小 因此能获得良好的加工精度和表面粗糙度 尺寸精度可达0 02 0 01mm 表面粗糙度Ra值可达0 8 0 1 m 32 超声波的基本特性声波 波源所激发的纵波频率在16 16000Hz 能引起人耳的听觉 在这个频率范围内的振动叫做声振动 此时产生的波动就叫声波 超声波 当频率范围低于16赫兹或高于16千赫时 人的耳朵无法感觉到 为了与声波加以区别 频率低于16Hz的振动波称为次声波 频率高于16千赫时则称为超声波次声波 声波与超声波 都是振动在介质中的传播过程 其实质是弹性介质的机械振动 33 超声波的基本特点科学试验和生产应用表明 频率高于16千赫的声波 当其强度很高时 不是为听觉服务的一些特性和作用表现得很突出 并已获得大量应用 因此 随着超声技术应用的发展 现在已把不是为人的听觉服务的声频范围内的声波的应用 也列入超声技术应用范畴 统称为超声应用 34 超声波与声波相比较 具有两个特点 1频率高 波长短 因此方向性好 易于形成声束 在介质中传播时 与光波相似 遵循几何光学的基本规律 具有反射 折射 聚焦等特性 2强度大 在空气中传播的一般人耳刚能听到的1000赫兹频率的声波 其声压约为10 10大气压 在10 4大气压以上 人耳就感到疼痛 而在液体和固体中传播的超声波 其声压可达1到几十个大气压 超声波在介质中传播时 介质质点获得的加速度可以比重力加速度大几万倍 超声波在液体介质中传播 当声强超过某一定值时 液体中还会产生 空化 超声的许多应用 例如清洗 浸锡 乳化 粉碎等 都是基于 空化 作用的结果 35 产生超声的方法 采用流体动力型超声发生器 例如液体和气体两种类型的笛和哨 采用电声型换能器 例如压电式和磁致伸缩式换能器 在电子工业中应用的超声设备中 大都采用电声型换能器 超声技术应用 应用历史虽然比较短 但是随着科学技术的发展 对于超声本身的特性 产生和接收超声的方法 包括各种换能器和换能器的材料的研究 超声传播过程的各种规律 超声可能有的各种用途 超声作用机理以及各种应用方法的研究 已取得相当进展 因此 超声在工业 农业 国防 科学研究 医药卫生等方面都己获得了日益广泛的应用 取得了较好的技术经济效果 36 超声应用 超声检测 利用比较弱的超声波在介质中传播时 介质的声学特性对超声波传播的影响来探查物体和进行测量 例如探伤 测厚 以及人体病变的诊断等 此外 利用超声波可进行电信号延迟 激光调制 声成象等等 超声加工处理 37 超声加工处理设备及装置 根据超声加工处理设备的特点 不论其复杂或简易程度如何 大都包括以下三部分 超声电源 超声发生器 它是供给超声换能器超声频电能的能源 其功能是将50赫兹交流电转换为超声频电功率输出 声学部分 其功能是实现电声能量转换以及把超声能传递给加工 处理对象 声学部分的组成元件 视超声加工 处理设备类型的不同而异 例如在超声加工机中声学部分是指由超声换能器 变幅杆和工具组成的整个超声振动系统 在超声清洗机中 一般指超声换能器 声耦合板及清洗槽 机械部分及附属装置 此部分随超声设备类型的不同 差异较大 38 声学部分是超声加工处理设备的核心 其性能优劣直接决定着超声设备的工作性能 由于超声技术还在不断发展 加之换能器 以及超声振动系统的电声性能测量 目前在小信号下的测量较为成熟 我们现在研制的这台旋转超声加工机床 是在充分调研国内外研究现状的基础上 由傅水根教授主持研究完成的 该课题得到了211工程项目和 985 项目资助 对于非导电材料传统加工方法是磨削 效率很低 超声旋转加工是将超声加工和旋转磨削相结合使工效提高数倍 超声波换能器装在旋转的主轴内 换能器产生的超声波震动能量通过中间变幅杆和末端变幅杆传输到工具杆上 这一套系统必须与换能器谐振才能将超声波震动的能量传输到工具杆的工作端 因此工作前应仔细调节超声波系统的震动频率 39 机床部分 机床本体 支撑机床各部件 底座 工作台和立柱安装其上 工作台 用于装卡工件 工作台可在X Y方向作直线运动 立柱 支撑横梁 横梁由电机和丝杠带动沿立柱导轨上下移动 横梁 支撑旋转头 旋转头可作相对于横梁上下微小移动 旋转头 主要工作部件 内装主轴 换能器 中间变幅杆 外装驱动电机 末端变幅杆和工具杆 40 旋转超声加工机床 41 电控柜超声电源 将50Hz交流电通过逆变器转换成20KHz高频交流电 旋转头电源 将交流电转换成直流电向直流调速电机供电 计算机 设置工作状态 步进电机电源 向步进电机提供脉冲电源 配电箱 向各用电部分供电 装有安全保险装置 循环水系统 由储水箱 管道泵 上水管和回水管组成 42 超声旋转加工必备条件 换能器 中间变幅杆 末端变幅杆和工具杆之间的连接必须紧密 使整个系统处于谐振状态 图2 水冷却 水在冷却的同时还起到排屑的作用 有控制主轴进给和进给力大小的机构 43 超声换能器 如果按其使用的材料分 可划分为两大类 磁致伸缩换能器和压电换能器 压电陶瓷换能器 其基本原理是多晶陶瓷经过强电场极化后具有压电效应 实现电能与机械振动能之间的相互转换 压电陶瓷 特别是各种类型的锆钛酸铅材料 具有优异的性能 能够适用于各种不同需要 应用范围越来越广泛 因此居于优势地位 对于超声加工用的大振幅换能器 要求在换能器的顶端产生大振速振幅 应使用低功耗的压电陶瓷材料 并且在设计结构上应尽可能地降低换能器的结构阻尼 以提高换能器的电声效率 这种换能器的机械品质因数一般较高 44 工具杆的端部烧结有细小的金刚石颗粒 工作时工具杆不仅高速旋转 同时在轴向有高频的往复振动 使金刚石颗粒由原来简单的圆周运动变成复杂的曲线运动 这样就产生了在微小的面积上聚集了很大能量的效果 使工件表面产生微裂纹 由于每一个振动周期只有50微秒 作用到工件上的时间只有几个微秒 因此工件表面受到的作用力来不及相内部传播 使裂纹集中在毫微米的深度 工具杆不断撞击磨削工件表面 使碎屑从工件表面脱落 由于碎屑非常细小 使工件表面质量很高 45 图3烧结金刚石的工具杆复合加工方法 当把两种或两种以上的能量形式 包括机械能 合理地组合在一起 它能成倍地提高加工效率和进一步改善加工质量 旋转超声加工就是一种复合加工方法 它将金刚石工具的优良切削性能与工具的超声频振动结合起来 是加工硬脆材料的一种较好方法 具有良好的应用前景 图4是旋转超声加工示意图 46 旋转超声加工示意图 47 旋转超声加工的优点 1 加工生产率高 与常规超声加工和一般金刚石钻孔相比 加工速度大大提高 2 加工深度较深 特别适合于深小孔加工及细长棒成型 3 工具磨损小 加工精度高 4 加工材料广泛 除了可加工一般的硬脆材料 在复合材料加工方面 也显示了优越性 返回