第十章切削加工先进技术

1、第十章数控加工 特种加工特种加工利用非常规的切削加工手段，利用电、磁、声、光、热等物理及化学能量，直接施加于被加工工件待加工部位，达到材料去除、变形以及改变性能等目的的加工技术。 第二节第二节 特种加工特种加工常用特种加工方法能量形式及适用范围一、电火花加工一、电火花加工1 1电火花加工原理电火花加工原理 电火花加工电火花加工是一种利用脉冲放电对导电材料进行电蚀以去除多余材料的加工方法，故又称为电蚀加工。a）电火花加工原理b）蚀除材料的过程c）工件成型电火花加工电火花加工电火花机床 2 2电火花加工特点电火花加工特点 （1）能加工各种具有导电性能的硬、脆、软、韧材料。 （2）适宜加工小孔、薄壁

2、、窄腔槽及各种复杂的型孔、型腔和曲线孔等，也适用于精密细微加工。 （3）有利于提高工件的加工精度和表面质量，也有利于加工热敏感性强的材料。 （4）便于实现加工过程自动化。 （5）工具电极消耗较大。 3 3电火花加工应用电火花加工应用 （1）电火花穿孔、成形加工。包括穿孔和型腔加工两类。 （2）电火花小孔加工。 （3）电火花精密细微加工。 （4）电火花磨削。二、电火花线切割加工二、电火花线切割加工1 1电火花线切割加工原理电火花线切割加工原理快速走丝电火花线切割加工原理示意图 2 2电火花线切割加工特点电火花线切割加工特点 （1）可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的工件。 （

3、2）工件变形小，电极丝、夹具不需要太高的强度。 （3）可加工任何导电的固体材料。 （4）有利于加工精度的提高，便于实现加工过程自动化。 （5）不能加工非导电材料。 （6）加工成本高，不适合加工形状简单的大批量工件。3 3电火花线切割加工应用电火花线切割加工应用 （1）各种形状的冲裁模（凸模、凹模）及其他模具的制造。 （2）各类精密型孔、样板、成形刀具等工件和容易引起变形的精密狭槽类工件的加工。 （3）加工和切割稀有、贵重金属。 1 1激光加工原理激光加工原理 固体激光器结构示意图 三、激光加工三、激光加工2 2激光加工的特点激光加工的特点 （1）几乎可以加工任何固体材料。 （2）可进行精密细微

4、加工。 （3）属于非接触加工，没有明显的机械力，没有工具损耗，可加工易变形的薄板和橡胶等弹性工件。 （4）加工速度快，热影响区小，并可通过透明体进行加工。 （5）精密细微加工时，需反复试验，寻找合理的加工参数，才能达到其精度和表面粗糙度要求。3 3激光加工工艺及应用激光加工工艺及应用l 去除加工（激光打孔、激光切割）l 连接加工（即激光焊接） 激光打孔 激光切割四、高压水射流切割加工四、高压水射流切割加工 高压水射流切割高压水射流切割是一种冷切割工艺，被加工材料的物理性能、力学性能及材质的晶体组织结构不会遭到破坏，可免除后续机械加工工艺。一、认识精密加工一、认识精密加工 精密加工精密加工是指在

5、一定发展阶段，加工精度和表面质量比传统的加工方法能达到更高程度的加工工艺。 按我国目前情况，精密加工是指加工精度在0.110m（相当于IT5以上），表面粗糙度值小于Ra 0.16m的加工方法。 精密加工中，精度高于0.1m，表面粗糙度值小于Ra 0.1m的加工方法称为超精密加工超精密加工。 第三节第三节 精密加工精密加工1 1机床设备条件机床设备条件 必须在精密机床上进行。机床应具有高的运动精度，高的刚度和高的转速以及小的进给量。 2 2环境条件环境条件l 消除工艺系统内部和外部的振动干扰。l 创造恒温条件。二、精密车削二、精密车削1 1精密车削的应用精密车削的应用l铜、铝及其合金制件的最终加

6、工。 l纯金属、塑料、玻璃纤维、合成树脂及石墨等不宜采用磨削而要求又高的零件。l黑色金属或其他表面硬度高的精密零件光整加工前的预加工工序。2 2精密车削的刀具和切削用量精密车削的刀具和切削用量 金刚石车刀金刚石车刀刀具材料种类：有天然单晶金刚石和人造聚晶金刚石两种有天然单晶金刚石和人造聚晶金刚石两种刀具材料特点和应用：金刚石具有硬度高、耐磨性好、刃口锋利和摩擦因数小等优点，但韧性很差，刃磨困难 金刚石刀具适用于有色金属及其合金（如铝、紫铜、黄铜、巴氏合金、铍铜、锌等）及非金属材料（如酚醛塑料、陶瓷等）的精密车削 由于金刚石与铁的亲和力很强，因此金刚石刀具不适于加工黑色金属刀具材料特点和应用金刚

7、石车刀车刀示例车刀图车刀特点：图示为在精密车床上加工黄铜H62所用的金刚石精密车刀，工件要求表面粗糙度值为Ra0.03m。为加强刀尖和刃口部位强度，采用前角o=-5-10，o=23，过渡刃为0.05mm 金刚石车刀切削用量的选择切削速度vc可采用很高的切削速度，也可以低速进行切削，例如在CGM6125车床上加工黄铜H62材料时，可选切削速度vc68m/min或vc17m/min进给量f一般选f=0.010.04mm/r背吃刀量ap双面加工余量为0.30.5mm半精加工ap=0.050.1mm，精加工时ap=0.020.05mm，超精密加工时ap=0.0030.006mm2 2精密车削的刀具和切

8、削用量精密车削的刀具和切削用量 硬质合金精密车刀硬质合金精密车刀刀具材料种类：有细颗粒的硬质合金和超细颗粒的硬质合有细颗粒的硬质合金和超细颗粒的硬质合金两种金两种刀具材料特点和应用：用细颗粒的硬质合金（如K01，K10等）车刀进行精密车削，可以达到表面粗糙度值Ra0.05m左右,用超细颗粒的硬质合金（如K10，K05，K30等）车刀进行精密车削，可以达到表面粗糙度值Ra0.03m硬质合金精密车刀车刀示例车刀图车刀前面、后面的表面粗糙度值Ra应不大于0.02m；刃倾角为10，以利于排屑；车刀采用6后角和3副后角，可以减小振动，并使刀具后面对工件有轻微的挤压作用用于精密车削铜料，能获得镜面K10硬

9、质合金精密车刀硬质合金精密车刀 硬质合金精密车刀切削用量的选择切削速度vc一般采用高的切削速度。车铝合金材料vcmax=350m/min，车铜合金材料vcmax=400m/min；车镁合金材料vcmax=100m/min切削速度越高，获得的表面粗度值越小，但刀具磨损及振动也随之加剧，所以应根据实际情况合理选择进给量f:一般取f=0.020.04mm/r背吃刀量ap:一般取ap=0.20.3mm三、精密磨削三、精密磨削 精密磨削精密磨削在精密磨床上用经过精细修整的细粒度砂轮进行磨削的方法。1 1精密磨削的应用精密磨削的应用 机床主轴、高精度轴承、液压滑阀、标准量具、量仪、半导体硅片，以及航空、航

10、天工业中的精密工件、计算机磁盘等。 2 2精密磨削的种类精密磨削的种类l 精密磨削（Ra0.16Ra0.04m）l 超精密磨削（Ra0.04Ra0.01m）l 镜面磨削（Ra 0.01m） 3 3精密磨削用机床精密磨削用机床l 砂轮主轴的回转精度为1m，内圆磨具采用静压； l 应有对传动部分的减振措施；l 横向进给机构的重复精度高；l 工作台运动平稳，在一定范围内无爬行。4 4精密磨削用砂轮精密磨削用砂轮l 磨料。 l 粒度。 l 硬度。 l 结合剂。 l 组织。 四、光整加工四、光整加工 光整加工光整加工精加工后，从工件上不切除或切除极薄金属层，只减小工件表面粗糙度值，提高工件表面质量或强化

11、工件表面的加工过程。 l 超精加工l 珩磨l 研磨l 抛光 1 1超精加工超精加工 超精加工超精加工用细粒度的磨具对工件施加很小的压力，并作往复振动和慢速纵向进给运动，以实现微量磨削的一种光整加工方法。 2 2珩磨珩磨 珩磨珩磨利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作相对旋转和直线往复运动，切除工件上极小余量的光整加工方法。 磨粒运动轨迹3 3研磨研磨 研磨研磨用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极薄表面层的光整加工方法。 l 研磨外圆时，使用研具为研套。 l 研磨内孔时，使用的研具为研磨棒。 外圆研具 研磨棒 研磨外圆 研磨内孔 抛光抛光利用机械、化学或电化学的作用，使工件获得光亮

12、、平整表面的加工方法。 4 4抛光抛光 一、先进加工技术的发展状况一、先进加工技术的发展状况1 1加工精度不断提高加工精度不断提高 第四节第四节 先进加工技术先进加工技术 随着制造工艺技术的进步与发展，机械加工精度得到不断提高。20世纪50年代末，已经实现了微米级的加工精度。在最近的十年时间内，机械加工精度提高了12个数量级，达到10nm的精度水平。预计在不久的将来，可实现原子级的加工和测量。切削速度随刀具材料的变更而提高 2 2切削速度迅速提高切削速度迅速提高3 3新型工程材料的应用新型工程材料的应用4 4自动化和数字化工艺装备的发展自动化和数字化工艺装备的发展5 5产品加工向少余量和无屑加

13、工方向发展产品加工向少余量和无屑加工方向发展飞机总装生产线二、先进加工技术的分类二、先进加工技术的分类l 超精密加工技术l 高速加工技术l 微细加工技术l 数控加工技术 精密工程、微细工程和纳米技术是现代制造技术的前沿，具有广泛的应用领域，它包括了所有能使工件的几何精度和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法。1. 1. 超精密加工技术超精密加工技术2. 2. 高速加工技术高速加工技术 高速加工技术高速加工技术是指采用超硬材料的刀具与磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，可极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。高速切削加工目前主要用于难加工材料、超精密微细

14、切削、复杂曲面的加工等。3. 3. 微细加工技术微细加工技术 微细加工微细加工是指加工尺度为微米级范围的加工方式。微细加工起源于半导体制造工艺，加工方式十分丰富，包含了微细机械加工、各种现代特种加工、高能束加工等方式。而微机械制造过程又往往是多种加工方式的组合。目前，微细加工技术有以下几种：超微机械加工技术、光刻加工技术、LIGA技术（制版术、电铸成形和微注塑）等。4. 4. 数控加工技术数控加工技术 数字控制加工技术数字控制加工技术简称数控（NC）加工技术，是近代发展起来的一种自动控制技术，该技术是典型的机械、电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术。数控加工技术是实现制

15、造过程自动化的基础，是自动化柔性系统的核心，是现代集成制造系统的重要组成部分。三、先进加工技术的发展趋势三、先进加工技术的发展趋势1. 1. 机械加工向超精密、超高速方向发展机械加工向超精密、超高速方向发展 超精密加工技术目前已进入纳米加工时代，加工精度达0.025m，表面粗糙度值达Ra0.0045m。精切削加工技术由目前的红外波段向加工可见光波段或不可见紫外线和X射线波段趋近，超精加工机床向多功能模块化方向发展，超精加工材料由金属扩大到非金属。 2. 2. 制造自动化技术的发展，趋向全球化、虚制造自动化技术的发展，趋向全球化、虚拟化和绿色化拟化和绿色化 制造全球化制造全球化是制造自动化技术发

16、展的最重要的发展趋势。全球化制造自动化技术的基础是网络化、标准化和集成化。 制造过程的虚拟化制造过程的虚拟化，是指面向产品生产过程的模拟和检验，检验产品的可加工性、加工方法和工艺的合理性，以优化产品的制造工艺，保证产品质量、生产周期和最低成本为目标，进行生产过程计划、组织管理、车间调度、供应链及物流设计的建模和仿真。 制造过程的绿色化制造过程的绿色化，是指制造过程中的无切削、快速成形、挤压成形等，尽量减少材料和能量的消耗。3. 3. 采用清洁能源及原材料，实现清洁生产采用清洁能源及原材料，实现清洁生产l采用清洁能源，如用电加热代替燃煤加热锻坯，用电 熔化代替焦炭冲天炉熔化铁液。l采用清洁的工艺材料，开发新的工艺方法，如在锻造 生产中采用非石墨型润滑材料，在砂型铸造中采用非 煤粉型砂。l采用新结构，减少设备的噪声和振动，如在铸造生产 中噪声极大的振击式造型机已被射