第六章先進制造技術(shù)

第六章先進制造技術(shù)第一頁，共五十五頁，2022年，8月28日一、現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展第二頁，共五十五頁，2022年，8月28日

表1-1三種自動化形式比較比較項目剛性自動化柔性自動化綜合自動化實現(xiàn)目標減輕工人勞動強度，節(jié)省勞動力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本減輕工人勞動強度，節(jié)省勞動力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期除左外，提高設(shè)計工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對市場的響應(yīng)能力控制對象物流物流物流，信息流特點通過機、電、液氣等硬件控制方式實現(xiàn)，因而是剛性的，變動困難以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的不僅針對具體操作和工人的體力勞動，而且涉及腦力勞動以及設(shè)計、經(jīng)營管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備自動機床、組合機床，機械手，自動生產(chǎn)線

NC機床，加工中心，工業(yè)機器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS

CAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù)繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論數(shù)控技術(shù)，計算機控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計算機技術(shù)，管理技術(shù)第三頁，共五十五頁，2022年，8月28日

圖7-1汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代第四頁，共五十五頁，2022年，8月28日制造自動化技術(shù)的主要形式

柔性自動化50年代圖7-2焊接機器人綜合自動化70年代圖7-3綜合自動化第五頁，共五十五頁，2022年，8月28日本節(jié)僅討論中小批量生產(chǎn)中廣泛使用的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）

柔性制造系統(tǒng)的組成圖7-4FMS的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站第六頁，共五十五頁，2022年，8月28日

加工單元CNC（MC）機床工作臺架（暫存工件）機器人或托盤交換裝置檢測、監(jiān)控裝置◆設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測（圖7-5）傳感器群信號采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測報告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識庫預(yù)維修知識庫學(xué)習訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報警預(yù)知故障報警輸出圖7-5設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測框圖第七頁，共五十五頁，2022年，8月28日鉆頭破損檢測器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號或鉆頭破損模擬信號，與檢測信號進行比較。當鉆頭破損被確認后，發(fā)出換刀信號。◆加工過程監(jiān)控與檢測重點是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測。圖7-6為聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置示意圖。加工過程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測到鉆頭破損信號，將其送至鉆頭破損檢測器進行處理。鉆頭破損檢測器圖7-6聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置系統(tǒng)圖交換機床控制器工件折斷工作臺聲發(fā)射傳感器破損信號第八頁，共五十五頁，2022年，8月28日物料傳輸系統(tǒng)又稱立體倉庫或自動化倉庫系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高層料架、堆垛機、控制計算機和物料識別裝置等組成。具有自動化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實際需求擴展、占地面積小等優(yōu)點?！糇詣觽}庫（圖7-7）圖7-7自動倉庫運輸小車出入庫裝卸站堆垛機料架第九頁，共五十五頁，2022年，8月28日◆

傳輸裝置滾式鏈式（傳送帶由于柔性差，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）……傳送帶運輸小車機器人固定式機器人行走式機器人第十頁，共五十五頁，2022年，8月28日轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號拾取線圈引導(dǎo)電纜圖7-8電磁引導(dǎo)原理在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以5～10kHz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號拾取線圈。當小車偏向右方時，右方的感應(yīng)信號減弱，左方的增強，控制器根據(jù)這些信號的強弱，控制小車的舵輪?！螂姶艑?dǎo)向方式原理（圖7-8）第十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的舵輪。◎光學(xué)引導(dǎo)方式原理（圖7-9）信號孔感光元件光道光源反光帶圖7-9光學(xué)引導(dǎo)原理第十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日◆

切屑處理系統(tǒng)斷屑加工部位封閉排屑機床、工夾具設(shè)計要便于排屑冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）第十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日◆

工廠計算機：制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計劃；對中央計算機和物流計算機進行控制?！?/p>

單元控制器：監(jiān)視與控制機床加工、檢測、上下料…◆

物流計算機：根據(jù)工廠計算機制定的作業(yè)計劃對自動倉庫、堆垛機、緩沖站、運輸小車等進行監(jiān)視與控制?！?/p>

中央計算機：根據(jù)工廠計算機制定的作業(yè)計劃對各加工單元進行監(jiān)視與控制?！?/p>

信息傳輸網(wǎng)絡(luò)：在控制計算機與單元控制器之間進行信息傳遞。計算機控制系統(tǒng)第十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日FMS特點 除毛坯準備與毛坯安裝外全部自動化 可在不停機的條件下實現(xiàn)加工工件的自動轉(zhuǎn)換 24小時運行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對象為相似零件（個別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺機床出現(xiàn)故障，其它機床可進行擬補）◆高度自動化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計劃、調(diào)度第十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日FMS應(yīng)用品種圖7-11零件品種、批量與自動化加工方式010

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批量10,000100010010FMLFMCFMS數(shù)控機床通用機床剛性線生產(chǎn)柔性產(chǎn)量第十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖7-12飛機零件加工FMS（Cincinnati）1—裝卸站2—運輸小車3—MC4—切屑處理站5—清洗站6—檢測站7—手工檢測站8—計算機室9—小車維修站10—包裝站FMS實例（1）第十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日坐標測量機a）b）c）d）圖7-15坐標測量機的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式懸臂式結(jié)構(gòu)：測頭易于接近工件，剛性差橋式結(jié)構(gòu)：剛性好，應(yīng)用廣泛立柱式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與立車相似門架式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與門式起重機相似，用于大件測量第十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日實物照片第十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日可完成測量項目表7-2坐標測量機可完成的測量項目可完成的測量項目測量原理尺寸孔徑與孔中心線坐標圓柱體軸心線與直徑球心坐標與球面半徑平面度兩平面夾角兩平面的平行度兩條線的交點與交角由兩個給定面坐標的差值確定尺寸測量孔上3點，計算確定孔徑與孔中心線坐標測量圓柱面上3點，計算確定軸心線與直徑測量球面上4點，計算確定球心坐標與球面半徑用3點接觸法測定，與理想平面比較確定平面度按平面上3個觸點最小值規(guī)定平面，再計算夾角根據(jù)兩平面交角確定平行度先確定兩線夾角，再測定交點第二十頁，共五十五頁，2022年，8月28日二、現(xiàn)代制造工藝技術(shù)第二十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日◆精密加工——在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質(zhì)量達到較高程度的加工工藝。超精密加工——在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質(zhì)量達到最高程度的加工工藝。概述◆瓦特改進蒸汽機——鏜孔精度1mm20世紀40年代——最高精度1μm20世紀末——精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細加工——微小尺寸的精密加工超微細加工——微小尺寸的超精密加工第二十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日零件加工精度表面粗糙度激光光學(xué)零件形狀誤差0.1μmRa0.01～0.05μm

多面鏡平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁頭平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁盤波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm雷達導(dǎo)波管平面度垂直度誤差＜0.1μmRa＜0.02μm衛(wèi)星儀表軸承圓柱度誤差＜0.01μmRa＜0.002μm

天體望遠鏡形狀誤差＜0.03μmRa＜0.01μm表7-3

幾種典型精密零件的加工精度◆

幾種典型精密零件的加工精度（表7-3）◆精密加工與超精密加工的發(fā)展（圖7-17）第二十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖7-17精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機離子束加工分子對位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測量儀器精密車床磨床百分尺比較儀坐標鏜床坐標磨床氣動測微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機激光測長儀圓度儀輪廓儀激光高精度測長儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份第二十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日

精密與超精密加工技術(shù)是一個國家制造業(yè)水平重要標志例：美國哈勃望遠鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達2nm

精密加工與超精密加工技術(shù)是先進制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國陀螺儀球圓度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導(dǎo)彈命中精度控制在50m范圍內(nèi)；英國飛機發(fā)電機轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60μm降至12μm，發(fā)電機壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍

精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長點精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無疑會帶動和促進這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展精密與超精密加工地位第二十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日結(jié)合加工分類加工機理加工方法示例去除加工電物理加工電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工電解加工、蝕刻、化學(xué)機械拋光力學(xué)加工切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴散、溶解）電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué)化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué)電鍍、電鑄熱熔化真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué)氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué)陽極氧化熱熔化摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長力物理離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理激光焊接、快速成形化學(xué)化學(xué)粘接變形加工熱流動精密鍛造、電子束流動加工、激光流動加工粘滯流動精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向液晶定向表7-4精密與超精密加工分類第二十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日

直接式進化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。

間接式進化加工：借助于直接式“進化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機，再用此工作母機加工工件。適用于批量生產(chǎn)?！簟斑M化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進行，與傳統(tǒng)切削機理完全不同?！?/p>

微量切削機理◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。

精密與超精密加工特點第二十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日要達到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大。◆

形成綜合制造工藝廣泛采用計算機控制、適應(yīng)控制、再線檢測與誤差補償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量。◆

與自動化技術(shù)聯(lián)系緊密精密與超精密加工設(shè)備造價高，難成系列。常常針對某一特定產(chǎn)品設(shè)計（如加工直徑3m射電天文望遠鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）?！?/p>

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合◆

加工與檢測一體化精密檢測是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。第二十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日三、特種加工第二十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日

非傳統(tǒng)加工又稱特種加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。非傳統(tǒng)加工方法產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問題傳統(tǒng)機械加工方法難于解決：1）難加工材料的加工問題。宇航工業(yè)等對材料高強度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。2）復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問題。為解決上面兩方面問題，出現(xiàn)了非傳統(tǒng)加工方法。

非傳統(tǒng)加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等。第三十頁，共五十五頁，2022年，8月28日非傳統(tǒng)加工方法主要不是依靠機械能，而是用其它能量（如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等）去除材料。非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對工具和工件的強度、硬度和剛度均沒有嚴格要求。一般不會產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位很小區(qū)域內(nèi)，工件熱變形小，加工應(yīng)力也小，易于獲得好的加工質(zhì)量。加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制，有利于保證加工精度和提高加工效率。非傳統(tǒng)加工方法的材料去除速度，一般低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因。非傳統(tǒng)加工方法特點第三十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日

機械過程利用機械力，使材料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除材料。如超聲波加工、水噴射加工、磨料流加工等。非傳統(tǒng)加工方法分類（按加工機理和采用的能源劃分）

熱學(xué)過程通過電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時高溫，熔化并去除材料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。

電化學(xué)過程利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對材料進行加工，如電解加工、電鑄加工（金屬離子沉積）等。

化學(xué)過程利用化學(xué)溶劑對材料的腐蝕、溶解，去除材料，如化學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。第三十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日

復(fù)合過程利用機械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)合作用，去除材料。常見的復(fù)合形式有：◎機械化學(xué)復(fù)合——如機械化學(xué)拋光、電解磨削、電鍍珩磨等。◎機械熱能復(fù)合——如加熱切削、低溫切削等?！驘崮芑瘜W(xué)能復(fù)合——如電解電火花加工等。◎其它復(fù)合過程——如超聲切削、超聲電解磨削、磁力拋光（圖7-61）等。工件（陶瓷滾柱）磁性材料磁極振動運動圖7-61磁力拋光示意圖NS第三十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日拓寬現(xiàn)有非傳統(tǒng)加工方法的應(yīng)用領(lǐng)域。探索新的加工方法，研究和開發(fā)新的元器件。優(yōu)化工藝參數(shù)，完善現(xiàn)有的加工工藝。向微型化、精密化發(fā)展。采用數(shù)控、自適應(yīng)控制、CAD/CAM、專家系統(tǒng)等技術(shù)，提高加工過程自動化、柔性化程度。發(fā)展趨勢圖7-62EI收錄文章數(shù)比較70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激光加工電火花加工超聲加工電化學(xué)加工★

圖7-62反映了學(xué)術(shù)界和工程界對幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度。第三十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時高溫，工件材料被熔化和氣化。同時，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去（圖7-63）。

◆

4個階段：1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道；2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹；3）拋出蝕除物；4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。

電火花加工圖7-63電火花加工原理圖進給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液Real第三十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖7-64電火花加工機床第三十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日電極材料——要求導(dǎo)電，損耗小，易加工；常用材料：紫銅、石墨、鑄鐵、鋼、黃銅等，其中石墨最常用。工作液——主要功能壓縮放電通道區(qū)域，提高放電能量密度，加速蝕物排出；常用工作液有煤油、機油、去離子水、乳化液等。放電間隙——合理的間隙是保證火花放電的必要條件。為保持適當?shù)姆烹婇g隙，在加工過程中，需采用自動調(diào)節(jié)器控制機床進給系統(tǒng)，并帶動工具電極緩慢向工件進給。工作要素脈沖寬度與間隔——影響加工速度、表面粗糙度、電極消耗和表面組織等。脈沖頻率高、持續(xù)時間短，則每個脈沖去除金屬量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。通常放電持續(xù)時間在2μs至2ms范圍內(nèi)，各個脈沖的能量2mJ到20J（電流為400A時）之間。第三十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日電火花線切割加工：用連續(xù)移動的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽極。機床工作臺帶動工件在水平面內(nèi)作兩個方向移動，可切割出二維圖形（圖7-65）。同時，絲架可作小角度擺動，可切割出斜面。電火花加工類型圖7-65電火花線切割原理圖XY儲絲筒導(dǎo)輪電極絲工件Real電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal第三十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日電火花線切割機床圖7-66電火花線切割加工加工過程顯示第三十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電材料。加工時無顯著切削力，發(fā)熱小，適于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲線孔等，且加工質(zhì)量較好。脈沖參數(shù)調(diào)整方便，可一次裝夾完成粗、精加工。易于實現(xiàn)數(shù)控加工。電火花加工特點電火花加工應(yīng)用電火花成形加工：電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工，以及葉輪、葉片等曲面加工。電火花線切割：廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。第四十頁，共五十五頁，2022年，8月28日工作原理：工件接陽極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流電壓6～24V，極間保持0.1～1mm間隙。在間隙處通以6～60m/S高速流動電解液，形成極間導(dǎo)電通路，工件表面材料不斷溶解，溶解物及時被電解液沖走。工具陰極不斷進給，保持極間間隙。

圖7-67電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽極陰極進給工具陰極電解加工第四十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日

不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并能以簡單的進給運動一次加工出形狀復(fù)雜的形面和型腔。

加工形面、型腔生產(chǎn)率高（與電火花加工比高5～10倍）。采用振動進給和脈沖電流等新技術(shù)，可進一步提高生產(chǎn)效率和加工精度。陰極在加工中損耗小。加工表面質(zhì)量好，無毛刺、殘余應(yīng)力和變形層。設(shè)備投資大，有污染，需防護。模具型腔、槍炮膛線、發(fā)電機葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、小而深的孔加工，電解拋光、倒棱、去毛刺等。電解加工特點電解加工應(yīng)用第四十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日工件與磨輪保持一定接觸壓力，突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間形成一定間隙。電解液從中流過時，工件產(chǎn)生陽極溶解，表面生成一層氧化膜，其硬度遠比金屬本身低，易被刮除，露出新金屬表面，繼續(xù)進行電解。電解作用與磨削作用交替進行，實現(xiàn)加工。

電解磨削效率比機械磨削高，且磨輪損耗遠比機械磨削小，特別是磨削硬質(zhì)合金時，效果更明顯。導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽極膜電解磨削（圖7-68）第四十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽極加速，通過透鏡聚焦系統(tǒng)進一步聚焦，使能量密度集中在直徑5～10μm斑點內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點處形成瞬時高溫（幾分之一微秒時間內(nèi)升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。

圖7-69電子束加工原理圖控制柵極加速陽極電子束斑點旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺電子束加工工作原理（圖7-69）第四十四頁，共五十五頁，2022年，8月28日電子束束徑小（最小直徑可達0.01～0.05mm），而電子束長度可達束徑幾十倍，故可加工微細深孔、窄縫。材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。非接觸加工，無工具損耗；無切削力，加工時間極短，工件無變形。加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達240mm/min。在真空中加工，無氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。

加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細加工。

特點及應(yīng)用第四十五頁，共五十五頁，2022年，8月28日激光是一種受激輻射而得到的加強光。其基本特征：

◎強度高，亮度大

◎波長頻率確定，單色性好

◎相干性好，相干長度長

◎方向性好，幾乎是一束平行光工作原理（圖7-70）激光加工當激光束照射到工件表面時，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴散，使斑點周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個方向性很強的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個上大下小的孔。激光器工件工作臺圖7-70激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源Real第四十六頁，共五十五頁，2022年，8月28日固體激光器◎YAG（結(jié)晶母材由釔、鋁和石榴石構(gòu)成）激光器◎紅寶石激光器◎混合氣體：氦約80%，氮約15%，CO2約5%◎通過高壓直流放電進行激勵◎波長10.6μm，為不可見光◎能量效率5%～15%反射凹鏡反射平鏡電極放電管CO2氣體冷卻水進口冷卻水出口激光高壓直流電源圖7-71CO2激光器示意圖氣體激光器——CO2激光器（圖7-71）激光器第四十七頁，共五十五頁，2022年，8月28日加工材料范圍廣，適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適用于加工高熔點材料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。加工性能好，工件可離開加工機進行加工，可透過透明材料加工，可在其他加工方法不易達到的狹小空間進行加工。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高。可進行微細加工。激光聚焦后焦點直徑理論上可小至1μ以下，實際上可實現(xiàn)φ0.01mm的小孔加工和窄縫切割。加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進行打孔和切割，也可進行焊接、熱處理等工作。激光加工可控性好，易于實現(xiàn)自動控制。加工設(shè)備昂貴。激光加工特點第四十八頁，共五十五頁，2022年，8月28日激光打孔

◎廣泛應(yīng)用于金剛石拉絲模、鐘表寶石軸承、陶瓷、玻璃等非金屬材料，和硬質(zhì)合金、不銹鋼等金屬材料的小孔加工。

◎激光打孔具有高效率、低成本的特點，特別適合微小群孔加工。

◎焦點位置對孔的質(zhì)量影響：若焦點與加工表面之間距離很大，則激光能量密度顯著減小，不能進行加工。如果焦點位置偏離加工表面1mm，可以進行加工，此時加工出孔的斷面形狀隨焦點位置不同而發(fā)生變化（圖7-72）。激光加工應(yīng)用圖7-72焦點位置對孔形狀影響Real第四十九頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖7-74激光焊接車身圖7-73激光切割第五十頁，共五十五頁，2022年，8月28日利用工具端面作超聲（16～25kHz）振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現(xiàn)加工。超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C械振動，此時振幅一般很小，再通過振幅擴大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。

工作原理（圖7-75）變幅桿超聲波發(fā)生器圖7-75超聲波加工原理圖振動方向工具換能器工作液噴嘴工件Real超聲波加工第五十一頁，共五十五頁，2022年，8月28日圖7-76超聲波加工機床圖7-77超聲波加工樣件第五十二頁，共五十五頁，2022年，8月28日適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等?？杉庸じ鞣N復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。工具與工件不需作復(fù)雜的相對運動，機床結(jié)構(gòu)簡單。被加工表面無殘余應(yīng)力，無破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達0.01～0.05mm。加工過程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。生產(chǎn)效率較低。采用超聲復(fù)合加工（如超聲車削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等）可提高加工效率。超聲波加工特點及應(yīng)用第五十三頁，共五十五頁，2022年，8月28日工作原理：加工裝置（圖7-78）噴嘴材料及工作條件（表7-11）項目