機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)第十章

第三節(jié)精密加工31第一節(jié)數(shù)控加工2第二節(jié)特種加工第四節(jié)先進(jìn)加工技術(shù)4一、數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)

數(shù)控——數(shù)字控制（NumericalControl，簡(jiǎn)稱NC），是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號(hào)進(jìn)行控制的一種方法。

數(shù)控機(jī)床——用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的機(jī)床，或者說(shuō)是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。第一節(jié)數(shù)控加工

1．認(rèn)識(shí)數(shù)控與數(shù)控機(jī)床2．?dāng)?shù)控機(jī)床的組成（1）控制介質(zhì)是存儲(chǔ)數(shù)控加工所需程序的介質(zhì)。（2）數(shù)控裝置是數(shù)控機(jī)床的核心。（3）伺服系統(tǒng)用于接收數(shù)控裝置的指令，是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。（4）測(cè)量反饋裝置用來(lái)檢測(cè)速度、位移以及加工狀態(tài)，并將檢測(cè)到的信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)反饋給數(shù)控裝置，通過(guò)比較計(jì)算出偏差，并發(fā)出糾正誤差指令。測(cè)量反饋裝置分為半閉環(huán)和閉環(huán)兩種。（5）機(jī)床主體是數(shù)控機(jī)床的本體，主要包括床身、主軸、進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件，還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位部件，如換刀裝置、夾緊裝置等輔助裝置。3．?dāng)?shù)控加工的工作過(guò)程

數(shù)控加工的實(shí)質(zhì)是：數(shù)控機(jī)床按照事先編制好的加工程序，通過(guò)數(shù)字控制過(guò)程，自動(dòng)地對(duì)工件進(jìn)行加工。4．?dāng)?shù)控機(jī)床的分類數(shù)控車(chē)床數(shù)控銑床加工中心數(shù)控鉆床數(shù)控線切割機(jī)床數(shù)控電火花成形機(jī)床其他數(shù)控機(jī)床其他幾種常見(jiàn)的分類方法5．?dāng)?shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)適用范圍廣。加工精度高。生產(chǎn)率高。加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠。改善勞動(dòng)條件。有利于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)管理現(xiàn)代化。6．?dāng)?shù)控機(jī)床的應(yīng)用多品種、小批量生產(chǎn)的工件或新產(chǎn)品試制中的工件。形狀復(fù)雜，加工精度要求高，通用機(jī)床無(wú)法加工或很難保證加工質(zhì)量的工件。在普通機(jī)床上加工，需要昂貴的工裝設(shè)備（工具、夾具和模具）的工件。尺寸難測(cè)量、進(jìn)給難控制的殼體或盒型工件。必須在一次裝夾中完成銑、鏜、锪、鉸或攻螺紋等多任務(wù)工序的工件。價(jià)格昂貴，加工中不允許報(bào)廢的關(guān)鍵工件。需要最短生產(chǎn)周期的急需工件。二、常用用數(shù)控機(jī)機(jī)床簡(jiǎn)介介1．?dāng)?shù)控車(chē)車(chē)床（1）數(shù)控車(chē)車(chē)床的結(jié)結(jié)構(gòu)（2）數(shù)控車(chē)車(chē)床的特特點(diǎn)1）采用防護(hù)護(hù)裝置。。2）采用自自動(dòng)排屑屑裝置。。3）工件裝裝夾安全全可靠。。4）可自動(dòng)動(dòng)換刀。。5）主傳動(dòng)動(dòng)與進(jìn)給給傳動(dòng)分分離。2．?dāng)?shù)控銑銑床（1）數(shù)控銑銑床的結(jié)結(jié)構(gòu)（2）數(shù)控銑銑床的特特點(diǎn)1）工件加加工的適適應(yīng)性強(qiáng)強(qiáng)，靈活活性好，，能加工工輪廓形形狀特別別復(fù)雜或或難以控控制尺寸寸的工件件。2）能加工工普通銑銑床無(wú)法法加工或或很難加加工的工工件。3）能加工工一次裝裝夾定位位后需進(jìn)進(jìn)行多道道工序加加工的工工件。4）加工精精度較高高，加工工質(zhì)量穩(wěn)穩(wěn)定可靠靠。5）生產(chǎn)自自動(dòng)化程程度高，，可以降降低操作作者的勞勞動(dòng)強(qiáng)度度，有利利于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)生產(chǎn)管管理自動(dòng)動(dòng)化。6）生產(chǎn)率率高。7）對(duì)刀具具的要求求較高，，刀具應(yīng)應(yīng)具有良良好的韌韌性和耐耐磨性。。3．加工中中心（1）加工中中心的結(jié)結(jié)構(gòu)（2）加工中中心的特特點(diǎn)1）具有至至少三軸軸的切削削控制能能力，進(jìn)進(jìn)行輪廓廓切削。。2）具有自自動(dòng)刀具具交換裝裝置，為為進(jìn)行多多任務(wù)工工序加工工提供了了必要條條件，能能大大提提高加工工效率。。3）具有分分度工作作臺(tái)和數(shù)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)，數(shù)控控轉(zhuǎn)臺(tái)能能以很小小的當(dāng)量量任意分分度。4）具有選選擇各種種進(jìn)給速速度和主主軸轉(zhuǎn)速速的能力力及各種種輔助功功能，可可大大提提高加工工過(guò)程的的自動(dòng)化化。5）工序高高度集中中。特種加工工——利用非常常規(guī)的切切削加工工手段，，利用電電、磁、、聲、光光、熱等等物理及及化學(xué)能能量，直直接施加加于被加加工工件件待加工工部位，，達(dá)到材材料去除除、變形形以及改改變性能能等目的的的加工工技術(shù)。。第二節(jié)特特種種加工常用特種種加工方方法能量量形式及及適用范范圍一、電火火花加工工1．電火花花加工原原理電火花加加工——是一種利利用脈沖沖放電對(duì)對(duì)導(dǎo)電材材料進(jìn)行行電蝕以以去除多多余材料料的加工工方法，，故又稱稱為電蝕蝕加工。。a）電火花花加工原原理b）蝕除材材料的過(guò)過(guò)程c）工件成成型電火花加工電火花機(jī)機(jī)床2．電火花花加工特特點(diǎn)（1）能加工工各種具具有導(dǎo)電電性能的的硬、脆脆、軟、、韌材料料。（2）適宜加加工小孔孔、薄壁壁、窄腔腔槽及各各種復(fù)雜雜的型孔孔、型腔腔和曲線線孔等，，也適用用于精密密細(xì)微加加工。（3）有利于于提高工工件的加加工精度度和表面面質(zhì)量，，也有利利于加工工熱敏感感性強(qiáng)的的材料。。（4）便于實(shí)實(shí)現(xiàn)加工工過(guò)程自自動(dòng)化。。（5）工具電電極消耗耗較大。。3．電火花花加工應(yīng)應(yīng)用（1）電火花花穿孔、、成形加加工。包包括穿孔孔和型腔腔加工兩兩類。（2）電火花花小孔加加工。（3）電火花花精密細(xì)細(xì)微加工工。（4）電火花花磨削。。二、電火火花線切切割加工工1．電火花花線切割割加工原原理快速走絲絲電火花花線切割割加工原原理示意意圖2．電火花花線切割割加工特特點(diǎn)（1）可以加加工用傳傳統(tǒng)切削削加工方方法難以以加工或或無(wú)法加加工的形形狀復(fù)雜雜的工件件。（2）工件變變形小，，電極絲絲、夾具具不需要要太高的的強(qiáng)度。。（3）可加工工任何導(dǎo)導(dǎo)電的固固體材料料。（4）有利于于加工精精度的提提高，便便于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)加工過(guò)過(guò)程自動(dòng)動(dòng)化。（5）不能加加工非導(dǎo)導(dǎo)電材料料。（6）加工成成本高，，不適合合加工形形狀簡(jiǎn)單單的大批批量工件。3．電火花花線切割割加工應(yīng)應(yīng)用（1）各種形形狀的沖沖裁模（（凸模、、凹模））及其他他模具的的制造。。（2）各類精精密型孔孔、樣板板、成形形刀具等等工件和和容易引引起變形形的精密密狹槽類類工件的的加工。。（3）加工和和切割稀稀有、貴貴重金屬屬。1．激光加加工原理理固體激光光器結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖三、激光光加工2．激光加加工的特特點(diǎn)（1）幾乎可可以加工工任何固固體材料料。（2）可進(jìn)行行精密細(xì)細(xì)微加工工。（3）屬于非非接觸加加工，沒(méi)沒(méi)有明顯顯的機(jī)械械力，沒(méi)沒(méi)有工具具損耗，，可加工工易變形形的薄板板和橡膠膠等彈性性工件。。（4）加工速速度快，，熱影響響區(qū)小，，并可通通過(guò)透明明體進(jìn)行行加工。。（5）精密細(xì)細(xì)微加工工時(shí)，需需反復(fù)試試驗(yàn)，尋尋找合理理的加工工參數(shù)，，才能達(dá)達(dá)到其精精度和表表面粗糙糙度要求求。3．激光加加工工藝藝及應(yīng)用用去除加工工（激光光打孔、、激光切切割）連接加工工（即激激光焊接接）激光打孔孔激光切割割四、高壓壓水射流流切割加加工高壓水射射流切割割是一種冷冷切割工工藝，被被加工材材料的物物理性能能、力學(xué)學(xué)性能及及材質(zhì)的的晶體組組織結(jié)構(gòu)構(gòu)不會(huì)遭遭到破壞壞，可免免除后續(xù)續(xù)機(jī)械加加工工藝藝。一、認(rèn)識(shí)識(shí)精密加加工精密加工工是指在一一定發(fā)展展階段，，加工精精度和表表面質(zhì)量量比傳統(tǒng)統(tǒng)的加工工方法能能達(dá)到更更高程度度的加工工工藝。。按我國(guó)目目前情況況，精密密加工是是指加工工精度在在0.1~10μμm（相當(dāng)于于IT5以上），，表面粗粗糙度值值小于Ra0.16μm的加工方方法。精密加工工中，精精度高于于0.1μμm，表面粗粗糙度值值小于Ra0.1μμm的加工方方法稱為為超精密加加工。第三節(jié)精精密密加工1．機(jī)床設(shè)設(shè)備條件件必須在精精密機(jī)床床上進(jìn)行行。機(jī)床床應(yīng)具有有高的運(yùn)運(yùn)動(dòng)精度度，高的的剛度和和高的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速以及及小的進(jìn)進(jìn)給量。。2．環(huán)境條條件消除工藝藝系統(tǒng)內(nèi)內(nèi)部和外外部的振振動(dòng)干擾擾。創(chuàng)造恒溫溫條件。。二、精密密車(chē)削1．精密車(chē)車(chē)削的應(yīng)應(yīng)用銅、鋁及及其合金金制件的的最終加加工。純金屬、、塑料、、玻璃纖纖維、合合成樹(shù)脂脂及石墨墨等不宜宜采用磨磨削而要要求又高高的零件件。黑色金金屬或或其他他表面面硬度度高的的精密密零件件光整整加工工前的的預(yù)加加工工工序。。2．精密密車(chē)削削的刀刀具和和切削削用量量精密車(chē)車(chē)削所所用的的刀具具及其其切削削用量量的選選擇三、精精密磨磨削精密磨磨削——在精密磨磨床上上用經(jīng)經(jīng)過(guò)精精細(xì)修修整的的細(xì)粒粒度砂砂輪進(jìn)進(jìn)行磨磨削的的方法法。1．精密密磨削削的應(yīng)應(yīng)用機(jī)床主主軸、、高精精度軸軸承、、液壓壓滑閥閥、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)量量具、、量?jī)x儀、半半導(dǎo)體體硅片片，以以及航航空、、航天天工業(yè)業(yè)中的的精密密工件件、計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)磁盤(pán)盤(pán)等。。2．精密密磨削削的種種類精密磨磨削（（Ra0.16～Ra0.04μμm）超精密密磨削削（Ra0.04～Ra0.01μμm）鏡面磨磨削（（Ra0.01μμm）3．精密密磨削削用機(jī)機(jī)床砂輪主主軸的的回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)精度度為1μm，內(nèi)圓圓磨具具采用用靜壓壓；應(yīng)有對(duì)對(duì)傳動(dòng)動(dòng)部分分的減減振措措施；；橫向進(jìn)進(jìn)給機(jī)機(jī)構(gòu)的的重復(fù)復(fù)精度度高；；工作臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)動(dòng)平穩(wěn)穩(wěn)，在在一定定范圍圍內(nèi)無(wú)無(wú)爬行行。4．精密密磨削削用砂砂輪磨料。。粒度。。硬度。。結(jié)合劑劑。組織。。四、光光整加加工光整加加工——精加工工后，，從工工件上上不切切除或或切除除極薄薄金屬屬層，，只減減小工工件表表面粗粗糙度度值，，提高高工件件表面面質(zhì)量量或強(qiáng)強(qiáng)化工工件表表面的的加工工過(guò)程程。超精加加工珩磨研磨拋光1．超精精加工工超精加加工——用細(xì)粒粒度的的磨具具對(duì)工工件施施加很很小的的壓力力，并并作往往復(fù)振振動(dòng)和和慢速速縱向向進(jìn)給給運(yùn)動(dòng)動(dòng)，以以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)微量量磨削削的一一種光光整加加工方方法。。2．珩磨磨珩磨——利用珩珩磨工工具對(duì)對(duì)工件件表面面施加加一定定壓力力，珩珩磨工工具同同時(shí)作作相對(duì)對(duì)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)和直直線往往復(fù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，切除除工件件上極極小余余量的的光整整加工工方法法。磨粒運(yùn)運(yùn)動(dòng)軌軌跡3．研磨磨研磨——用研磨磨工具具和研研磨劑劑，從從工件件上研研去一一層極極薄表表面層層的光光整加加工方方法。。研磨外外圓時(shí)時(shí)，使使用研研具為為研套套。研磨內(nèi)內(nèi)孔時(shí)時(shí)，使使用的的研具具為研研磨棒棒。外圓研研具研磨棒棒研磨外外圓研磨內(nèi)內(nèi)孔拋光——利用機(jī)機(jī)械、、化學(xué)學(xué)或電電化學(xué)學(xué)的作作用，，使工工件獲獲得光光亮、、平整整表面面的加加工方方法。。4．拋光光一、先先進(jìn)加加工技技術(shù)的的發(fā)展展?fàn)顩r況1．加工工精度度不斷斷提高高第四節(jié)節(jié)先先進(jìn)進(jìn)加工工技術(shù)術(shù)隨著制制造工工藝技技術(shù)的的進(jìn)步步與發(fā)發(fā)展，，機(jī)械械加工工精度度得到到不斷斷提高高。20世紀(jì)50年代末末，已已經(jīng)實(shí)實(shí)現(xiàn)了了微米級(jí)的加加工精精度。在最近近的十十年時(shí)時(shí)間內(nèi)內(nèi)，機(jī)機(jī)械加加工精精度提提高了了1～2個(gè)數(shù)量量級(jí)，，達(dá)到到10nm的精度度水平平。預(yù)預(yù)計(jì)在在不久久的將將來(lái)，，可實(shí)實(shí)現(xiàn)原原子級(jí)級(jí)的加加工和和測(cè)量量。切削速速度隨隨刀具具材料料的變變更而而提高高2．切削削速度度迅速速提高高3．新型型工程程材料料的應(yīng)應(yīng)用4．自動(dòng)動(dòng)化和和數(shù)字字化工工藝裝裝備的的發(fā)展展5．產(chǎn)品品加工工向少少余量量和無(wú)無(wú)屑加加工方方向發(fā)發(fā)展飛機(jī)總總裝生生產(chǎn)線線二、先先進(jìn)加加工技技術(shù)的的分類類超精密密加工工技術(shù)術(shù)高速加加工技技術(shù)微細(xì)加加工技技術(shù)數(shù)控加加工技技術(shù)精密工工程、、微細(xì)細(xì)工程程和納納米技技術(shù)是是現(xiàn)代代制造造技術(shù)術(shù)的前前沿，，具有有廣泛泛的應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)領(lǐng)域，，它包包括了了所有有能使使工件件的幾幾何精精度和和尺寸寸精度度達(dá)到到微米米和亞亞微米米范圍圍的機(jī)機(jī)械加加工方方法。。1.超精密密加工工技術(shù)術(shù)2.高速加加工技技術(shù)高速加加工技技術(shù)是指采采用超超硬材材料的的刀具具與磨磨具，，能可可靠地地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)高速速運(yùn)動(dòng)動(dòng)的自自動(dòng)化化制造造設(shè)備備，可可極大大地提提高材材料切切除率率，并并保證證加工工精度度和加加工質(zhì)質(zhì)量的的現(xiàn)代代制造造加工工技術(shù)術(shù)。高高速切切削加加工目目前主主要用用于難難加工工材料料、超超精密密微細(xì)細(xì)切削削、復(fù)復(fù)雜曲曲面的的加工工等。。3.微細(xì)加加工技技術(shù)微細(xì)加加工是指加加工尺尺度為為微米米級(jí)范范圍的的加工工方式式。微微細(xì)加加工起起源于于半導(dǎo)導(dǎo)體制制造工工藝，，加工工方式式十分分豐富富，包包含了了微細(xì)細(xì)機(jī)械械加工工、各各種現(xiàn)現(xiàn)代特特種加加工、、高能能束加加工等等方式式。而而微機(jī)機(jī)械制制造過(guò)過(guò)程又又往往往是多多種加加工方方式的的組合合。目目前，，微細(xì)細(xì)加工工技術(shù)術(shù)有以以下幾幾種：：超微微機(jī)械械加工工技術(shù)術(shù)、光光刻加加工技技術(shù)、、LIGA技術(shù)術(shù)（（制制版版術(shù)術(shù)、、電電鑄鑄成成形形和和微微注注塑塑））等等。。4.數(shù)控控加加工工技技術(shù)術(shù)數(shù)字字控控制制加加工工技技術(shù)術(shù)簡(jiǎn)稱稱數(shù)數(shù)控控（（NC）加加工工技技術(shù)術(shù)，，是是近近代代發(fā)發(fā)展展起起來(lái)來(lái)的的一一種種自自動(dòng)動(dòng)控控制制技技術(shù)術(shù)，，該該技技術(shù)術(shù)是是典典型型的的機(jī)機(jī)械械、、電電子子、、自自動(dòng)動(dòng)控控制制、、計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)和和檢檢測(cè)測(cè)技技術(shù)術(shù)密密切切結(jié)結(jié)合合的的機(jī)機(jī)電電一一體體化化高高新新技技術(shù)術(shù)。。數(shù)數(shù)控控加加工工技技術(shù)術(shù)是是實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)制制造造過(guò)過(guò)程程自自動(dòng)動(dòng)化化的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)，，是是自自動(dòng)動(dòng)化化柔柔性性系系統(tǒng)統(tǒng)的的核核心心，，是是現(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)的的重重要要組組成成部部分分。。三、、先先進(jìn)進(jìn)加加工工技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)1.機(jī)械械加加工工向向超超精精密密、、超超高高速速方方向向發(fā)發(fā)展展超精精密密加加工工技技術(shù)術(shù)目目前前已已進(jìn)進(jìn)入入納納米米加加工工時(shí)時(shí)代代，，加加工工精精度度達(dá)達(dá)0.025μμm，表表面面粗粗糙糙度度值值達(dá)達(dá)Ra0.0045μμm。精精切切削削加加工工技技術(shù)術(shù)由由目目前前的的紅紅外外波波段段向向加加工工可可見(jiàn)見(jiàn)光光波波段段或或不不可可見(jiàn)見(jiàn)紫紫外外線線和和X射線線波波段段趨趨近近，，超超精精加加工工機(jī)機(jī)床床向向多多功功能能模模塊塊化化方方向向發(fā)發(fā)展展，，超超精精加加工工材材料料由由金金屬屬擴(kuò)擴(kuò)大大到到非非金金屬屬。。2.制造造自自動(dòng)動(dòng)化化技技術(shù)術(shù)的的發(fā)發(fā)展展，，趨趨向向全全球球化化、、虛虛擬擬化化和和綠綠色色化化制造造全全球球化化是制制造造自自動(dòng)動(dòng)化化技技術(shù)術(shù)發(fā)發(fā)展展的的最最重重要要的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢(shì)勢(shì)。。全全球球化化制制造造自自動(dòng)動(dòng)化化技技術(shù)術(shù)的的基基礎(chǔ)礎(chǔ)是是網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)化化、、標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化化和和集集成成化化。。制造造過(guò)過(guò)程程的的虛虛擬擬化化，是是指指面面向向產(chǎn)產(chǎn)品品生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程的的模模擬擬和和檢檢驗(yàn)驗(yàn)，，檢檢驗(yàn)驗(yàn)產(chǎn)產(chǎn)品品的的可可加加工工性性、、加加工工方方法法和和工工藝藝的的合合理理性性，，以以優(yōu)優(yōu)化化產(chǎn)產(chǎn)品品的的制制造造工工藝藝，，保保證證產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量、、生生產(chǎn)產(chǎn)周周期期和和最最低低成成本本為為目目標(biāo)標(biāo)，，進(jìn)進(jìn)行行生生產(chǎn)產(chǎn)過(guò)過(guò)程程計(jì)計(jì)劃劃、、組組織織管管理理、、車(chē)車(chē)間間調(diào)調(diào)度度、、供供應(yīng)應(yīng)鏈鏈及及物物流流設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)的的建建模模和和仿仿真真。。制造造過(guò)過(guò)程程的的綠綠色色化化，是是指指制制造造過(guò)過(guò)程程中中的的無(wú)無(wú)切切削削、、快快速速成成形形、、擠擠壓壓成成形形等等，，盡盡量量減減少少材材料料和和能能量量的的消消耗耗。。3.采用用清清潔潔能能源源及及原原材材料料，，實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)清清潔潔生生產(chǎn)產(chǎn)采用用清清潔潔能能源源，，如如用用電電加加熱熱代代替替燃燃煤煤加加熱熱鍛鍛坯坯，，用用電電熔化化代代替替焦焦炭炭沖沖天天爐爐熔熔化化鐵鐵液液。采用用清清潔潔的的工工藝藝材材料料，開(kāi)發(fā)發(fā)新新的的工工藝藝方方法法，，如如在在鍛鍛造造生產(chǎn)產(chǎn)中中采采用用非非石石墨墨型型潤(rùn)潤(rùn)滑滑材材料料，，在在砂砂型型鑄鑄造造中中采采用