材料性能及其加工第20章特種加工和數(shù)控加工課件

1、第二十章 特種加工與數(shù)控加工本章知識點(diǎn)先導(dǎo)案例第一節(jié) 特種加工第二節(jié) 數(shù)控加工先導(dǎo)案例解決本章小結(jié)思考題第1頁，共54頁。本章知識點(diǎn)1、了解電火花加工的原理和特點(diǎn)。2、了解電解加工的原理和特點(diǎn)。3、了解激光加工的原理和特點(diǎn)。4、了解超聲波加工的原理和特點(diǎn)。返回第2頁，共54頁。先導(dǎo)案例請想想如何對一些傳統(tǒng)切削難以加工的材料進(jìn)行加工，如高硬度，高韌性材料的加工返回第3頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，加工中許多高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性、高熔點(diǎn)等難切削材料不斷出現(xiàn)，各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)與特殊工藝要求的零件也越來越多，采用傳統(tǒng)的切削加工方法己難以勝任，于是出現(xiàn)了特種加工方法。 特種

2、加工亦稱“非傳統(tǒng)加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機(jī)械能等能量達(dá)到去除或增加材料的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。它的種類很多，常用的特種加工方法有電火花加工、電解加工、激光加工、超聲波加工、電子束加工、等離子加工和水噴射加工等。 特種加工與傳統(tǒng)的切削加工相比有如下特點(diǎn)。 (l)加工范圍不受材料物理、機(jī)械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點(diǎn)金屬以及非金屬材料。下一頁返回第4頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 （2)易于加工復(fù)雜型面、微細(xì)表面以及柔性零件。 （3)易獲得良好的表面質(zhì)量，熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化、熱影

3、響區(qū)等均比較小。 （4)各種加工方法易復(fù)合形成新工藝方法，便于推廣應(yīng)用。 特種加工技術(shù)在國際上被稱為21世紀(jì)的技術(shù)，對新型武器裝備的研制和生產(chǎn)，起到舉足輕重的作用。隨著新型武器裝備的發(fā)展，國內(nèi)外對特種加工技術(shù)的需求日益迫切。不論飛機(jī)、導(dǎo)彈，還是其他作戰(zhàn)平臺都要求降低結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高明示速度，增大航程，降低燃油消耗，達(dá)到戰(zhàn)技性能高、結(jié)構(gòu)壽命長、經(jīng)濟(jì)可承受性好。為此，上述武器系統(tǒng)和作戰(zhàn)平臺都要求采用整體結(jié)構(gòu)、輕量化結(jié)構(gòu)、先進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)等新型結(jié)上一頁下一頁返回第5頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工構(gòu)，以及欽合金、復(fù)合材料、粉末材料、金屬間化合物等新材料。為此，需要采用特種加工技術(shù)，以解決武器裝備制造中用常規(guī)

4、加工方法無法實(shí)現(xiàn)的加工難題，所以特種加工技術(shù)的主要應(yīng)用在以下領(lǐng)域。(1)難加工材料，如欽合金、耐熱不銹鋼、高強(qiáng)鋼、復(fù)合材料、工程陶瓷、金剛石、紅寶石、硬化玻璃等高硬度、高韌性、高強(qiáng)度、高熔點(diǎn)材料。（2)難加工零件，如復(fù)雜零件二維型腔、型孔、群孔和窄縫等的加工。（3)低剛度零件，如薄壁零件、彈性元件等零件的加工。（4)以高能量密度束流實(shí)現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細(xì)加工。 上一頁下一頁返回第6頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工一、電火花加工 1.電火花加工原理 電火花加工基于電火花腐蝕原理，是在工具電極與工件電極相互靠近時，極間形成脈沖性火花放電，在電火花通道中產(chǎn)生瞬時高溫，使金屬局

5、部熔化，甚至氣化，從而將金屬蝕除下來。那么兩電極表面的金屬材料是如何被蝕除下來的呢?這一過程大致分為以下幾個階段，如圖20-1所示。 （1)極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道，如圖20-1（a)所示。工具電極與工件電極緩緩靠近，極間的電場強(qiáng)度增大，由于兩電極的微觀表面是凹凸不平的，因此在兩極間距離最近的A, B處電場強(qiáng)度最大。上一頁下一頁返回第7頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 工具電極與工件電極之間充滿著液體介質(zhì)，液體介質(zhì)中不可避免地含有雜質(zhì)及自由電子，它們在強(qiáng)大的電場作用下，形成了帶負(fù)電的粒子和帶正電的粒子，電場強(qiáng)度越大，帶電粒子就越多，最終導(dǎo)致液體介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道。放電通道是由

6、大量高速運(yùn)動的帶正電和帶負(fù)電的粒子以及中性粒子組成的。由于通道截面很小，通道內(nèi)因高溫?zé)崤蛎浶纬傻膲毫Ω哌_(dá)幾萬帕，高溫高壓的放電通道急速擴(kuò)展，產(chǎn)生一個強(qiáng)烈的沖擊波向四周傳播。在放電的同時還伴隨著光效應(yīng)和聲效應(yīng)，這就形成了肉眼所能看到的電火花。上一頁下一頁返回第8頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工（2)電極材料的熔化、氣化熱膨脹，如圖20-1（b) ,（c)所示。液體介質(zhì)被電離、擊穿，形成放電通道后，通道間帶負(fù)電的粒子奔向正極，帶正電的粒子奔向負(fù)極，粒子間相勻_撞擊，產(chǎn)生大量的熱能，使通道瞬間達(dá)到很高的溫度。通道高溫首先使工作液氣化，進(jìn)而氣化，然后高溫向四周擴(kuò)散，使兩電極表面的金屬材料開始熔化直至沸騰

7、氣化。氣化后的工作液和金屬蒸氣瞬間體積猛增，形成了爆炸的特性。所以在觀察電火花加工時，可以看到工件與工具電極間有冒煙現(xiàn)象，并聽到輕微的爆炸聲。上一頁下一頁返回第9頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 （3)電極材料的拋出，如圖20-1（d)所示。正負(fù)電極間產(chǎn)生的電火花現(xiàn)象，使放電通道產(chǎn)生高溫高壓。通道中心的壓力最高，工作液和金屬氣化后不斷向外膨脹，形成內(nèi)外瞬間壓力差，高壓力處的熔融金屬液體和蒸汽被排擠，拋出放電通道，大部分被拋入到工作液中。仔細(xì)觀察電火花加工，可以看到橘紅色的火花四濺，這就是被拋出的高溫金屬熔滴和碎屑。 （4)極間介質(zhì)的消電離，如圖20-1（e）所示。加工液流入放電間隙，將電蝕產(chǎn)物及

8、殘余的熱量帶走，并恢復(fù)絕緣狀態(tài)。若電火花放電過程中產(chǎn)生的電蝕產(chǎn)物來不及排除和擴(kuò)散，產(chǎn)生的熱量將不能及時傳出，使該處介質(zhì)局部過熱，局上一頁下一頁返回第10頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工部過熱的工作液高溫分解、積炭，使加工無法繼續(xù)進(jìn)行，并燒壞電極。因此，為了保證電火花加工過程的正常進(jìn)行，在兩次放電之間必須有足夠的時間間隔讓電蝕產(chǎn)物充分排出，恢復(fù)放電通道的絕緣性，使工作液介質(zhì)消電離。 上述步驟（1)一步驟（4)在一秒內(nèi)約數(shù)千次甚至數(shù)萬次地往復(fù)式進(jìn)行，即單個脈沖放電結(jié)束，經(jīng)過一段時間間隔(即脈沖間隔)使工作液恢復(fù)絕緣后，第一個脈沖又作用到工具電極和工件上，又會在當(dāng)時極間距離相對最近或絕緣強(qiáng)度最弱處擊穿

9、放電，蝕出另一個小四坑。這樣以相當(dāng)高的頻率連續(xù)不斷地放電，工件不斷地被蝕除，故工件加工表面將由無數(shù)個相勻_重疊的小四坑組成。所以電火花加工是大量的微小放電痕跡逐漸累積而成的去除金屬的加工方式。上一頁下一頁返回第11頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 2.電火花加工的特點(diǎn) （1)可以加工任何硬、脆、軟、韌、高熔點(diǎn)的導(dǎo)電材料。 （2)兩電極不接觸，無明顯切削力，故不會產(chǎn)生由此而引起的殘余應(yīng)力或變形，有利于窄槽、小孔、薄壁以及各種復(fù)雜形狀型孔、型腔的加工，特別有利于低剛度零件和精密、細(xì)微表面的加工。 （3)由于脈沖放電持續(xù)時間很短，工件加工表面幾乎不受熱影響，不會產(chǎn)生熱變形，故尤其有利于加工熱敏性材料。

10、 （4)由于脈沖參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)，故可在同一臺機(jī)床上通過改變電壓、電流、脈寬和脈間等參數(shù)，連續(xù)進(jìn)行粗、半精和精加工。一般電火花加工的尺寸精度可達(dá)0.01mm，表面粗糙度為上一頁下一頁返回第12頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 (5)直接用電加工，便于實(shí)現(xiàn)自動化。 (6)加工速度較慢。要保證加工質(zhì)量則速度很慢，要提高加工速度則質(zhì)量較差。 (7)工具電極有損耗，影響成型精度，型腔最小角部半徑不能太小。3.電火花加工的應(yīng)用 (1)電火花穿孔。常用于加工冷沖模四模的型孔，噴茲頭上的小孔、微孔以及彎孔、螺旋孔等。 (2)電火花型腔加工。常用于加工鍛模、壓鑄模、擠壓模、注射模、膠木模等的型腔以及葉片和整體式

11、葉輪的曲面等。上一頁下一頁返回第13頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 (3)電火花線切割加工。線切割加工是利用移動的細(xì)金屬導(dǎo)線(銅絲或鉗絲)做電極，對工件進(jìn)行脈沖火花放電，切割成型的一種工藝方法，如圖20-2所示。 早期線切割采用快走絲，即采用直徑為0.07-0.30mm的鉬絲，以8- l Om/s的速度來回使用。現(xiàn)在線切割采用慢走絲，即用直徑為0.05-0.30mm的黃銅絲，以0.01 -0.lm/s的速度單向走絲,黃銅絲一次走過就作廢。慢走絲加工出的工件精度高，表面質(zhì)量好。電火花線切割加工用于切割沖裁模得凸模、樣板、成形刀具以及窄縫、柵網(wǎng)和形狀復(fù)雜得各種平面成形件。上一頁下一頁返回第14頁，

12、共54頁。第一節(jié) 特種加工二、電解加工 1.電解加工原理 電解加工是利用金屬在電解液中發(fā)生電化學(xué)陽極溶解的原理將工件加工成形的一種特種加工方法。加工時，工件接直流電源的i1，極，工具接負(fù)極，兩極之間保持較小的間隙，一般取0.1-0.8mm。電解液從極間間隙中流過，使兩極之間形成導(dǎo)電通路，并在電源電壓下產(chǎn)生電流，從而形成電化學(xué)陽極溶解。隨著工具相對工件不斷進(jìn)給，工件金屬不斷被電解，電解產(chǎn)物不斷被電解液沖走，最終兩極間各處的間隙趨于一致，工件表面形成與工具工作面基本相似的形狀，如圖20-3所示。上一頁下一頁返回第15頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 電解液的成份主要取決于工件材料和加工要求，氯化鈉（

13、NaCl)和硝酸鈉（NaNO3）水溶液使用較為普遍，某些場合也使用氯酸鈉（ NaNO3 ）水溶液。對不銹鋼、欽合金等工件材料，為了防止電蝕和改善表面質(zhì)量，可使用兩種或多種成份混合的電解液?；鞖怆娊饧庸な窃陔娊庖褐谢烊胍欢康膲嚎s空氣，使加工區(qū)域內(nèi)電解液的流場分布更為均勻，加工間隙趨向一致，從而提高加工精度。上一頁下一頁返回第16頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 2.電解加工得特點(diǎn)（1)加工范圍廣。電解加工幾乎可以加工所有的導(dǎo)電材料，并目不受材料的強(qiáng)度、硬度、韌性等機(jī)械、物理性能的限制，加工后材料的金相組織基本上不發(fā)生變化。它常用于加工硬質(zhì)合金、高溫合金、淬火鋼、不銹鋼等難加工材料。 （2)生產(chǎn)率

14、高，目加工生產(chǎn)率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。電解加工能以簡單的直線進(jìn)給運(yùn)動一次加工出復(fù)雜的型腔、型面和型孔，而目加工速度可以和電流密度成比例地增加。據(jù)統(tǒng)計，電解加工的生產(chǎn)率約為電火花加工的5-10倍，在某些情況下，甚至可以超過機(jī)械切削加工。上一頁下一頁返回第17頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 （3)加工質(zhì)量好，可獲得一定的加工精度和較低的表面粗糙度。加工精度(mm:型面和型腔為0.05 -0.20;型孔和套料為 0.03 -0.05。表面粗糙度(m ):對于一般中、高碳鋼和合金鋼，可穩(wěn)定地達(dá)到Ra1.6-Ra0.4 m ，有些合金鋼可達(dá)到Ra0.1 m （4)可用于加工薄壁和易變形零件

15、。電解加工過程中工具和工件不接觸，不存在機(jī)械切削力，不產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，沒有飛邊毛刺。（5)工具陰極無損耗。在電解加工過程中工具陰極上僅僅析出氫氣，而不發(fā)生溶解反應(yīng)，所以沒有損耗。只有在產(chǎn)生火花、短路等異?，F(xiàn)象時才會導(dǎo)致陰極損傷。 但是，事物總是一分為一的。電解加工也具有一定的局限性，主要表現(xiàn)為以下幾個方面。上一頁下一頁返回第18頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 （1)電解加工影響因素多，技術(shù)難度高，不易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定加工和保證較高的加工精度。（2)工具電極的設(shè)計、制造和修正較麻煩，因而很難適用于單件生產(chǎn)。（3)電解加工設(shè)備投資較高，占地面積較大。 (4)電解液對設(shè)備、工裝有腐蝕作用，電解產(chǎn)物的處理

16、和回收困難。3.電解加工的應(yīng)用(1)用于深孔加工，如槍筒、炮筒的膛線以及花鍵孔等型孔加工。(2)用于少成形表面的加工，如模具型腔、蝸輪葉片等。(3)用于電解磨削、電解拋光、電解晰磨。上一頁下一頁返回第19頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工三、激光加工 1.激光加工原理 激光加工是一種重的高能束加工方法，它是利用激光高強(qiáng)度、高亮度、方向性好、單色性好的特性，通過一系列的光學(xué)系統(tǒng)聚焦成平行度很高的微細(xì)光束(直徑幾微米至幾十微米)，獲得極高的能量密度(108-lOlOW/cm2)照射到材料上，使材料在極短的時間內(nèi)(千分之幾秒甚至更短)熔化甚至氣化，以達(dá)到加熱和去除材料的目的。圖20-4為激光加工機(jī)示意圖

17、。激光加工機(jī)包括下面幾個部分:上一頁下一頁返回第20頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工（1)激光器。激光器是激光加工的核心設(shè)備，通過它可以把電能轉(zhuǎn)化成光能，獲得方向好、能量密度高、穩(wěn)定的激光束。按材料分為固體激光器、氣體激光器、液體激光器、半導(dǎo)體激光器及自由電子激光器。按工作方式分為連續(xù)激光器和脈沖激光器。 （2）激光電源。激光電源根據(jù)加工工藝的要求，為激光提供所需的能量及控制功能。由于激光器的工作特點(diǎn)不同，對供電電源的要求也不同。 （3）光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)包括聚焦系統(tǒng)和觀察瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。聚焦系統(tǒng)的作用是把激光引向聚焦物鏡，并聚焦在加工工件上;為了使激光束準(zhǔn)確地聚焦在加工位置，要有焦點(diǎn)位置調(diào)節(jié)以及觀察

18、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)。（4)機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)主要包括床身、工作臺和機(jī)電控制系統(tǒng)。上一頁下一頁返回第21頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 2.激光加工的特點(diǎn) （1)適應(yīng)性強(qiáng)。激光加工的功率密度高，幾乎能加工任何材料，如各種金屬、陶瓷、石英、金剛石、橡膠等。 （2)加工精度高。激光束可聚焦成微米級的光斑(理論上直徑可小于1 )適合精密微細(xì)加工。 （3)加工質(zhì)量好。激光加工能量密度高，熱作用時間很短，整個加工區(qū)幾乎不受熱的影響，工件熱變形極小，故可加工對熱沖擊敏感的材料。 （4)效率高。激光打孔只需0.01s，切割比常規(guī)方法提高效率8-20倍，激光焊接可提高效率30倍，微調(diào)薄膜電阻可提高1000倍，提高精度1

19、-2個數(shù)量級。 （5)便于自動化。激光束傳輸方便，易于控制，便于與機(jī)器人、自動檢測、計算機(jī)數(shù)字控制等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合。上一頁下一頁返回第22頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 （6)通用性強(qiáng)。用一臺激光器改變不同的導(dǎo)光系統(tǒng)，可以處理各種形狀和尺寸的工件。也可以選擇適當(dāng)?shù)募庸l件，用同一臺裝置進(jìn)行切割、打孔、焊接和表面處理等多種加工。 （7)節(jié)能節(jié)材。激光束的能量利用率為常規(guī)熱加工工藝的10-1000倍，激光切割可以節(jié)省材料15%-30% （8)激光可通過光學(xué)透明介質(zhì)(玻璃、空氣、惰性氣體和某些液體)對工件進(jìn)行加工。 激光加工是一種瞬時、局部的熔化和氣化加工，影響因素多。因此，微細(xì)加工時的重復(fù)加工精度

20、和表面粗糙度不易保證。此外對具有高熱傳導(dǎo)率材料的加工較困難。上一頁下一頁返回第23頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 3.激光加工的應(yīng)用 (1)激光打孔。激光打孔是激光加工中應(yīng)用最廣泛的。激光打孔速度快、效率高，可打很小的孔和在超硬材料上打孔。目前己應(yīng)用于柴油機(jī)噴油嘴上打孔，化學(xué)纖維噴茲頭上打孔，鐘表鉆石軸承和儀表寶石軸承上打孔以及金剛石拉茲模上打孔等。 （2)激光切割。能切割任何難加工的高熔點(diǎn)材料、耐高溫和硬脆材料，切割精度高，切割質(zhì)量優(yōu)良，可與計算機(jī)數(shù)控技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)自動化加工。 （3)激光雕刻。激光雕刻所需能量密度較低，裝工件的工作臺由一坐標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)傳動。激光雕刻用于印染行業(yè)以及美術(shù)作品等。

21、 上一頁下一頁返回第24頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工（4)激光焊接。激光焊接所需能量密度也較低，只需使被焊工件在焊接處局部熔化，使兩者結(jié)合在一起即可。激光焊接迅速、生產(chǎn)率高，被焊材料不易氧化、熱影響小，適合于熱敏感的品體竹元件的焊接。激光焊接既沒有焊渣，也沒有氧化膜，適合于精密儀表中的焊接。激光不僅能焊接同種材料，而目也可以焊接異種材料，甚至可焊接金屬與非金屬材料。 （5)激光表明處理。利用大功率激光器對金屬表面掃描，使工件表面在極短時間內(nèi)加熱到相變溫度，并由于熱量迅速向工件內(nèi)部傳導(dǎo)而使表面冷卻，使工件表層材料相變硬化。還可用激光在普通金屬表層熔入其他元素，使其具有優(yōu)良合金的性能。上一頁下一

22、頁返回第25頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工四、超聲波加工 超聲波加工是利用工具端面作16-25kHz的超聲頻率振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面沖擊琢磨所實(shí)現(xiàn)的加工。如圖20-5所示，超聲波發(fā)生器7產(chǎn)生16kHz以上的高頻交流電，輸送給超聲換能器5，使由鎳片組成的換能器產(chǎn)生超聲頻縱向振動，再通過振幅擴(kuò)大棒4把振幅擴(kuò)大到0.01-0.15mm，使裝在振幅擴(kuò)大棒下端的工具1產(chǎn)生強(qiáng)烈振動。工作液3由懸浮在水中的磨粒組成，工具的強(qiáng)烈振動迫使磨粒以很大的速度和加速度撞擊加工表面，從工件2上琢磨下許多顆微粒，微粒被循環(huán)的工作液帶走。工具連續(xù)向下進(jìn)給，沖擊磨削繼續(xù)進(jìn)行，工具的形狀便反映到工件上，直到達(dá)到要

23、求的尺寸。為了冷卻超聲換能器，需用冷卻水循環(huán)散熱。超聲波加工塑性材料用剛玉磨料，脆性材料用碳化硅磨料，加工硬質(zhì)合金用碳化硼磨料，加工金剛石則用金剛石粉磨料。上一頁下一頁返回第26頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 1.超聲波加工的特點(diǎn) （1）超聲波加工適用于各種工件材料。它可加工高韌性的合金、淬硬鋼和硬質(zhì)合金等硬材料，也可加工塑性、石墨等軟材料。但它特別適合于加工電火花加工、電解加工所無法加工的不導(dǎo)電的非金屬硬脆材料，如玻璃、陶瓷、寶石、金剛石以及半導(dǎo)體材料等。 （2)超聲波加工靠極細(xì)磨粒進(jìn)行琢磨，尺寸精度可達(dá)0.01-O.O5mm，表面粗糙度僅為Ra0.1 -Ra0.4m。工件表面無殘余應(yīng)力，不

24、發(fā)生組織改變和燒傷等。 （3)通過選擇不同的工具端部形狀和不同的運(yùn)動方法可進(jìn)行各種微細(xì)加工。 （4)超聲波加工的工具可用較軟的材料如45鋼等制成，工具和工件間只有簡單的相對運(yùn)動。超聲波加工機(jī)床結(jié)構(gòu)比較簡單，操作、維修較方便，加工成本較低。上一頁下一頁返回第27頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工（5)超聲波加工材料去除率不及電火花加工和電解加工，生產(chǎn)率較低。（6)超聲波加工時，工具損耗率較高。 2.超聲波加工的應(yīng)用 （1)超聲波用于加工不導(dǎo)電硬脆材料上的孔和型面。 （2)充分利用超聲波加工精度高的優(yōu)點(diǎn)，在用電火花、電解加工模具的型面后，再用超聲波加工進(jìn)行研磨拋光。 （3)在清洗的溶劑如煤油、汽油、四

25、氯化碳中引入超聲波，可強(qiáng)化清洗噴油嘴、噴茲板、微型軸承和乎表機(jī)芯等。 （4)利用超聲波高頻振動的撞擊能量，可以焊接尼龍、塑料制品，特別是表面易產(chǎn)生氧化層的難焊金屬材料。上一頁下一頁返回第28頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 （5)超聲波加工可和其他加工方法結(jié)合，如用超聲波振動車削難加工材料，用超聲波振動攻螺紋，以及超聲波電火花加工，超聲波電解加工和超聲波調(diào)制激光打孔等。 五、復(fù)合加工 復(fù)合加工是把兩種或兩種以上的能量形式合理的組合在一起發(fā)展成的一種加工類型，它能成倍地提高加工效率和進(jìn)一步改善加工質(zhì)量，是特種加工的發(fā)展方向。如圖20-6所示的電解磨削就是利用電解作用與機(jī)械磨削相結(jié)合的一種復(fù)合加工方

26、法。上一頁下一頁返回第29頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 圖20-6中電解磨削所用的是導(dǎo)電砂輪，它是用銅粉或石墨作結(jié)合劑的砂輪，或是電鍍金剛石砂輪。工作時，導(dǎo)電砂輪接負(fù)極，工件接i1，極。加工時在砂輪與工件間噴入電解液，接通直流電源后，工件表面發(fā)生電解作用，形成一層薄膜，隨即被砂輪磨除，再形成薄膜，再被磨除，如此周而復(fù)始，經(jīng)過電化學(xué)和機(jī)械作用，把工件表面的金屬除去。由于90%的工件金屬靠電解作用蝕除，所以砂輪的損耗很少。電解磨削的材料磨除率要比普通磨削高很多，所磨削的表面不產(chǎn)生殘余應(yīng)力、燒傷、裂紋和毛刺等缺陷。電解磨削用于磨削高硬度的零件，特別適合于刃磨硬質(zhì)合金刀具，往往一次行程就能把硬質(zhì)合金

27、刀具切削刃刃磨鋒利，其加工效率要比普通金剛石砂輪磨削高3-5倍，表面粗糙度可達(dá)Ra0.2-Ra0.012m超聲波加工和其他加工方法結(jié)合也屬復(fù)合加工。上一頁下一頁返回第30頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 特種加工除了以上五大類以外，還有電子束、離子束加工和液體噴射加工等多種。 電子束和離子束加工都是在真空條件下利用極高速度運(yùn)動的電子束和離子束的沖擊動能，使被沖擊的金屬迅速局部熔化和氣化，以在工件上形成窄縫、小孔，或把工件割開。由于離子的質(zhì)量要比電子大千萬倍，所以離子束加工比電子束加工能量更大，生產(chǎn)率更高，因此也用的更多。離子束加工可切割3-100mm厚的鋁板、不銹鋼板等，切割速度為50-6000

28、mm/min 上一頁下一頁返回第31頁，共54頁。第一節(jié) 特種加工 液體噴射加工又稱水射流切割。它利用高壓液體(70-400MPa)經(jīng)孔徑為0.05-0.38mm的藍(lán)寶石噴嘴高速(300-900m/s)噴出，射在相隔2-3mm的工件上，把工件割開。工件放在工作臺上，工作臺的X, Y坐標(biāo)由數(shù)控裝置驅(qū)動，因此可以切割出成形工件。液體噴射加工能量密度高達(dá)106W/mm2;切割速度很快，每秒可切割幾白毫米，可切割橡膠、木材、皮革、石棉、水泥、耐火磚、塑料、鋁、銅、軟鋼等各種材料。影響液體噴射加工廣泛應(yīng)用的主要因素是一次性投資較高。上一頁返回第32頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工 數(shù)控，即數(shù)字控制(Nume

29、rical Control)，簡稱NC。數(shù)控加工技術(shù)是為了實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制自動化要求而發(fā)展的。它是指用代碼化的數(shù)字、字母及符號表示加工要求、零件尺寸及其參數(shù)、加工步驟等，通過控制介質(zhì)，輸入到控制裝置，經(jīng)過微機(jī)進(jìn)行處理與計算，發(fā)出各種控制信號與數(shù)據(jù)，控制機(jī)床各軸自動運(yùn)動工作，從而實(shí)現(xiàn)自動加工的技術(shù)。 采用數(shù)字控制的機(jī)床或裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床統(tǒng)稱為數(shù)控機(jī)床。一、數(shù)控系統(tǒng)的組成系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖20-7所示。各部分的組成及功用如下。下一頁返回第33頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工 1.圖樣 圖樣為數(shù)控加工的原始依據(jù)，是被加工的零件的圖樣及其幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。 2.編程 編程即根據(jù)圖樣及其他數(shù)據(jù)進(jìn)行程序編制

30、，有乎工編程、計算機(jī)自動編程兩種方法。 3.控制介質(zhì) 控制介質(zhì)主要有穿孔帶、磁帶和磁盤等，用來記載程序加工信息，是人與機(jī)器之間的媒介。隨著技術(shù)的進(jìn)步，目前在CAD/CAM系統(tǒng)中，經(jīng)過計算機(jī)輔助設(shè)計及程序編制和后置處理后，可直接與數(shù)控裝置連接，不需要控制介質(zhì)。上一頁下一頁返回第34頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工 4.數(shù)控裝置 數(shù)控裝置一般使用多個微處理器，以程序化的軟件形式實(shí)現(xiàn)數(shù)控功能。它的作用是接收輸入裝置輸入的加工信息，完成數(shù)值計算、邏輯判斷、輸入/輸出控制等功能。一般由運(yùn)算器、輸入/輸出設(shè)備、存儲器等部分組成，同時還可按需要備有磁帶機(jī)、打印機(jī)、繪圖機(jī)和顯示器等外部設(shè)備。 5.伺服系統(tǒng) 伺服系

31、統(tǒng)包括驅(qū)動裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)兩大部分。驅(qū)動裝置將來自數(shù)控裝置的指令信息進(jìn)行功率放大，然后驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)或平移，實(shí)現(xiàn)對加工軌跡的控制。目前，數(shù)控機(jī)床大都采用直流或交流伺服電動機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。上一頁下一頁返回第35頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工 6.被控對象 被控對象是指機(jī)床上的工作臺、刀架、主軸、機(jī)動夾具、冷卻系統(tǒng)等受控部分。 7.檢測裝置 檢測裝置卞要是將數(shù)控機(jī)床各坐標(biāo)軸的位移指令值檢測出來并經(jīng)反饋系統(tǒng)輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置中，數(shù)控裝置對反饋回來的實(shí)際位移與設(shè)定值進(jìn)行比較。按有無檢測裝置，可將數(shù)控機(jī)床分為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床(有檢測裝置，加工精度較高)和開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床(無檢測裝置，加工精度較低)。

32、上一頁下一頁返回第36頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工二、數(shù)控機(jī)床的程序編制 1.程序編制 程序編制是指編程者根據(jù)零件圖樣和工藝文件的要求，編制出可在數(shù)控機(jī)床上運(yùn)行以完成規(guī)定加工任務(wù)的一系列指令的過程。具體來說，數(shù)控編程是由分析零件圖樣和工藝要求開始到程序檢驗(yàn)合格為止的全部過程。 程序編制的方法有兩種:乎工編程和計算機(jī)自動編程。 由分析零件圖樣，制訂工藝規(guī)程，計算刀具運(yùn)動軌跡，編寫零件加工程序單，制作控制介質(zhì)直到程序校核，整個的過程都是由人工完成的，這種編程方法稱作乎工編程。上一頁下一頁返回第37頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工乎工編程經(jīng)濟(jì)、便捷，適用于機(jī)器制造中的簡單工件，而有些工件輪廓為復(fù)雜曲線或

33、表面為空間曲面時，乎工編程費(fèi)時，甚至無法勝任，此時就需借助于計算機(jī)進(jìn)行編程，這種編程方法稱計算機(jī)自動編程。自動編程需要購置自動編程軟件(計算機(jī)輔助設(shè)計與制造CAD/CAM軟件)，目前，這種軟件己廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床加工中，大大提高了編程效率。 2.程序代碼 在數(shù)控加工的工序中，是用各種G指令和M指令來描述工藝過程的各種操作和運(yùn)動特征。ISO標(biāo)準(zhǔn)中，準(zhǔn)備功能字由字母G和兩位數(shù)字組成，從G00-G99，共有100種，它命令機(jī)床將作何種加工操作。輔助功能字由M及其后兩位數(shù)字組成，從M00-M99，也有100種。它表示機(jī)床的各輔助動作及其狀態(tài)。表20-1中列出其中幾種常用G功能和M功能。上一頁下一頁返回第38頁，共54頁。第二節(jié)數(shù)控加工 此外，還規(guī)定有進(jìn)給速度功能字F,卞軸轉(zhuǎn)速功能字S、刀具選擇和刀具補(bǔ)償功能字T等。 一個完整的加工程序由若十程序段構(gòu)成，而程序段是由一個或若十個字組成，每個字又由字母(地址)和數(shù)字組成。例如程序段: N001 GO1 X10 Z25 F50 5600 T