机电传动控制

1、特 种 加 工吉林大学吉林大学 机械科学与工程学院机械科学与工程学院机械制造及自动化系机械制造及自动化系第一章第一章 概论概论2第一章第一章 概论概论1.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展1.2 特种加工的分类特种加工的分类1.3 特种加工对材料可加工性和结构工艺性特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响等的影响第一章第一章 概论概论31.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展l定义：定义：特种加工是当传统切削加工方法特种加工是当传统切削加工方法车、铣、钻、车、铣、钻、镗、刨、磨、拉、齿形加工镗、刨、磨、拉、齿形加工对产品（或材料）无法对产品（或材料）无法实施或保证不了规定的

2、精度要求时，而应用物理的实施或保证不了规定的精度要求时，而应用物理的电、化学、光、声、热等电、化学、光、声、热等方法进行加工的手段。方法进行加工的手段。l与传统加工方法的比较：与传统加工方法的比较： 传统加工方法传统加工方法依靠机械能、切削（磨削）力去除依靠机械能、切削（磨削）力去除工件上多余的材料（接触式的、工具硬度高于被加工件上多余的材料（接触式的、工具硬度高于被加工材料的硬度）。工材料的硬度）。 特种加工特种加工用其他能量去除金属材料（工具硬度可用其他能量去除金属材料（工具硬度可以低于被加工材料的硬度、非接触式的、工具和工以低于被加工材料的硬度、非接触式的、工具和工件之间不存在切削力）。

3、件之间不存在切削力）。第一章第一章 概论概论4l产生和发展的外因：产生和发展的外因：传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特殊的材料加工和成形手段。阿雷西沃望远镜阿雷西沃望远镜305m 光学透镜曲面光学透镜曲面加工要求：高精度、高效率、难加工材料。产产品品方方向向：大大尺尺寸。寸。第一章第一章 概论概论5l产生和发展的外因：产生和发展的外因：传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特殊的材料加工和成形手段。加工要求：高精度、高效率、难加工材料。产产品品方方向向：微微纳纳尺尺寸寸。酷睿酷睿2 2处理器处理器45

4、nm45nm工艺工艺 酷睿酷睿2 2处理器外观处理器外观第一章第一章 概论概论6l产生和发展的外因：产生和发展的外因：传统机械加工手段不能满足社会生产力发展的要求，随着社会的生产力的发展人们发现了新的特殊的材料加工和成形手段。加工要求：高精度、高效率、难加工材料。产产品品方方向向：微微纳纳尺尺寸寸。INTEL P4 NorthwoodINTEL P4 Northwood核心用了核心用了55005500万晶体万晶体管，管，0.180.18微米、微米、0.130.13微 米 制 造 工 艺 ；微 米 制 造 工 艺 ；PrescottPrescott核心用了核心用了1.251.25亿晶体管，亿晶体

5、管，9090纳纳米制造工艺；米制造工艺；Core Core i7i7核心用了核心用了7.317.31亿个亿个晶体管，核心部分使晶体管，核心部分使用的是用的是32nm32nm制造工艺，制造工艺，而而GPUGPU和和MCHMCH功能部分功能部分则继续使用则继续使用45nm45nm制造制造工艺。工艺。第一章第一章 概论概论7l产生和发展的产生和发展的内因：内因：特种加工从在很多传统机械加工特种加工从在很多传统机械加工技术不具备的优点。技术不具备的优点。主要用其他能量(如电、化学、光、声、热)去除金属材料。工具硬度可以低于被加工材料的硬度（以柔克刚）。加工过程中不存在显著的机械切削力（非接触）。加工范

6、围广，不受材料物理、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料。易于加工复杂型面、微细表面以及柔性、低刚度零件。能获得良好的加工表面质量，热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区以及毛刺等均比较小。各种加工方法易复合形成新工艺方法，便于推广应用。有的还可用于超精加工、镜面光整加工和纳米级(原子级)加工。第一章第一章 概论概论81.1 特种加工的产生和发展特种加工的产生和发展o我国特种加工技术的发展历程1、20世纪50年代中期，电火花穿孔机床、电火花表面强化机研制成功；2、20世纪50年代末，营口电火花机床厂开始成批生产电火花强化机、电火花机床；3、1979年我国成立

7、了全国性的电加工学会；4、1981年我国高校间成立了特种加工教学研 究会；5、1997年批量生产。v前苏联的拉扎林科夫妇开创和发明了电火花加工方法第一章第一章 概论概论91.2 特种加工的分类和比较特种加工的分类和比较F特种加工一般按能量来源、作用形式以及加工原理可分特种加工一般按能量来源、作用形式以及加工原理可分为以下几种：为以下几种：q电火花加工电火花加工（电火花成型加工、电火花线切割加工）。（电火花成型加工、电火花线切割加工）。q电化学加工电化学加工（电解加工、电解磨削、电铸、电镀）。（电解加工、电解磨削、电铸、电镀）。q高能束加工高能束加工（激光加工、电子束加工、离子束加工）。（激光加

8、工、电子束加工、离子束加工）。q化学加工化学加工（化学铣削、化学抛光、光刻）。（化学铣削、化学抛光、光刻）。q超声加工超声加工（超声波成形加工、切割、焊接、清洗（超声波成形加工、切割、焊接、清洗 ）。）。q液体喷射加工液体喷射加工（表面清理、切割、雕刻、落料及打孔）。（表面清理、切割、雕刻、落料及打孔）。 q复合加工复合加工（两种及两种以上特种加工方法组合）。（两种及两种以上特种加工方法组合）。第一章第一章 概论概论10表1-1 常用特种加工方法的分类加 工 方 法 主要能量形式 作用形式 符号 电火花成型加工 电能、热能 熔化、气化 EDM 电火花加工 电火花线切割加工 电能、热能 熔化、气

9、化 WEDM 电解加工 电化学能 金属离子阳极溶解 ECM(ELM) 电解磨削 电化学能、机械能 阳极溶解、磨削 EGM(ECG) 电解研磨 电化学能、机械能 阳极溶解、研磨 ECH 电铸 电化学能 金属离子阴极沉积 EFM 电化学加工 涂镀 电化学能 金属离子阴极沉积 EPM 激光束加工 光能、热能 熔化、气化 LBM 电子束加工 光能、热能 熔化、气化 EBM 离子束加工 电能、机械能 切蚀 IBM 高能束加工 等离子弧加工 电能、热能 熔化、气化 PAM 超声加工 声能、机械能 切蚀 USM 磨料流加工 机械能 切蚀 AFM 物料切蚀 加工 液体喷射加工 机械能 切蚀 HDM 化学铣削

10、化学能 腐蚀 CHM 化学抛光 化学能 腐蚀 CHP 化学加工 光刻 光能、化学能 光化学腐蚀 PCM 电化学电弧加工 电化学能 熔化、气化腐蚀 ECAM 复合加工 电解电化学机械磨削 电能、热能 离子溶解、熔化、切割 MEEC 第一章第一章 概论概论111.2 特种加工的分类和比较特种加工的分类和比较q电火花加工靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来。q电火花成形加工电火花成形加工适用于各种孔、槽模具，还可加工各类腔模及各种复杂型腔零件；q电火花线切割加工电火花线切割加工适用于切割各种冲模和具有直纹面的零件，下料、截割和窄缝加工。 第一章

11、第一章 概论概论121.2 特种加工的分类和比较特种加工的分类和比较q电火花加工电火花成形加工电火花成形加工第一章第一章 概论概论131.2 特种加工的分类和比较特种加工的分类和比较q电火花加工电火花线切割加工电火花线切割加工第一章第一章 概论概论14q电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的加工方法。q电解加工电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等。q电铸加工电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；注塑用的模具、薄壁零件；复制精密的表面轮廓；表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件。q涂覆加工涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复

12、尺寸；对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。 第一章第一章 概论概论15q电化学加工图1 电解(电镀)液中的电化学反应ieei211阳极；2阴极OHClHCu2图2 电解加工原理图12345VA1直流电源；2工具电极；3工件阳极；4电解液泵；5电解液第一章第一章 概论概论16q电化学加工图3 电铸成型的原理45636 V789101231镀槽；2阳极；3蒸馏水瓶；4直流电源；5加热管；6恒温装置；7温度计；8母模；9电铸层；10玻璃管第一章第一章 概论概论17q电化学加工图4 电解磨削加工原理图7685432191251311101直流电

13、源；2绝缘主轴；3磨轮；4电解液喷嘴；5工件；6电解液泵；7电解液箱；8机床本体；9工作台；10磨料；11结合剂；12电解间隙；13电解液第一章第一章 概论概论18q高能束加工是利用能量密度很高的激光束、电子束或离子束等去除工件材料的特种加工方法的总称。q激光束加工激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化、微调和存储等。q电子束加工电子束加工利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化点进行加工，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；或利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。q离子束加工离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金

14、属材料的切割、焊接、热处理，还可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子弧堆焊及喷涂。 第一章第一章 概论概论19q激光加工图1 激光加工示意图1234561激光器；2激光束；3全反射棱镜；4聚焦物镜；5工件；6工作台第一章第一章 概论概论20q激光加工平面镜激光束辅助气体钛合金喷嘴聚焦透镜激光器图2 CO2气体激光器切割钛合金示意图第一章第一章 概论概论21q激光加工图3 振镜式激光打标原理激光束光束准直振镜Y轴马达透镜第一章第一章 概论概论22q电子束加工图4 电子束加工原理电子枪系统聚焦系统电子束工件抽真空系统电源及控制系统第一章第一章 概论概论23q超声加工是利用超声振动

15、的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法。适用于成形加工、切割成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。加工、焊接加工和超声清洗。 第一章第一章 概论概论24q超声加工图1 超声波加工原理图加工力工具工件振动方向磨料工作液工具振幅第一章第一章 概论概论25q超声加工图2 超声波加工装置123456781冷却器；2磨料悬浮液抽出；3工具；4工件；5磨料悬浮液送出；6变幅杆；7换能器；8高频发生器第一章第一章 概论概论26q液体喷射加工是利用水或水中加添加剂的液体，经水泵及增压器产生高速液体束流，喷射到工

16、件表面，从而达到去除材料的目的。可加工薄、软的金属及非金属材料，去除腔体零件内部毛刺、使金属表面产生塑性变形。q磨料喷射加工适用于去毛刺加工、表面清理、切割加工、雕刻、落料及打孔等。 第一章第一章 概论概论27q液体喷射加工第一章第一章 概论概论28q液体喷射加工（b）不锈钢配件切割 （a）金属切割 （c）玻璃切割 第一章第一章 概论概论291.2 特种加工的分类和比较特种加工的分类和比较q化学加工使利用化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、尺寸或表面状态加工方法。用于去除材料表层，以减重；有选择地加工较浅或较深的空腔及凹槽；对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工

17、。 第一章第一章 概论概论30q化学加工化学溶液被溶解去除部分耐腐蚀保护层第一章第一章 概论概论31表1-2 几种常见特种加工方法的综合比较加工方法 可加工材料 工具损耗率/% (最低/平均) 材料去除率/ (mm3/min) (平均/最高) 可达到尺寸 精度/mm (平均/最高) 可达到表 面粗糙度 Ra/m (平均/最高) 主要适用范围 电火花 成型加工 0.1/10 30/3000 0.03/0.003 10/0.04 从数微米的孔、槽到数米的超大型模具、工件等，如各种类型的孔、各种类型的模具 电火花线 切割加工 较小(可补偿) 20/200* (mm2/min) 0.02/0.002

18、5/0.32 切割各种二维及三维直纹面组成的模具及零件，也常用于钼、钨、半导体材料或贵重金属切削 电解加工 任 何 导电金属材料， 如硬质合金钢、耐热钢、 不锈钢、淬火钢、钛合金等 不损耗 100/10000 0.1/0.01 1.25/0.16 从微小零件到超大型工件、模具的加工，如型孔、型腔、抛光、去毛刺等 第一章第一章 概论概论32电解磨削 1/50 1/100 0.02/0.001 1.25/0.04 硬质合金钢等难加工材料的磨削，如硬质合金刀具、量具等 超声波 加 工 任何脆性 材料 0.1/10 1/50 0.03/0.005 0.63/0.16 加工脆硬材料，如玻璃、石英、宝石、金刚石、硅等，可加工型孔、型腔、小孔等 激光加工 精密加工小孔、窄缝及成型切割、蚀刻，如金刚石拉丝模、钟表宝石轴承等 电子束 加 工 瞬 时 去 除率很高，受功率限制，平均去除率不高 0.01/0.001 10/1.25 在各种难加工材料上打微小孔、切缝、蚀刻、焊接等，常用于制造大、中规模集成电路微电子器件 离子束 加 工 任何材料 不