非傳統(tǒng)加工與先進(jìn)制造技術(shù)

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)GDUT*1第五章非傳統(tǒng)加工與先進(jìn)制造技術(shù)第一節(jié)非傳統(tǒng)加工第二節(jié)細(xì)微制造技術(shù)第三節(jié)超精密加工第四節(jié)柔性制造自動(dòng)化技術(shù)與系統(tǒng)第五節(jié)先進(jìn)生產(chǎn)模式一、電火花加工二、電解加工三、激光加工一、細(xì)微切削加工二、細(xì)微磨削加工三、細(xì)微蝕刻四、超聲波加工五、電子束加工六、離子束加工七、快速成形技術(shù)一、超精密加工概念二、超精密加工的地位及意義三、特點(diǎn)、應(yīng)用范圍及分類四、超精密加工技術(shù)的影響因素一、柔性制造系統(tǒng)產(chǎn)生的背景二、柔性制造系統(tǒng)的功能及適應(yīng)范圍一、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ＣＩＭＳ）二、智能制造系統(tǒng)（ＩＭＳ）三、精良生產(chǎn)（ＬＰ）四、敏捷制造（ＡＭ）*2<>第一節(jié)非傳統(tǒng)加工

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提出了許多傳統(tǒng)切削加工方法難以勝任的制造任務(wù)。

非傳統(tǒng)加工法正是為完成這些制造任務(wù)產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。高強(qiáng)度、高硬度、高脆性或高熔點(diǎn)的各種難加工材料的加工具有較低剛度或復(fù)雜曲面的特殊零件的加工*3<>特種加工是利用化學(xué)的、物理的（電、聲、光、熱、磁）、電化學(xué)的方法對(duì)材料進(jìn)行加工的特種加工能解決大量的普通機(jī)械加工方法難以解決甚至不能解決的問(wèn)題*4<>非傳統(tǒng)加工種類化學(xué)加工（CHM）電化學(xué)加工（ECM）電化學(xué)機(jī)械加工（ECMM）電火花加工（EDM）電接觸加工（RHM）超聲波加工（USM）激光束加工（LBM）離子束加工（IBM）電子束加工（EBM）等離子體加工（PAM）電液加工（EHM）磨料流加工（AFM）磨料噴射加工（AJM）液體噴射加工（HDM）以及各種復(fù)合加工*5<>一、電火花加工1.電火花加工原理利用工具電極和工件電極間瞬時(shí)火花放電所產(chǎn)生的高溫熔蝕工件的表面材料來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。圖6-1為電火花加工裝置原理圖。*6<>2.電火花加工機(jī)床的組成

由脈沖電源、自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置、機(jī)床本體及工作液循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)等。

電火花加工的電源應(yīng)選擇直流脈沖電源，以形成明顯的極效應(yīng)。圖6-2是線切割機(jī)床的工作原理圖*7<>電火花加工的特點(diǎn)及應(yīng)用電火花加工適用于導(dǎo)電性較好的金屬材料的加工，不受材料的強(qiáng)度、硬度、脆性、韌性及熔點(diǎn)的影響；加工過(guò)程中不存在切削力，可適用于薄壁、小孔、窄縫的加工；*8<>電火花加工的特點(diǎn)及應(yīng)用可用于各種復(fù)雜形狀的型孔及立體曲面型腔的一次成形；可以用來(lái)進(jìn)行切斷、切割，以及表面強(qiáng)化、刻寫、打印銘牌和標(biāo)記等。缺點(diǎn)：金屬的去除率較低；存在重鑄層和受熱影響層等。*9<>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)生陽(yáng)極溶解的電化學(xué)反應(yīng)原理，將金屬材料加工成形的一種方法。電解加工時(shí)，工件接電源的正極，工具接負(fù)極。圖6-3為電解加工的工作原理圖。*10<>2.電解加工設(shè)備備的組成由機(jī)床本體、、電源和電解解液系統(tǒng)等部部分組成。*11<>電解加工的特特點(diǎn)及應(yīng)用工作電壓低，，電流大；不不受加工材料料的硬度、強(qiáng)強(qiáng)度、韌性的的限制，可加加工多種難切切削金屬材料料；加工效率率比電火花成成形加工高5~10倍；；無(wú)機(jī)械切削削或切削熱；；平均加工公公差可達(dá)±0.1mm；附屬設(shè)備多多，占地面積積大，造價(jià)高高；電解液腐腐蝕機(jī)床，易易污染環(huán)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、單色性好、相干性好----利用用光學(xué)系統(tǒng)可可聚焦稱極小小的光斑，獲獲得極高能量量密度和極高高的溫度。影響激光加工工的因素：輸輸出功率與照照射時(shí)間；焦焦距、發(fā)散角角與焦點(diǎn)位置置；照射次數(shù)數(shù)；工件材料料等。圖6-4為激光加工機(jī)機(jī)示意圖*13<>2.激光加工機(jī)的的組成激光加工機(jī)通通常由激光器器、電源、光光學(xué)系統(tǒng)和機(jī)機(jī)械系統(tǒng)組成成。*14<>3.激光加工的特特點(diǎn)不需要加工工工具；激光束束功率密度高高，幾乎可以以加工任何難難加工的材料料；工件無(wú)受受力變形；激激光打孔、切切割的速度很很高，加工部部位材料幾乎乎不受切削熱熱的影響，熱熱變形小；激激光切割的切切縫窄，切割割邊緣質(zhì)量好好。*15<>四、超聲波加加工利用工具端面面作超聲頻振振動(dòng)，使工作作液中的懸浮浮磨粒對(duì)工件件表面撞擊拋拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加加工。超聲波加工適適合于加工各種硬脆脆材料，特別是不導(dǎo)導(dǎo)電的非金屬屬材料如玻璃璃、陶瓷、石石英、瑪瑙、、寶石、金剛剛石等。圖6-5為超聲波加工工的原理圖*16<>五、電子束加加工1.電子束加工原原理分為電子束熱熱加工和電子子束化學(xué)加工工電子束熱加工工利用電子束的的熱效應(yīng)來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)加工的。。如電子束熔熔煉、電子束束焊接、電子子束打孔等（（圖5-1）*17<>電子束化學(xué)加加工功率密度非常常低的電子束束照射到工件件表面（高分分子材料），，入射電子與與高分子相碰碰撞，使分子子鏈斷裂或重重新聚合，從從而使高分子子材料的分子子量和化學(xué)性性質(zhì)發(fā)生變化化，這就是電電子束的化學(xué)學(xué)效應(yīng)。利用用該效應(yīng)可以以進(jìn)行化學(xué)加加工。*18<>2.電子束加工工設(shè)備主要要由以下四四部分組成成：電子槍系統(tǒng)統(tǒng)：由電子發(fā)發(fā)射陰極、、控制柵極極和加速陽(yáng)陽(yáng)極組成，，電子槍用用來(lái)發(fā)射高高速電子，，并初步聚聚焦，使電電子加速。?？刂葡到y(tǒng)：由聚焦裝裝置、偏轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)裝置和工工作臺(tái)位移移裝置等組組成。*19<>真空系統(tǒng)：形成真空空環(huán)境。電電子高速運(yùn)運(yùn)動(dòng)、發(fā)射射陰極不被被氧化以及及被加工表表面不被氧氧化等，均均需要真空空環(huán)境。電源系統(tǒng)：提供各種種控制電壓壓和加速電電壓。*20<>電子束加工工應(yīng)用電子束光刻刻----光光刻膠是高高分子材料料，按規(guī)定定圖形對(duì)光光刻膠進(jìn)行行電子束照照射就會(huì)產(chǎn)產(chǎn)生潛像。。再將它浸浸入適當(dāng)?shù)牡娜軇┲?，，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，溶解速速度不一樣樣，就?huì)使使?jié)撓耧@影影出來(lái)。集成電路光光刻工藝原原理（圖6-7）：*21<>電子束加工工的應(yīng)用范范圍不銹鋼、耐耐熱鋼、合合金鋼、陶陶瓷、玻璃璃和寶石等等難加工材材料的圓孔孔、異形孔孔和窄縫的的加工，最最小孔徑可可達(dá)0.02~0.003mm。用來(lái)焊接難難溶金屬、、化學(xué)性能能活潑的金金屬，以及及碳鋼、不不銹鋼、鋁鋁合金、鈦鈦合金等。。細(xì)微加工的的光刻。電子束加工工用于精密密加工時(shí)要要考慮熱的的影響。*22<>六、離子束束加工在真空條件件下，利用用惰性氣體體離子在電電場(chǎng)中加速速而形成的的高速離子子流來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)微細(xì)加工工的工藝方方法。離子束加工工是一種新新興的細(xì)微微加工方法法，在亞微微米至納米米級(jí)精度的的加工中很很有發(fā)展前前途。*23<>離子束加工工種類離子束濺射射去除加工工：離子聚焦焦成細(xì)束狀狀，高速碰碰撞工件材材料表面的的原子或分分子，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)原子或離離子與母材材的分離。。離子束濺射射鍍膜加工工：離子被加加速，打在在靶材上，，靶材分離離出原子或或分子，附附著到工件件表面形成成鍍膜。*24<>離子子束束加加工工種種類類離子子束束濺濺射射注注入入加加工工：用高高能能離離子子轟轟擊擊工工件件表表面面，，將將離離子子打打入入工工件件表表層層，，其其電電荷荷被被中中和和，，成成為為置置換換原原子子或或晶晶格格間間原原子子，，留留在在工工件件表表層層，，從從而而改改變變了了工工件件表表層層的的材材料料成成分分和和性性能能。。離子子束束加加工工對(duì)對(duì)工工件件幾幾乎乎沒沒有有熱熱影影響響。。*25<>七、、快快速速成成形形技技術(shù)術(shù)1.概述述20世紀(jì)紀(jì)80年代代中中期期發(fā)發(fā)展展起起來(lái)來(lái)的的一一種種新新技技術(shù)術(shù)----傳統(tǒng)統(tǒng)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術(shù)術(shù)則則采采用用““增增加加””材材料料。。2.快速光造造影系統(tǒng)統(tǒng)（SLA）SLA組成：CAD/CAM系統(tǒng)、光光學(xué)系統(tǒng)統(tǒng)及掃描描控制系系統(tǒng)、光光敏樹脂脂、樹脂脂容器及及升降工工作臺(tái)以以及后固固化裝置置等組成成。*26<>3.其他類型型的快速速成形系系統(tǒng)圖a采用塑料料作原料料，零件件按照每每層的形形狀由熱熱熔塑料料堆砌而而成；