非传统加工与先进制造技术

机械制造技术基础GDUT*1第五章非传统加工与先进制造技术第一节非传统加工第二节细微制造技术第三节超精密加工第四节柔性制造自动化技术与系统第五节先进生产模式一、电火花加工二、电解加工三、激光加工一、细微切削加工二、细微磨削加工三、细微蚀刻四、超声波加工五、电子束加工六、离子束加工七、快速成形技术一、超精密加工概念二、超精密加工的地位及意义三、特点、应用范围及分类四、超精密加工技术的影响因素一、柔性制造系统产生的背景二、柔性制造系统的功能及适应范围一、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ）二、智能制造系统（ＩＭＳ）三、精良生产（ＬＰ）四、敏捷制造（ＡＭ）*2<>第一节非传统加工

科学技术的发展提出了许多传统切削加工方法难以胜任的制造任务。

非传统加工法正是为完成这些制造任务产生和发展起来的。高强度、高硬度、高脆性或高熔点的各种难加工材料的加工具有较低刚度或复杂曲面的特殊零件的加工*3<>特种加工是利用化学的、物理的（电、声、光、热、磁）、电化学的方法对材料进行加工的特种加工能解决大量的普通机械加工方法难以解决甚至不能解决的问题*4<>非传统加工种类化学加工（CHM）电化学加工（ECM）电化学机械加工（ECMM）电火花加工（EDM）电接触加工（RHM）超声波加工（USM）激光束加工（LBM）离子束加工（IBM）电子束加工（EBM）等离子体加工（PAM）电液加工（EHM）磨料流加工（AFM）磨料喷射加工（AJM）液体喷射加工（HDM）以及各种复合加工*5<>一、电火花加工1.电火花加工原理利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件的表面材料来实现加工。图6-1为电火花加工装置原理图。*6<>2.电火花加工机床的组成

由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本体及工作液循环过滤系统等。

电火花加工的电源应选择直流脉冲电源，以形成明显的极效应。图6-2是线切割机床的工作原理图*7<>电火花加工的特点及应用电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加工，不受材料的强度、硬度、脆性、韧性及熔点的影响；加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小孔、窄缝的加工；*8<>电火花加工的特点及应用可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的一次成形；可以用来进行切断、切割，以及表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热影响层等。*9<>二、电解加工1.电解加工原理电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。电解加工时，工件接电源的正极，工具接负极。图6-3为电解加工的工作原理图。*10<>2.电解加工设备备的组成由机床本体、、电源和电解解液系统等部部分组成。*11<>电解加工的特特点及应用工作电压低，，电流大；不不受加工材料料的硬度、强强度、韧性的的限制，可加加工多种难切切削金属材料料；加工效率率比电火花成成形加工高5~10倍；；无机械切削削或切削热；；平均加工公公差可达±0.1mm；附属设备多多，占地面积积大，造价高高；电解液腐腐蚀机床，易易污染环境。。*12<>三、激光加工工1.激光加工概述述激光特征：亮度高、方向性好、单色性好、相干性好----利用用光学系统可可聚焦称极小小的光斑，获获得极高能量量密度和极高高的温度。影响激光加工工的因素：输输出功率与照照射时间；焦焦距、发散角角与焦点位置置；照射次数数；工件材料料等。图6-4为激光加工机机示意图*13<>2.激光加工机的的组成激光加工机通通常由激光器器、电源、光光学系统和机机械系统组成成。*14<>3.激光加工的特特点不需要加工工工具；激光束束功率密度高高，几乎可以以加工任何难难加工的材料料；工件无受受力变形；激激光打孔、切切割的速度很很高，加工部部位材料几乎乎不受切削热热的影响，热热变形小；激激光切割的切切缝窄，切割割边缘质量好好。*15<>四、超声波加加工利用工具端面面作超声频振振动，使工作作液中的悬浮浮磨粒对工件件表面撞击抛抛磨来实现加加工。超声波加工适适合于加工各种硬脆脆材料，特别是不导导电的非金属属材料如玻璃璃、陶瓷、石石英、玛瑙、、宝石、金刚刚石等。图6-5为超声波加工工的原理图*16<>五、电子束加加工1.电子束加工原原理分为电子束热热加工和电子子束化学加工工电子束热加工工利用电子束的的热效应来实实现加工的。。如电子束熔熔炼、电子束束焊接、电子子束打孔等（（图5-1）*17<>电子束化学加加工功率密度非常常低的电子束束照射到工件件表面（高分分子材料），，入射电子与与高分子相碰碰撞，使分子子链断裂或重重新聚合，从从而使高分子子材料的分子子量和化学性性质发生变化化，这就是电电子束的化学学效应。利用用该效应可以以进行化学加加工。*18<>2.电子束加工工设备主要要由以下四四部分组成成：电子枪系统统：由电子发发射阴极、、控制栅极极和加速阳阳极组成，，电子枪用用来发射高高速电子，，并初步聚聚焦，使电电子加速。。控制系统：由聚焦装装置、偏转转装置和工工作台位移移装置等组组成。*19<>真空系统：形成真空空环境。电电子高速运运动、发射射阴极不被被氧化以及及被加工表表面不被氧氧化等，均均需要真空空环境。电源系统：提供各种种控制电压压和加速电电压。*20<>电子束加工工应用电子束光刻刻----光光刻胶是高高分子材料料，按规定定图形对光光刻胶进行行电子束照照射就会产产生潜像。。再将它浸浸入适当的的溶剂中，，由于照射射部分和未未照射部分分材料的分分子量不同同，溶解速速度不一样样，就会使使潜像显影影出来。集成电路光光刻工艺原原理（图6-7）：*21<>电子束加工工的应用范范围不锈钢、耐耐热钢、合合金钢、陶陶瓷、玻璃璃和宝石等等难加工材材料的圆孔孔、异形孔孔和窄缝的的加工，最最小孔径可可达0.02~0.003mm。用来焊接难难溶金属、、化学性能能活泼的金金属，以及及碳钢、不不锈钢、铝铝合金、钛钛合金等。。细微加工的的光刻。电子束加工工用于精密密加工时要要考虑热的的影响。*22<>六、离子束束加工在真空条件件下，利用用惰性气体体离子在电电场中加速速而形成的的高速离子子流来实现现微细加工工的工艺方方法。离子束加工工是一种新新兴的细微微加工方法法，在亚微微米至纳米米级精度的的加工中很很有发展前前途。*23<>离子束加工工种类离子束溅射射去除加工工：离子聚焦焦成细束状状，高速碰碰撞工件材材料表面的的原子或分分子，实现现原子或离离子与母材材的分离。。离子束溅射射镀膜加工工：离子被加加速，打在在靶材上，，靶材分离离出原子或或分子，附附着到工件件表面形成成镀膜。*24<>离子子束束加加工工种种类类离子子束束溅溅射射注注入入加加工工：用高高能能离离子子轰轰击击工工件件表表面面，，将将离离子子打打入入工工件件表表层层，，其其电电荷荷被被中中和和，，成成为为置置换换原原子子或或晶晶格格间间原原子子，，留留在在工工件件表表层层，，从从而而改改变变了了工工件件表表层层的的材材料料成成分分和和性性能能。。离子子束束加加工工对对工工件件几几乎乎没没有有热热影影响响。。*25<>七、、快快速速成成形形技技术术1.概述述20世纪纪80年代代中中期期发发展展起起来来的的一一种种新新技技术术----传统统的的加加工工方方法法是是““去去除除””材材料料，，而而快快速速成成形形技技术术则则采采用用““增增加加””材材料料。。2.快速光造造影系统统（SLA）SLA组成：CAD/CAM系统、光光学系统统及扫描描控制系系统、光光敏树脂脂、树脂脂容器及及升降工工作台以以及后固固化装置置等组成成。*26<>3.其他类型型的快速速成形系系统图a采用塑料料作原料料，零件件按照每每层的形形状由热热熔塑料料堆砌而而成；