机械制造工程实训 课件 第11章 特种加工

机械制造工程实训第一章机械制造实训基础知识第二章热处理第三章铸造第四章锻压第五章焊接第六章车削加工第八章钳工与装配第十章数控加工第七章铣削、刨削、磨削加工第九章数控加工基础知识第十一章特种加工第十一章特殊加工第一节概述一、特种加工的产生二、特种加工的分类第一节概述第二节电火花加工一、电火花加工的基本概念二、电火花加工原理第二节电火花加工三、电火花加工特点1.电火花加工的优点1）适合于难切削材料的加工。2）适合加工复杂形状和特形状的零件，可以制作成形工具电极之间加工复杂型面，简单的工具电极靠数控系统完成复杂形状的加工，如复杂型腔模具加工等。3）直接利用电能加工，易于实现自动化加工及无人化操作。4）可以通过改进结构设计，改善结构工艺性。5）脉冲持续放电时间较短，放电产生的热量传递范围小，材料受热影响较小。2.电火花加工的局限性1）主要用于加工金属等导电材料，在一定条件下可以加工半导体和非导体材料。2）加工速度一般较慢。第二节电火花加工3）存在电极损耗。4）工件表面存在电蚀硬层，电火花加工形成的放电凹坑，硬度较高，不易除去，影响后续加工。四、电火花加工的类型第三节数控电火花线切割加工一、数控电火花线切割概述1.电火花线切割加工原理第三节数控电火花线切割加工2.电火花线切割加工的特点及应用范围1）电火花线切割加工特点①工具电极可采用直径不等的金属丝（铜丝或钼丝等）。②电极丝在加工过程中是移动的，单位长度的电极丝损耗小，对加工精度影响小，可以完全不用考虑电极丝损耗对加工精度的影响。③加工切缝很窄，轮廓加工余量小，节约材料，适合加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件。④采用乳化液或去离子水的工作液，不易引燃起火，可实现昼夜无人连续加工。⑤采用补偿功能，可任意调节凹凸模间隙，也可以实现凹凸模一次加工成型。⑥若采用四轴联动，可加工上、下异型体、形状扭曲曲面体、变锥度和球形等零件。⑦无论被加工工件的硬度如何，只要是导体或半导体的材料都能实现加工。2）应用范围①加工模具：各种形状的冲模。第三节数控电火花线切割加工②用于加工电火花成形加工用的电极：穿孔加工用的电极和带锥度型腔加工用的电极。③加工零件：试制新产品，加工多、数量少的零件，特殊难加工材料的零件，各种型孔、特殊齿轮和凸轮，样板和成型刀具。3.电火花线切割加工设备第三节数控电火花线切割加工1）机床本体。2）脉冲电源。3）数控装置。二、线切割加工程序的编程方法1.线切割3B代码程序格式第三节数控电火花线切割加工2.直线编程1）X、Y值的确定。①以直线的起点为原点，建立直角坐标系，X，Y表示直线终点的坐标绝对值，单位为𝜇m。②X、Y的比值是表示该直线的斜率，所以可取直线终点坐标的公约数将X、Y的值缩小整数倍，用来简化数值。③若直线与X或Y轴重合，为区别一般直线，X，Y均可写作0，且在B后可不写。2）G的确定。3）J的确定。第三节数控电火花线切割加工4）Z的确定。第三节数控电火花线切割加工3.圆弧编程1）X，Y值的确定。第三节数控电火花线切割加工2）G的确定。3）J的确定。4）Z的确定。4.间隙补偿问题第三节数控电火花线切割加工第三节数控电火花线切割加工三、线切割机控制柜的使用1.控制器操作面板（见图11-11）（1）X、Y、Z显示区显示说明1）放电显示状态（灯亮、灯灭时的状态）第三节数控电火花线切割加工第三节数控电火花线切割加工第三节数控电火花线切割加工第三节数控电火花线切割加工（3）使用操作说明1）按键的特殊说明。2）X、Y、Z数据显示部分的操作说明。①三轴数据清理操作。②三轴数据中心值计算（分中）。③三轴数据重新设定。④如何找工件的中点。3）放电参数设定的操作说明。①加工电流的调整和自动参数的载入。第三节数控电火花线切割加工②高压电流的调整。③脉冲宽度的调整。④脉冲间隙的调整。⑤服跟踪电压（加工电压）的调整。⑥伺服跟踪速度的调整。4）Z轴目标深度设定的操作说明。①设定本加工段的目标深度。②多段加工的操作。2.机床电器操作面板1）选用截面为0.75mm2的三相四线电缆，按规定的要求，接入XT1，同时接好地接，水泵插好。2）接通机床外设电源开关，弹起SB1急停开关，打开工作灯可亮。3）将SB3旋钮旋至“0”位，按SB2使主电源接通。第三节数控电火花线切割加工4）按SB4运丝电动机M1应正向运转，若反向，可调节L1、12、L3中的任意两相。5）按SB6水泵电动机M2正向运转。6）将SB3、SB8旋钮旋至“1”位置（此时必须接好控制台，并缠上钼丝），断丝或加工结束后即可自动停机。第四节快速成形一、快速成形分类及特点1.快速成形技术起源2.物体成形方式1）去除成形（DislodgeForming）传统的车、铣、刨、磨等工艺方法就属于去除成形，它是制造业最主要的零件成形方式。2）受迫成形（ForcedForming）按其加工材料的自然状态又分为固态成形法（锻造、冲剪、挤压、拉拔等）、液态成形法（铸造）和半液态成形法（注塑）。3）生长成形（GrowthForming）利用材料的活性进行成形的方法，自然界中的生物个体发育均属于生长成形，与人类采用自上而下干预成形的方法不同，生物的成形则是采用自下而上的手段由内在的基因控制通过遗传法则传递组织方案来构造高度复杂的有序结构，这种不依赖外界强制干预、浑然天成的自组织方法，不仅可以产生形态复杂、结构精巧的个体，而且在材质、结构和功能的第四节快速成形协调方面让人类的工作难以媲美，生物的生长成形从细胞的形态发生、分化和成长逐步形成组织和器官，完全是高精度、低能耗、零污染的过程，这正是制造科学和成形工艺梦寐以求的境界。4）添加成形（AdditiveForming）是20世纪80年代初一种全新的制造概念，通过添加材料来达到零件设计要求的成形方法，这种新型的零件生产工艺就是RP（快速成形）的主要实现手段，它是基于一种全新的制造概念—增材制造。3.快速成形工艺过程第四节快速成形第四节快速成形1）由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型。2）将三维模型沿一定方向（通常Z向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称分层）。3）根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码。4）成形机制造一系列层片并自动将它们连接起来，逐层堆积得到三维物理实体。5）对成形零件进行后处理，最后测试，达到要求，则完成零件的加工。4.快速成形的分类1）按照成形原理不同，快速成形可分为两大类：基于喷射的成形技术和基于激光及其他光源的成形技术，如图11-15所示。2）按照成形材料的不同，快速成形可分为液体材料、粉状材料、片状材料，如图11-16所示。第四节快速成形第四节快速成形5.快速成形特点①具有高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体，尤其适用于各种难熔“高活性”“高纯净”“易污染”高性能金属材料及复杂结构件的制备。②RP技术真正意义上实现数字化、智能化制造。③产品研制周期短。④RP技术所制造的零件具有致密度高、强度高等优异的性能，还可以实现结构减重，没有或极少有废弃材料，属于环保型制造技术。⑤RP技术可实现多种材料任意配比复合材料零件的制造，无须人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程。⑥RP技术是逐层累积成形，不受零件尺寸和形状限制。⑦成形全过程的快速性，适合现代激烈竞争的产品市场。第四节快速成形二、3D打印1.3D打印机的分类1）个人级3D打印机。2）专业级3D打印机。3）工业级3D打印机。2.3D打印技术的优缺点1）优点：①不需要机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率。②通过摒弃传统的生产线，有效降低生产成本，大幅减少材料浪费。③可以制造出传统生产技术无法制造出的外形，让产品设计更加随心所欲。第四节快速成形④可以简化生产制造过程，快速有效又廉价地生产出单个物品，与机器制造出的零件相比，打印出来的产品的重量要轻60%，并且同样坚固。2）缺点：可打印的原材料少、打印精度低、速度较慢、打印成本高。3.3D打印流程1）三维建模。①三维软件建模：实体建模—封闭曲面建模一综合建模（实体建模和封闭曲面建模合成）。②3D扫描仪建模：3D扫描仪构建3D模型，通过3D扫描仪对物体表面扫描，采集点的空间坐标以及色彩信息，最终生成实体模型。③三坐标测量仪逆向工程：三坐标测量仪扫描测量物体表面，形成测量点集，通过逆向工程软件处理点云为实体片集和封闭轮廓。④拍照方式建模拍取实物多角度照片，通过计算机相关软件将照片数据转化成实体模型数据。2）3D打印软件处理。第四节快速成形①导入三维实体。②输入三维打印工艺参数。③三维实体切片处理。④生成3D打印文件：将模型转换为STL格式文件一将走刀轨迹生成G代码。3）3D打印。①电脑和3D打印机连接。②选用打印材料。③3D打印机接受到指令打印模型。第五节激光加工1.激光加工原理1）激光束照射工件材料。2）工件材料吸收光能。3）光能转变成热能使工件材料无损加热。4）工件材料被熔化、蒸发、汽化并被去除或破坏。5）作用结束与加工区冷凝。第五节激光加工2.激光的加工特点1）可以在不同环境中加工不同种类材料，几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工，并且激光加工不受电磁干扰，适应性强。2）激光加工不需要工具，便于自动化连续操作，加工效率高。3）激光能聚焦成极小的光斑，激光束可聚焦到微米级，输出功率可以调节，可进行微细和精密加工，加工质量好，如微细窄缝和微型孔的加工。4）可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其他地点进行加工。5）加工工具是激光束，属于非接触加工，没有明显的机械力，无机械加工变形，且没有工具损耗问题。6）可以透过透明的介质对封闭容器内的工件进行各种加工，故激光可以在任意透明的环境中操作，包括空气、惰性气体、真空甚至某些液体。第五节激光加工3.激光加工设备1）激光器。第五节激光加工第五节激光加工2）激光器电源。3）光学系统。①将激光束从激光器输出窗口引导至被加工工件的表面上，并在加工部位获得所需的光斑形状、尺寸及功率密度。②指示加工部位。③观察加工过程及加工零件。4）机械系统。①工件移动，而激光头和光束制导装置固定不动。②激光头和光束制导装置移动，工件固定不动。③光束制导装置移动，激光头和工件不动。5）控制系统。第五节激光加工4.激光加工工艺及应用1）激光打孔技术。2）激光切割技术。3）激光煌接技术。4）激光打标技术。5）激光表面改性技术。第六节数控雕刻加工一、数控雕刻机的组成、分类及特点1.数控雕刻机的组成1）数控雕刻机床。2）雕刻控制软件。3）计算机。4）电气控制柜。2.数控雕刻机的分类3.数控雕刻机的特点1）加工对象特点：尺寸小、形态复杂、成品要求精细。2）工艺特点：只能且必须使用小刀具加工。3）产品特点：尺寸精度高，产品一致性好。第六节数控雕刻加工4）数控加工特点：高转速、小进给和快走刀的高速铣削加工。二、数控雕刻机的典型应用1.广告相关行业1）胸牌、平面标牌、引导指示牌等的精细高效雕刻。2）文字切割（水晶字和PVC字）3）广告业中常用的PVC字和有机玻璃字的高效雕刻。4）浮雕形态标牌、胸牌、引导指示牌等的精细高效雕刻。5）建筑沙盘模型部件中的精细高效雕刻。2.模具加工相关行业1）小型钢质模具的加工，如小型精密注塑模具等。2）精密冲压模具加工，如加工纪念币、精密冲头、纽扣、餐具、眼镜腿、拉链、压花滚轮等产品的第六节数控雕刻加工冲压模具。3）雕刻加工用于服装、箱包、鞋业、礼品业、商标业和装饰业等行业的滴塑模和用于制鞋、箱包、服装等行业的高频模，如肩章高频模、鱼鳞纹高频模及实物、带刀口线的高频模。4）精密纯铜电极加工、小型复杂形态产品的电极加工，如手机面板、手机零部件、手表表壳、肥皂表面、皮带扣表面的加工。5）圆柱体产品的加工，如刻度盘加工、首饰加工、字轮加工、钟表零件加工等的成品加工，烫金模具、热切模具等的辊轮模具加工。6）工业产品图案文字雕刻，如摩托车发动机气缸盖、仪器手柄、瞄准器等产品上进行文字图案或刻度线的雕刻。3.其他专业产品加工和批量产品加工1）工业模型的成形雕刻加工，尤其适用于形