產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)材料與工藝 第3版 課件 第7-9章 復(fù)合材料及其成形、切削加工與特種加工、逆向工程與快速成型

第七章復(fù)合材料及其成形產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)材料與工藝27.1復(fù)合材料概述7.1.1復(fù)合材料的分類(lèi)

復(fù)合材料是將兩種或兩種以上成分不同、性質(zhì)不同的材料組合在一起，構(gòu)成性能比各組成材料優(yōu)異的一類(lèi)新型材料。根據(jù)基體的不同，復(fù)合材料可分為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料和陶瓷基復(fù)合材料等。

根據(jù)使用性能的不同，復(fù)合材料可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料。根據(jù)增強(qiáng)體形態(tài)的不同，復(fù)合材料可分為連續(xù)纖維復(fù)合材料、短纖維（晶須）復(fù)合材料、顆粒復(fù)合材料及編織物復(fù)合材料。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-1不同種類(lèi)的復(fù)合材料制品37.1復(fù)合材料概述7.1.2復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)1.比強(qiáng)度和比模量高2.抗疲勞性能好3.耐磨性能好4.減振性能強(qiáng)5.高溫性能好6.成形工藝簡(jiǎn)單靈活

第七章復(fù)合材料及其成形4

7.2常用復(fù)合材料成形工藝

7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形

熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料以熱固性樹(shù)脂為基體，以無(wú)機(jī)物、有機(jī)物為增強(qiáng)材料。

（1）手糊成形手糊成形是先在涂有脫模劑的模具上均勻涂上一層樹(shù)脂混合液，再將裁剪成一定形狀和尺寸的纖維增強(qiáng)織物，按制品要求鋪設(shè)到模具上并使其平整。多次重復(fù)以上步驟逐層鋪貼，直至所需層數(shù)，然后固化成形，脫模修整獲得坯件或制品，其工藝流程如圖7-2所示。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-2手糊成形工藝流程圖5

7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形（2）噴射成形利用壓縮空氣將經(jīng)過(guò)特殊處理而霧化的樹(shù)脂膠液與短切纖維，同時(shí)通過(guò)噴射機(jī)的噴槍均勻噴射到模具上沉積，經(jīng)過(guò)輥壓、浸漬以及排出氣泡等步驟后，再繼續(xù)噴射，直至完成坯件制件，最后固化成制品的一種成形方法，圖7-3為噴射成形原理圖。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-3噴射成形原理圖6

7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形（3）層壓成形將紙、棉布、玻璃布等片狀增強(qiáng)材料，在浸膠機(jī)中浸漬樹(shù)脂，經(jīng)干燥制成浸膠材料，然后按層壓制品的大小，對(duì)浸膠材料進(jìn)行裁剪，并根據(jù)制品要求的厚度（或質(zhì)量）計(jì)算所需浸膠材料的張數(shù)，逐層疊放在多層壓機(jī)上，進(jìn)行加熱層壓固化，脫模獲得層壓制品，其工藝過(guò)程如圖7-4所示。為使層壓制品表面光潔美觀，疊放時(shí)可于最上和最下兩面放置2～4張含樹(shù)脂量較高的面層用浸膠材料。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-4層壓成形工藝過(guò)程圖片狀增強(qiáng)材料

樹(shù)脂表面干燥處理浸漬→烘干→剪裁→疊塊→層壓→脫模→整修7

7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形（4）鋪層法成形用手工或機(jī)械手，將預(yù)浸材料按預(yù)定方向和順序在模具內(nèi)逐層鋪貼至所需厚度或?qū)訑?shù)，獲得鋪層坯件，然后將坯件裝袋，經(jīng)加熱加壓固化、脫模修整獲得制品的成形方法。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-5鋪層加壓固化方法示意圖鋪層成形法通常有真空袋法、加壓袋法、熱壓罐法等，如圖7-5所示。它們均可與手糊成形、噴射成形或?qū)訅撼尚闻涮资褂茫糜谂骷募訅汗袒尚?，常作為?fù)合材料坯件的后續(xù)成形加工方法。

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7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形（5）纏繞法成形采用預(yù)浸紗帶、預(yù)浸布帶等預(yù)浸料，或?qū)⑦B續(xù)纖維、布帶浸漬樹(shù)脂后，在適當(dāng)?shù)睦p繞張力下按一定規(guī)律纏繞到一定形狀的芯模上至一定厚度，經(jīng)固化脫模獲得制品的一種方法。該方法成形的制品結(jié)構(gòu)合理、比強(qiáng)度高；制品精度高、質(zhì)量好；易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高；但需要專(zhuān)門(mén)的設(shè)備，投資較大。圖7-6為纏繞法成形示意圖。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-6纏繞法成形示意圖9

7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形（6）模壓成形將模塑料、預(yù)浸料以及纏繞在芯模上的纏繞坯料等在金屬模具中，在壓力和溫度作用下經(jīng)過(guò)塑化、熔融流動(dòng)、充滿(mǎn)模腔成形固化而獲得制品。模壓成形方法適用于異形制品的成形，又可分為壓制模壓成形、壓注模壓成形與注射模壓成形。圖7-7為壓注模壓成形示意圖。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-7壓注模壓成形原理圖10

7.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形（7）離心澆注成形利用筒狀模具旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將短切纖維連同樹(shù)脂同時(shí)均勻噴灑到模具內(nèi)壁形成坯件；或先將短切纖維氈鋪在筒狀模具的內(nèi)壁上，再在模具快速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，向纖維層均勻噴灑樹(shù)脂液浸潤(rùn)纖維形成坯件，坯件達(dá)所需厚度后通熱風(fēng)固化。該成形方法的特點(diǎn)是制件壁厚均勻、外表光潔，適用于大直徑筒、管、罐類(lèi)制件的成形。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-8離心澆注成形示意圖117.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

1.熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形

（8）擠拉成形如圖7-9所示，將浸漬過(guò)樹(shù)脂膠液的連續(xù)纖維束或帶，在牽引機(jī)構(gòu)拉力作用下，通過(guò)成形模定形，再進(jìn)行固化，連續(xù)引拔出長(zhǎng)度不受限制的復(fù)合材料管、棒、方形、工字形、槽形以及非對(duì)稱(chēng)形的異形截面等型材，如飛機(jī)和船舶的結(jié)構(gòu)件，礦井和地下工程構(gòu)件等。拉擠工藝只限于生產(chǎn)型材，設(shè)備復(fù)雜。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-9擠拉成形示意圖127.2.1樹(shù)脂基復(fù)合材料成形

2.熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的成形熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料由熱塑性樹(shù)脂和增強(qiáng)材料組成。熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料成形時(shí)，基體樹(shù)脂不發(fā)生化學(xué)變化，而是靠樹(shù)脂的物理狀態(tài)的變化來(lái)完成。其過(guò)程主要由加熱熔融、流動(dòng)成形和冷卻硬化三個(gè)階段組成。已成形的坯件或制品，在加熱熔融后還可以二次成形。粒子及短纖維增強(qiáng)的熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料可采用擠出成形、注射成形和模壓成形，其中，擠出成形和注射成形占主導(dǎo)地位。

第七章復(fù)合材料及其成形137.2.2金屬基復(fù)合材料成形1.顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成形（1）粉末冶金法。先將金屬粉末或預(yù)合金粉末和增強(qiáng)相均勻混合，然后壓制成錠塊或預(yù)制成形坯，再通過(guò)擠壓、軋制、鍛造等二次加工制成型材或零件的方法，是制備金屬基復(fù)合材料尤其是顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的主要工藝方法。（2）鑄造法。一邊攪拌金屬或合金熔融體，一邊向熔融體逐步投入增強(qiáng)體，使其分散混合，形成均勻的液態(tài)金屬基復(fù)合材料，然后采用壓力鑄造、離心鑄造和熔模精密鑄造等方法形成金屬基復(fù)合材料的成形法。

第七章復(fù)合材料及其成形147.2.2金屬基復(fù)合材料成形1.顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成形（3）加壓浸漬法。將顆粒、短纖維或晶須增強(qiáng)體制成含一定體積分?jǐn)?shù)的多孔預(yù)成形坯體，將預(yù)成形坯體置于金屬型腔的適當(dāng)位置，澆注熔融金屬并加壓，使熔融金屬在壓力下浸透預(yù)成形坯體（充滿(mǎn)預(yù)成形坯體內(nèi)的微細(xì)間隙），冷卻凝固形成金屬基復(fù)合材料制品，采用此法已成功制造了陶瓷晶須局部增強(qiáng)鋁活塞，圖7-10為加壓浸漬工藝示意圖。

（4）擠壓或壓延成形法。

將短纖維或晶須增強(qiáng)體與金屬粉末混合后進(jìn)行熱擠或熱軋，獲得棒材、型材和管材的方法。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-10加壓浸漬工藝示意圖157.2.2金屬基復(fù)合材料成形2.纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成形（1）擴(kuò)散結(jié)合法

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-11擴(kuò)散結(jié)合法示意圖

按制件形狀及增強(qiáng)方向要求，將基體金屬箔或薄片、以及增強(qiáng)纖維裁剪后交替鋪疊，然后在低于基體金屬熔點(diǎn)的溫度下加熱加壓并保持一定時(shí)間，基體金屬產(chǎn)生蠕變和擴(kuò)散，使纖維與基體間形成良好的界面結(jié)合，獲得制件的成形法，是連續(xù)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料最具代表性的復(fù)合工藝。圖7-11為擴(kuò)散結(jié)合法示意圖。167.2.2金屬基復(fù)合材料成形2.纖維增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料成形（2）熔融金屬滲透法。在真空或惰性氣體介質(zhì)中，使排列整齊的纖維束之間浸透熔融金屬的方法，如圖7-12所示。常用于連續(xù)制取圓棒、管子和其它截面形狀的型材，而且加工成本低。

（3）等離子噴涂法。在惰性氣體保護(hù)下，等離子弧向排列整齊的纖維噴射熔融金屬微粒子。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-12熔融金屬滲透法示意圖177.2.2金屬基復(fù)合材料成形3.層合金屬基復(fù)合材料成形層合金屬基復(fù)合材料是由兩層或多層不同金屬相互緊密結(jié)合組成的材料，可根據(jù)需要選擇不同的金屬層。其成形方法有軋合、雙金屬擠壓、爆炸焊合等。（1）軋合。將不同的金屬層通過(guò)加熱、加壓軋合在一起，形成整體結(jié)合的層壓包覆板。包覆層金屬的厚度范圍一般是層壓板厚度的2.5％～20％。（2）雙金屬擠壓。將由基體金屬制成的金屬芯，置于由包覆用金屬制成的套管中，組裝成擠壓坯，在一定壓力、溫度條件下擠壓成帶無(wú)縫包覆層的線材、棒材、矩形和扁型材等。（３）爆炸焊合。利用炸藥爆炸產(chǎn)生的脈沖高壓對(duì)材料進(jìn)行復(fù)合成形的方法，通常用于將兩層或多層的異種金屬板、片、管與增強(qiáng)相結(jié)合在一起形成復(fù)合板材或管材。第七章復(fù)合材料及其成形187.2.3陶瓷基復(fù)合材料成形

陶瓷基復(fù)合材料的成形方法分為兩類(lèi)，一類(lèi)是針對(duì)陶瓷短纖維、晶須、顆粒等增強(qiáng)體，其成形工藝與陶瓷基本相同，如料漿澆鑄法、熱壓燒結(jié)法等；另一類(lèi)是針對(duì)碳、石墨、陶瓷連續(xù)纖維增強(qiáng)體，其成形工藝常采用料漿浸滲法、熱壓燒結(jié)法和化學(xué)氣相滲透法。(1)粉末冶金法。是將作為基體的陶瓷粉末和增強(qiáng)材料以及加入的粘接劑混合均勻后，冷壓制成所需形狀，然后進(jìn)行燒結(jié)或直接熱壓燒結(jié)制成陶瓷基復(fù)合材料。前者稱(chēng)為冷壓燒結(jié)法，后者稱(chēng)為熱壓燒結(jié)法。（2）料漿浸滲法。將纖維增強(qiáng)體編織成所需形狀，用陶瓷漿料浸滲，干燥后進(jìn)行燒結(jié)，其優(yōu)點(diǎn)是不損傷增強(qiáng)體，工藝較簡(jiǎn)單，無(wú)需模具；缺點(diǎn)是增強(qiáng)體在陶瓷基體中的分布不大均勻。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-13粉末冶金法197.2.3陶瓷基復(fù)合材料成形

（3）料漿浸漬熱壓成形法。將纖維或織物增強(qiáng)體置于制備好的陶瓷粉體漿料里浸漬，然后將含有漿料的纖維或織物增強(qiáng)體布成一定結(jié)構(gòu)的坯體，干燥后在高溫、高壓下熱壓燒結(jié)為制品。（4）化學(xué)氣相滲透工藝。又稱(chēng)CVI法，是將增強(qiáng)纖維編織成所需形狀的預(yù)成形體，并置于一定溫度的反應(yīng)室內(nèi)，然后通入某種氣源，在預(yù)成形體孔穴的纖維表面上產(chǎn)生熱分解或化學(xué)反應(yīng)沉積出所需陶瓷基質(zhì)，直至預(yù)成形體中各孔穴被完全填滿(mǎn)，獲得高致密度、高強(qiáng)度、高韌性的制件。

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-14化學(xué)氣相滲透工藝原理207.3復(fù)合材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用7.3.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)中常用的復(fù)合材料

1.玻璃纖維增強(qiáng)塑料2.碳纖維復(fù)合材料3.硼纖維復(fù)合材料4.石棉增強(qiáng)材料5.金屬陶瓷

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-15玻璃鋼制品圖7-16遙控碳纖維“紙”飛機(jī)圖7-17J-12鈦金屬陶瓷表217.3.2復(fù)合材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用1.MAEZIO椅

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-18MAEZIO椅227.3.2復(fù)合材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用2.格瑞德新能源充電樁

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-19格瑞德新能源充電樁237.3.2復(fù)合材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用3.雪佛蘭Alcantara汽車(chē)內(nèi)飾

第七章復(fù)合材料及其成形圖7-20雪佛蘭Alcantara汽車(chē)內(nèi)飾24復(fù)習(xí)思考題

7-1復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn)有哪些？

7-2試述熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料成形的主要方法。

7-3試述金屬基復(fù)合材料成形的主要方法。

7-4陶瓷基復(fù)合材料的成形方法主要有哪些？

7-5通過(guò)案例分析，闡述復(fù)合材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)。

第七章復(fù)合材料及其成形

第八章切削加工與特種加工產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)材料與工藝268.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)與機(jī)械制造現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)是以市場(chǎng)需求為導(dǎo)向，運(yùn)用工程技術(shù)方法，在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和時(shí)間等諸多限制因素的約束范圍內(nèi)進(jìn)行的設(shè)計(jì)工作。

產(chǎn)品的技術(shù)水平、質(zhì)量水平、生產(chǎn)率水平以及生產(chǎn)成本等，主要取決于產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的工作深度和完整性，優(yōu)良的設(shè)計(jì)在帶給用戶(hù)良好體驗(yàn)的同時(shí)，也能給制造方帶來(lái)良好的成本控制和溢價(jià)空間。任何產(chǎn)品或設(shè)備都是經(jīng)由設(shè)計(jì)、零件制造及相應(yīng)的零件裝配而獲得。除了眾多零件是通過(guò)機(jī)械制造生產(chǎn)的，即便是生產(chǎn)塑料零件的模具亦需要通過(guò)機(jī)加工獲得。

第八章切削加工與特種加工27無(wú)論是金屬零件或是成形塑料制品的模具，從機(jī)械制造的角度來(lái)看，都是生產(chǎn)制造中毛坯生產(chǎn)和機(jī)械加工過(guò)程的“產(chǎn)品”。毛坯生產(chǎn)和機(jī)械加工均是直接改變生產(chǎn)對(duì)象及零件的形狀、尺寸、精度的加工方法。

毛坯成形加工通常用液態(tài)成形、塑性成形和連接成形等熱加工方法生產(chǎn)，可以經(jīng)濟(jì)高效地制造出各種形狀和尺寸的毛坯，所獲得的毛坯表面一般比較粗糙，尺寸精度低。而有一定技術(shù)要求的零件表面都需要進(jìn)行機(jī)械加工才能達(dá)到質(zhì)量要求，機(jī)械加工是眾多產(chǎn)品生產(chǎn)制造的基礎(chǔ)工序。第八章切削加工與特種加工圖8-3大疆Robomaster及零部件分解28第八章切削加工與特種加工8.1.1生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程與生產(chǎn)綱領(lǐng)

一般產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程如圖8-4所示，包括原材料的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、生產(chǎn)準(zhǔn)備、毛坯制造、零件加工和熱處理、產(chǎn)品裝配與調(diào)試、質(zhì)量檢驗(yàn)以及包裝等。

原材料檢驗(yàn)包裝

儲(chǔ)運(yùn)毛坯制造機(jī)械加工裝配調(diào)試產(chǎn)品能量系統(tǒng)能源信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)信息、制造工藝、物流要求

圖8-4一般產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程29第八章切削加工與特種加工8.1.1生產(chǎn)過(guò)程和工藝過(guò)程與生產(chǎn)綱領(lǐng)

生產(chǎn)過(guò)程中，直接改變材料形狀、尺寸和性能，使之變?yōu)榘氤善坊虺善返倪^(guò)程，被稱(chēng)為工藝過(guò)程，它是生產(chǎn)過(guò)程中的主要環(huán)節(jié)。

工藝過(guò)程又包括若干道工序。工序是一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地點(diǎn)對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件所連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。企業(yè)根據(jù)產(chǎn)品生產(chǎn)量在計(jì)劃期內(nèi)生產(chǎn)的零件數(shù)量稱(chēng)為零件生產(chǎn)綱領(lǐng)。

生產(chǎn)類(lèi)型是企業(yè)（或車(chē)間）生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化程度的分類(lèi)。企業(yè)在制定工藝規(guī)程時(shí)，一般按產(chǎn)品（零部件）的生產(chǎn)綱領(lǐng)來(lái)確定生產(chǎn)類(lèi)型。根據(jù)生產(chǎn)特點(diǎn)，企業(yè)的生產(chǎn)可分為三種基本類(lèi)型：?jiǎn)渭a(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)。

30第八章切削加工與特種加工8.1.2機(jī)械制造工藝原理與分類(lèi)機(jī)械制造包括毛坯制備，對(duì)毛坯、零件進(jìn)行的各種機(jī)械、特種加工和熱處理等，極少數(shù)零件也會(huì)采用精密鑄造或精密鍛造等無(wú)屑加工方法。根據(jù)被加工工件所處的溫度狀態(tài)以及工藝特征，機(jī)械制造可分為熱加工、冷加工和特種加工。

冷加工也稱(chēng)為機(jī)械加工，一般指在常溫下使用機(jī)械設(shè)備，不引起工件化學(xué)或物相變化，利用切削原理從工件上切除多余材料或者利用壓力使生產(chǎn)對(duì)象產(chǎn)生塑性變形，獲得具有一定形狀、尺寸精度和表面粗糙度的工件、達(dá)到設(shè)計(jì)要求的加工工藝。冷加工按加工方式差異又可分為切削加工和壓力加工。

31第八章切削加工與特種加工8.1.2機(jī)械制造工藝原理與分類(lèi)

熱加工是在高于材料再結(jié)晶溫度的條件下，使金屬材料成形的加工方法。熱加工通常包括液態(tài)成形、塑性成形、連接成形及熱處理等工藝。。

特種加工一般直接利用電能、熱能、聲能、光能、化學(xué)能和電化學(xué)能，有時(shí)也結(jié)合機(jī)械能對(duì)工件進(jìn)行加工。特種加工主要用于難加工材料、形狀特別復(fù)雜、細(xì)微結(jié)構(gòu)以及高精度、表面質(zhì)量有特殊要求的零件加工。常見(jiàn)的特種加工工藝有電火花成型加工、電火花線切割加工、電解加工、激光加工和超聲波加工等。。

第八章切削加工與特種加工8.2切削加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求

零件形狀多數(shù)都由外圓面、內(nèi)圓面、平面和曲面等組成?？梢园研纬蛇@些表面的母線及其運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)化為加工對(duì)象和加工工具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)看待。加工時(shí)使切削工具和工件間有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切除多余材料，使加工對(duì)象成為具有一定形狀、尺寸精度和表面質(zhì)量要求合格零件的機(jī)械加工方法就稱(chēng)為切削加工。切削加工有較高的生產(chǎn)效率，并能獲得較高的精度和表面質(zhì)量，是目前應(yīng)用最廣的加工方法，如圖8-5所示。第八章切削加工與特種加工8.2切削加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求

圖8-5

切削運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖

第八章切削加工與特種加工8.2切削加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求

如圖8-6是Proxxon微小機(jī)械的圖片資料，甚至愛(ài)動(dòng)手的DIY者還會(huì)自制一些簡(jiǎn)易機(jī)械來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，如圖8-7所示是兩種自制簡(jiǎn)易木工車(chē)床。圖8-6Proxxon微車(chē)、木工車(chē)床、微銑圖8-7自制木工車(chē)床第八章切削加工與特種加工8.2切削加工

Apple公司的2013版MacPro主機(jī)箱殼體使用的主要切削加工工藝包括車(chē)內(nèi)外圓、磨削。如圖8-8所示是MacPro主機(jī)殼體生產(chǎn)時(shí)的車(chē)削、拋光工藝過(guò)程。圖8-8MacPro主機(jī)箱生產(chǎn)流程第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求

零件的加工質(zhì)量指標(biāo)包括加工精度和表面質(zhì)量?jī)煞矫妗?/p>

1.加工精度加工精度是指零件在加工后尺寸、形狀和相互位置等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值與設(shè)計(jì)時(shí)確定的數(shù)值相符合的程度。加工精度包括尺寸精度、形狀精度和位置精度。（1）尺寸精度是指零件實(shí)際加工的尺寸與設(shè)計(jì)給定的尺寸相符合的程度，它是由尺寸公差控制的。公差是尺寸允許的變動(dòng)量，公差越小，精度越高。

（2）形狀精度與位置精度是指零件表面實(shí)際形狀和位置與理想形狀和位置相符合的程度。

第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求2.表面粗糙度

表面粗糙度指零件加工表面存在的由較小間距的峰谷組成的微量高低不平度。它與零件的耐磨性、配合性質(zhì)、抗腐蝕性有密切關(guān)系，會(huì)影響到機(jī)器的使用性能、壽命和制造成本，是切削加工的重要質(zhì)量要求之一。

第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求2.表面粗糙度

表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)主要有以下兩種：

輪廓算術(shù)平均偏差Ra

在取樣長(zhǎng)度Lr內(nèi)，取輪廓偏距Zx絕對(duì)值的算術(shù)平均值。

輪廓最大高度Rz

在取樣長(zhǎng)度Lr內(nèi)，取五個(gè)最大輪廓峰高的平均值與五個(gè)最大輪廓谷深的平均值之和。

圖8-9Ra、Rz參數(shù)示意圖第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求表面粗糙度標(biāo)注圖形整理成如下表8-4所示。

符號(hào)名稱(chēng)符號(hào)樣式含義及說(shuō)明基本圖形符號(hào)未指定工藝方法的表面；基本圖形符號(hào)僅用于簡(jiǎn)化代號(hào)標(biāo)注，當(dāng)通過(guò)一個(gè)注釋解釋時(shí)可單獨(dú)使用，沒(méi)有補(bǔ)充說(shuō)明時(shí)不能單獨(dú)使用擴(kuò)展圖形符號(hào)用去除材料的方法獲得表面，如通過(guò)車(chē)、銑、刨、磨等機(jī)械加工的表面；僅當(dāng)其含義是“被加工表面”時(shí)可單獨(dú)使用

用不去除材料的方法獲得表面，如鑄、鍛等；也可用于保持上道工序形成的表面，不管這種狀況是通過(guò)去除材料或不去除材料形成的完整圖形符號(hào)在基本圖形符號(hào)或擴(kuò)展圖形符號(hào)的長(zhǎng)邊上加一橫線，用于標(biāo)注表面結(jié)構(gòu)特征的補(bǔ)充信息。

工件輪廓各表面圖形符號(hào)

當(dāng)在某個(gè)視圖上組成封閉輪廓的各表面有相同的表面結(jié)構(gòu)要求時(shí)，應(yīng)在完整圖形符號(hào)上加一圓圈，標(biāo)注在圖樣中工件的封閉輪廓線上。第八章切削加工與特種加工8.2.1表面切削原理及加工質(zhì)量要求圖8-10所示是表面粗糙度及紋理樣板，圖8-11所示的B&O公司H95耳機(jī)鋁合金金屬就使用了具有多種肌理質(zhì)感的表面處理工藝。

圖8-10表面粗糙度及紋理樣板圖8-11B&OH95耳機(jī)第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工1.加工方案

粗車(chē)ITl3～I(xiàn)T11Ra值50～12.5μm低精度未淬火金屬零件外圓面半精車(chē)ITl0～I(xiàn)T9Ra值6.3～3.2μm精車(chē)IT8～I(xiàn)T7Ra值1.6～0.8μm精密車(chē)IT6～I(xiàn)T5Ra值0.8～0.4μm中等精度未淬火金屬零件外圓面精密的非鐵合金零件外圓面粗磨IT8～I(xiàn)T7Ra值1.6～0.8μm半精磨ITl0～I(xiàn)T9Ra值0.8～0.4μm精密磨IT6～I(xiàn)T5Ra值0.2～0.1μm研磨、超級(jí)光磨IT6～I(xiàn)T5Ra值0.1～0.008μm中等精度的淬火或未淬火金屬零件外圓面精密的淬火或未淬火金屬零件外圓面金屬零件的超精外圓面精磨IT6Ra值0.4～0.2μm第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工2.加工方法及其特點(diǎn)

（1）車(chē)削外圓車(chē)削加工是在車(chē)床上利用工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具的移動(dòng)來(lái)加工工件的，工件旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，而刀具作直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng),一般可分為粗車(chē)、半精車(chē)和精車(chē)。粗車(chē)外圓適用于毛坯件的加工，工件表面精度可達(dá)ITl3～I(xiàn)T11，表面粗糙度Ra值為50μm～12.5μm。半精車(chē)外圓在粗車(chē)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，以提高工件的精度，降低表面粗糙度。通常作為只有中等精度要求的零件表面的終加工，也可作為精車(chē)或精磨工件之前的預(yù)加工。半精車(chē)工件表面精度為ITl0～I(xiàn)T9，表面粗糙度Ra值為6.3μm～3.2μm。精車(chē)外圓在半精車(chē)的基礎(chǔ)上進(jìn)行，目的在于使工件獲得較高的精度和較低的表面粗糙度。精車(chē)后工件表面精度可達(dá)IT8～I(xiàn)T7，表面粗糙度Ra值為1.6μm～0.8μm。

第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工2.加工方法及其特點(diǎn)

（1）車(chē)削外圓車(chē)削的工藝特點(diǎn)有：易于保證軸、套、盤(pán)等零件各表面之間的位置精度。可用金剛石車(chē)刀或細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)的硬質(zhì)合金刀具精細(xì)車(chē)非鐵合金.

車(chē)削時(shí)切削過(guò)程一般是平穩(wěn),因此在生產(chǎn)中可以采用較大的切削用量。車(chē)刀制造、刃磨和裝夾均較方便，有利于提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

第八章切削加工與特種加工8.2.2外圓表面加工2.加工方法及其特點(diǎn)

（2）磨削外圓

外圓磨削是外圓精加工的主要方法之一，通常半精車(chē)后在外圓磨床、萬(wàn)能外圓磨床或無(wú)心磨床上進(jìn)行，用砂輪作刀具以較高的線速度對(duì)工件表面進(jìn)行加工。磨削可以達(dá)到較高的精度和較小的表面粗糙度，一般可達(dá)IT7～I(xiàn)T6，表面粗糙度Ra值為0.2μm～0.8μm。

磨削的工藝特點(diǎn)有：磨削過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量磨削熱，易燒傷工件表面，使淬火鋼表面退火，硬度降低。另外，工件材料在高溫下變軟極易堵塞砂輪。磨削加工的工件材料范圍很廣，既可以加工鑄鐵、碳鋼、合金鋼等一般材料，也能加工高硬度的淬硬鋼、硬質(zhì)合金和玻璃等難切削材料。但是，磨削不能加工塑性較大的非鐵合金工件。

第八章切削加工與特種加工8.2.3內(nèi)圓表面加工1.加工方案

內(nèi)圓表面(孔)也是組成零件的基本表面之一。常見(jiàn)的有：緊固孔，如螺釘、螺栓孔等；回轉(zhuǎn)體零件上的孔，如套筒、法蘭盤(pán)及齒輪上的孔等；箱體零件上的孔，如床頭箱體上主軸及傳動(dòng)軸的軸承孔等；深孔；圓錐孔，此類(lèi)孔常用來(lái)保證零件間配合的準(zhǔn)確性，如機(jī)床的錐孔等。常見(jiàn)的孔加工方法有鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、拉孔和磨孔等。所以在選擇內(nèi)圓面加工方案時(shí)，應(yīng)考慮孔徑大小、深度、精度、工件形狀、尺寸、重量、材料、生產(chǎn)批量及設(shè)備等具體條件，對(duì)照實(shí)際要求經(jīng)濟(jì)地選擇。內(nèi)圓表面加工方案如圖8-15所示。

第八章切削加工與特種加工8.2.3內(nèi)圓表面加工1.加工方案

精密的未淬火金屬大于φ20的孔在實(shí)體材料上加工低精度孔中等精度的未淬火金屬的孔精密的未淬火金屬的孔超精密的未淬火金屬或非鐵合金大于φ12的孔超精密的未淬火金屬的孔鉆ITl0以下Ra50～12.5μm擴(kuò)ITl0~IT9Ra6.3～3.2μm粗鉸IT8Ra3.2～1.6μm精鉸IT7Ra1.6～0.8μm手鉸IT7~IT6Ra0.4～0.2μm拉IT8~IT7Ra0.8～0.4μm精鏜IT8~IT7Ra1.6～0.8μm精拉IT6Ra0.2～0.1μm半精鏜IT8Ra3.2～1.6μm粗鏜IT9~IT8Ra6.3～3.2μm研磨IT7~IT6Ra0.1～0.008μm粗磨IT8Ra1.6～0.8μm半精磨IT8~IT7Ra0.8～0.4μm精磨IT7~IT6Ra0.2～0.1μm中等精度的未淬火金屬大于φ20的孔中等精度的淬火或未淬火金屬大于φ20的孔精密的淬火或未淬火金屬大于φ12的孔超精密的淬火或未淬火金屬大于φ12的孔精細(xì)鏜IT7~IT6Ra0.2～0.1μm第八章切削加工與特種加工8.2.3內(nèi)圓表面加工2.加工方法及其特點(diǎn)

（1）鉆削加工

鉆削通常是在實(shí)體材料上加工孔的方法，主要在鉆床上進(jìn)行。常用的鉆床有臺(tái)式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床，鉆床還可用于擴(kuò)孔、鉸孔等。主要鉆削形式如圖8-16所示。

圖8-16鉆削形式a）鉆孔b）擴(kuò)孔c）鉸孔第八章切削加工與特種加工8.2.3內(nèi)圓表面加工2.加工方法及其特點(diǎn)

（2）鏜削加工

鏜孔是鏜刀在已加工孔的工件上使孔徑擴(kuò)大并達(dá)到精度、表面粗糙度要求的加工方法。鏜床鏜孔的方式如圖8-18所示。

圖8-18鏜削加工a）鏜孔b）鏜大孔c）鏜組合孔第八章切削加工與特種加工8.2.3內(nèi)圓表面加工2.加工方法及其特點(diǎn)

（3）拉削加工拉削不但可以加工各種截面形狀的型孔，還可以拉削平面、半圓弧面和其他組合表面，如圖8-20所示。圖8-21為一種拉刀的簡(jiǎn)圖。

圖8-20適于拉削的各種型孔

圖8-21拉刀

第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工1.平面加工方案平面是盤(pán)、板和箱體類(lèi)零件的主要表面。大致可分為以下幾種：①非結(jié)合面屬低精度表面，只是在外觀或防腐蝕需要時(shí)才進(jìn)行加工。②結(jié)合面和重要結(jié)合面屬中等精度平面，如零部件的固定連接面等。③導(dǎo)向平面屬精度平面，如機(jī)床的導(dǎo)軌面等。④精密測(cè)量工具的工作面等屬精密平面。平面的作用不同，其技術(shù)要求也不同，所以采用的加工方案也不一樣，具體方案見(jiàn)表8-5。第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工1.平面加工方案序號(hào)加工方案經(jīng)濟(jì)加工精度等級(jí)（IT）加工表面

粗糙度Ra/μm適用范圍1粗車(chē)—半精車(chē)9~86.3~3.2端面2粗車(chē)—半精車(chē)—精車(chē)7~61.6~0.83粗車(chē)—半精車(chē)—磨削9~70.8~0.24粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）9~76.3~1.6一般不淬硬平面（端銑粗糙度較低）5粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—刮研6~50.8~0.1精度要求較高的不淬硬平面；批量較大時(shí)宜采用寬刃刨削方案6粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—寬刃精刨7~60.8~0.27粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—磨削7~60.8~0.2精度要求較高的淬硬平面或不淬硬平面8粗刨（或粗銑）—精刨（或精銑）—粗磨—精磨6~50.4~0.259粗銑—拉9~60.8~0.2大量生產(chǎn)，較小的平面10粗銑—精銑—磨削—研磨5級(jí)以上＜0.1高精度平面第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點(diǎn)

（1）銑削加工

圖8-23銑削應(yīng)用a)圓柱銑刀銑平面b)面銑刀銑平面c)角度銑刀銑角度槽d)e)立銑刀加工溝槽或平面

第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點(diǎn)

（1）銑削加工a)b)c)圖8-24銑削運(yùn)動(dòng)a)周銑法b)端銑法c）綜合法第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點(diǎn)

（1）銑削加工

Macbook系列產(chǎn)品就是對(duì)鋁塊進(jìn)行銑削得到產(chǎn)品型腔，如圖8-26所示是Macbook筆記本電腦C殼加工流程。圖8-26MacbookC面加工流程第八章切削加工與特種加工8.2.4平面切削加工2.平面加工方法及其特點(diǎn)

（2）刨削平面刨削可以在牛頭刨床或龍門(mén)刨床上進(jìn)行。中小零件加工，一般多在牛頭刨床上進(jìn)行。龍門(mén)刨床主要用于大型零件(如機(jī)床床身和箱體零件)的平面加工。刨削加工精度較低，精度一般為IT9～I(xiàn)T8，表面粗糙度Ra值為6.3μm～1.6μm。由于刨刀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于刃磨，刨床的調(diào)整也比較方便，因此刨削加工在單件小批生產(chǎn)及修配工作中應(yīng)用較廣。（3）磨削平面高精度平面及淬火零件的平面加工，大多數(shù)采用平面磨削方法，主要在平面磨床上進(jìn)行。第八章切削加工與特種加工8.2.5成型面加工

產(chǎn)品中有些零件的表面不是簡(jiǎn)單的平面、圓柱面、圓錐面或它們的組合，而是復(fù)雜型面。成形面的加工方法較多，一般也有車(chē)削、銑削、刨削或磨削等，可歸納為以下兩種基本方式。1.成形刀具加工用切削刃形狀與零件表面輪廓

形相符合的刀具，直接加工出成形

面，如圖8-27所示。圖8-27成形刀具加工第八章切削加工與特種加工8.2.5成型面加工2.利用刀具和工件作特定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)加工利用刀具和工件作特定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)加工成形面，刀具比較簡(jiǎn)單，并且加工成形面的尺寸范圍較大。但是機(jī)床的運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)都較復(fù)雜，成本也高。用靠模裝置車(chē)削成形面就是其中的一種，如圖8-28所示。

此外，還可以利用手動(dòng)、液壓仿形裝置或數(shù)控裝置等來(lái)控制刀具與工件之間特定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，如圖8-29所示是一種手動(dòng)車(chē)圓弧方式。圖8-28用靠模車(chē)成形面1—車(chē)刀2—工件3—聯(lián)接板4—靠模5—滑塊圖8-29車(chē)削成型面第八章切削加工與特種加工8.2.6產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性結(jié)構(gòu)工藝性是指產(chǎn)品零部件在保證產(chǎn)品使用性能的前提下，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面應(yīng)符合加工方便、生產(chǎn)率高、勞動(dòng)量少、材料消耗少、生產(chǎn)成本低的原則。結(jié)構(gòu)工藝性包括切削加工、裝配結(jié)構(gòu)工藝性等。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般原則有：（1）合理確定零件的技術(shù)要求

不需要加工的表面，不要設(shè)計(jì)成加工面；要求不高的表面不要設(shè)計(jì)成高精度和較小表面粗糙度的表面，以免增加材料消耗和制造費(fèi)用。（2）遵循結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化

盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化參數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)化零件等；盡可能減少加工量和精加工面積；零件上作用相同的結(jié)構(gòu)要素應(yīng)盡量保持一致；零件上孔的軸線應(yīng)與鉆出表面垂直，避免深孔加工；盡量避免內(nèi)表面加工等。設(shè)計(jì)零件還必須使其具備良好的裝配工藝性，使裝配和維修更便利，保證產(chǎn)品的質(zhì)量。第八章切削加工與特種加工8.2.6產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性

改進(jìn)前改進(jìn)后說(shuō)

明簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)、減小加工面支座底面設(shè)計(jì)為中凹，減小了加工面積，且不會(huì)影響穩(wěn)定性；增設(shè)凸臺(tái)，在鉆孔同時(shí)用锪鉆加工凸臺(tái)平面，減小加工面積和時(shí)間將中間一段孔設(shè)計(jì)為不加工面，且盡量長(zhǎng)，減小精車(chē)孔的面積將表面粗糙度Ra值為0.4μm外圓設(shè)計(jì)為階梯軸，減小了磨削外圓的長(zhǎng)度和砂輪損耗保證質(zhì)量、提高生產(chǎn)率銑削兩平面或立鉆上鉆兩孔都需兩次安裝，改進(jìn)后，可一次安裝，依次銑平面或鉆兩孔，生產(chǎn)率高改善

加工條件左圖鉆頭切入切出工件時(shí)，形成鉆頭單邊切削，引偏鉆頭，使軸線歪斜，甚至造成鉆頭折斷表8-7零件結(jié)構(gòu)切削加工工藝性示例第八章切削加工與特種加工8.2.6產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性表8-8零件結(jié)構(gòu)裝配工藝性示例

改進(jìn)前改進(jìn)后說(shuō)明減少不必要配合面，使裝配準(zhǔn)確可靠左圖兩件在軸向有兩對(duì)配合表面，不得不提高孔深和臺(tái)階套長(zhǎng)度的加工精度左圖兩件在徑向有兩對(duì)配合表面。不得不提高階梯軸外圓和階梯孔的精度。右圖結(jié)構(gòu)合理左圖軸肩和孔的端面無(wú)法貼緊，應(yīng)在孔端設(shè)倒角或在軸肩根部切槽，如右圖所示預(yù)留拆裝工藝結(jié)構(gòu)，便于裝配左圖螺釘位置距機(jī)壁太近，無(wú)法使用板手，改進(jìn)后，板手活動(dòng)空間增大，便于擰緊或松開(kāi)螺釘左圖空間小于螺釘長(zhǎng)度，無(wú)法裝入螺釘左圖聯(lián)接機(jī)體和底座的螺栓安裝困難，若結(jié)構(gòu)允許，可在底座上設(shè)計(jì)出裝螺栓的工藝孔，或在底座上加工螺紋孔，用螺柱聯(lián)接兩件第八章切削加工與特種加工8.3特種加工8.3.1特種加工概述

常規(guī)的機(jī)械加工是依靠刀具對(duì)工件相互作用，去除工件上多余金屬以達(dá)到加工要求。要求刀具材料硬度必須大于工件硬度，而且由于加工中存在切削力，因此無(wú)論刀具或工件都必須具有一定的剛度和強(qiáng)度才能保證加工的順利進(jìn)行。但隨著生產(chǎn)和科技發(fā)展的需要，許多產(chǎn)品向高精度、高速、高壓、大功率、小型化等方向發(fā)展，它們?cè)絹?lái)越多地使用各種硬質(zhì)難熔或有特殊物理、力學(xué)性能的材料，而常規(guī)的切削加工方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)加工。而且這些產(chǎn)品中有些零部件精密細(xì)小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸、形狀、位置和表面粗糙度等幾何精度要求很高，如零件上的微孔、異形孔、窄縫、精密細(xì)桿、彈性元件，各類(lèi)模具上的特殊型腔、孔槽等，采用常規(guī)切削方法加工已難以滿(mǎn)足工件的要求。為了解決這些加工困難，人們不斷探索研究新的加工方法，特種加工就是在這種前提下產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。第八章切削加工與特種加工8.3.1特種加工概述

特種加工是指那些不屬于常規(guī)加工工藝范疇的且主要是利用電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等去除材料的加工方法。一般按能量來(lái)源和作用原理來(lái)區(qū)分，常用特種加工方法分類(lèi)見(jiàn)表8-9。單純從材料去除率來(lái)看，特種加工一般要低于常規(guī)的切削方法。因此，在現(xiàn)階段的機(jī)械加工領(lǐng)域中，還是以常規(guī)的切削加工為主導(dǎo)，特種加工主要用于難切削材料的加工、微細(xì)加工、特殊復(fù)雜形狀及高精度和有特殊質(zhì)量要求的加工。

第八章切削加工與特種加工8.3.1特種加工概述

表8-9常用特種加工方法分類(lèi)第八章切削加工與特種加工8.3.2電火花加工1.電火花加工原理與設(shè)備組成電火花加工的原理是基于工件和工具之間不斷產(chǎn)生脈沖性的火花放電，產(chǎn)生的局部、瞬時(shí)高溫把金屬蝕除下來(lái)，以達(dá)到對(duì)零件的尺寸和表面預(yù)定要求的加工方法，也稱(chēng)放電加工或電蝕加工。圖8-30電火花加工原理示意圖a)電火花加工原理示意b)c)電火花加工表面局部放大圖1—工件2—脈沖電源3—自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置4—工具

5—工作液6—過(guò)濾器7—工作液泵8—被蝕除的材料第八章切削加工與特種加工8.3.2電火花加工2.電火花加工的特點(diǎn)

1）能加工任何導(dǎo)電材料。

2）適于加工低剛度工件及微細(xì)加工，適用于復(fù)雜表面工件的加工。

3）電火花加工的表面由無(wú)數(shù)小坑和硬凸邊組成，其硬度比機(jī)械加工表面硬度高，且有利于保護(hù)潤(rùn)滑油，在相同粗糙度下其表面潤(rùn)滑性和耐磨性也比機(jī)械加工表面好，特別適用于模具制造。

4）加工速度較慢。圖8-31三菱電火花成型機(jī)第八章切削加工與特種加工8.3.2電火花加工3.電火花加工方法及應(yīng)用

1）電火花穿孔。2）電火花型腔加工。

圖8-32電火花型腔加工第八章切削加工與特種加工8.3.3電火花線切割加工

1.線切割加工原理與設(shè)備

電火花線切割加工簡(jiǎn)稱(chēng)線切割加工，圖8-33是原理圖。電火花線切割加工利用一根運(yùn)動(dòng)的細(xì)金屬絲(φ0.02~0.3mm的鉬絲或銅絲)作工具電極，在工件與金屬絲間通以脈沖電流，靠火花放電對(duì)工件進(jìn)行切割加工。圖8-33電火花線切割原理圖1—絕緣底板2—工件3—脈沖電源

4—電極絲5—導(dǎo)向輪6—支架7—貯絲圖8-34NHS系列線切割機(jī)床第八章切削加工與特種加工8.3.3電火花線切割加工2.線切割加工的特點(diǎn)線切割加工可以加工一切導(dǎo)電金屬，其加工機(jī)理、表面粗糙度、材料的可加工性等與電火花加工相似，加工生產(chǎn)率更高、加工成本低，其特點(diǎn)如下：1）省掉了成型工具電極，大大降低了電極設(shè)計(jì)、制造費(fèi)用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；2）電蝕余量小，蝕除金屬量少，適用于加工和切割稀有、貴重金屬；3）工具電極損耗很小，加工精度高;4）加工小孔、小槽、窄縫、凸凹?？梢淮瓮瓿?，可以多個(gè)工件疊起來(lái)加工，能獲得一致的尺寸；5）便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。第八章切削加工與特種加工8.3.3電火花線切割加工3.線切割加工的應(yīng)用

加工模具、加工電火花成形加工用的電極、加工零件圖8-35線切割加工零件第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工

1.激光加工原理和設(shè)備組成激光加工就是將高能量密度的激光束照射到工件表面，導(dǎo)致光斑處的材料瞬間熔化、氣化、膨脹，使熔融物爆炸式地噴射出來(lái)，高速?lài)娚洚a(chǎn)生的反沖壓力又在工件內(nèi)部形成一個(gè)方向性很強(qiáng)的沖擊波。

工件材料就是在高溫熔融和沖擊波作用下，被蝕除部分物質(zhì)，形成一個(gè)帶錐度的小孔，這樣經(jīng)多次照射就可完成預(yù)定的加工。

第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工2.激光加工的特點(diǎn)

1）能量密度高，應(yīng)用廣泛，激光加工幾乎能加工所有的材料。

2）加工速度快，效率高，可控性好，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3）可通過(guò)由玻璃等制成的窗口對(duì)被封閉零件進(jìn)行加工，在真空環(huán)境下也可加工。

4）可用于精密微細(xì)加工。

3.激光加工的應(yīng)用（1）激光打孔。（2）激光切割。（3）激光加工還可應(yīng)用于激光焊接、激光熱處理、激光微調(diào)和激光存儲(chǔ)等方面。圖8-36激光打孔實(shí)例第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工圖8-37激光切割應(yīng)用實(shí)例第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工圖8-38激光雕刻的玻璃工藝品第八章切削加工與特種加工8.3.4激光加工圖8-39汽車(chē)生產(chǎn)時(shí)的激光焊接圖8-40激光加工工藝應(yīng)用第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學(xué)腐蝕加工

光化學(xué)腐蝕加工簡(jiǎn)稱(chēng)光化學(xué)加工，是光學(xué)照相制版和光刻相結(jié)合的一種精密微細(xì)加工技術(shù)。它是用照相感光來(lái)確定工件表面要蝕除的圖形、線條，可以加工出非常精細(xì)的文字圖案。

1.照相制版原理和工藝照相制版是把所需的圖像攝影到照相底片上，經(jīng)過(guò)光化學(xué)反應(yīng)，將圖像復(fù)制到涂有感光膠的銅板或鋅板上，在經(jīng)過(guò)堅(jiān)膜固化處理，使感光膠具有一定的抗蝕能力，最后經(jīng)過(guò)化學(xué)腐蝕即可獲得所需圖形的金屬板。照相制版是印刷工業(yè)的關(guān)鍵工藝，利用它可以加工一些機(jī)械加工難以解決的具有復(fù)雜圖形的薄板、薄片或在金屬表面上蝕刻圖案、花紋等。

第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學(xué)腐蝕加工1.照相制版原理和工藝

圖8-42照相制版曝光、顯影示意圖1—金屬版2—感光膜3—照相底片4—成像膠膜圖8-43照相制版腐蝕原理示意圖1—顯影后的金屬片2—成像膠膜3—腐蝕深度第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學(xué)腐蝕加工

1.照相制版原理和工藝

如圖8-44所示是正在制作曝光顯影過(guò)程的銅版，圖8-45所示是利用這種技術(shù)制成的工藝品。

圖8-44銅版曝光顯影圖8-45凹凸版工藝品第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學(xué)腐蝕加工

2.光刻加工原理和工藝光刻是利用光致抗蝕劑的光化學(xué)反應(yīng)特點(diǎn)，將掩模版上的圖形精確印制在涂有光致抗蝕劑的襯底表面，再利用光致抗蝕劑的耐腐蝕特性，對(duì)襯底表面進(jìn)行腐蝕，可獲得極為復(fù)雜的精細(xì)圖形。圖8-47半導(dǎo)體光刻工藝過(guò)程1—襯底（硅）2—光刻薄膜（氧化硅）3—光致抗蝕劑4—掩模版第八章切削加工與特種加工8.3.5光化學(xué)腐蝕加工

2.光刻加工原理和工藝

利用光刻原理還可制造一些精密產(chǎn)品的零部件，如刻線尺、刻度盤(pán)、光柵、細(xì)孔金屬網(wǎng)板、電路布線板等。如圖8-48所示是應(yīng)用光刻技術(shù)制作的PCB電路板及裝飾金屬網(wǎng)板。

圖8-48PCB電路板及裝飾金屬網(wǎng)板第八章切削加工與特種加工8.3.6電子束加工1.電子束加工原理及設(shè)備在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高（106～109W/cm2）的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小的面積上，如圖8-49所示。在極短的時(shí)間(幾分之一微秒)內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化或氣化。圖8-49電子束加工原理1—工件2—電子束

3—偏轉(zhuǎn)線圈4—電磁透鏡第八章切削加工與特種加工8.3.6電子束加工2．電子束加工的特點(diǎn)1）能加工微孔、窄縫、半導(dǎo)體集成電路等，是一種精密微細(xì)加工方法。2）加工材料范圍很廣。3）整個(gè)加工過(guò)程便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。4）污染少，加工表面在高溫時(shí)不易氧化，特別適用于加工易氧化的金屬及合金材料，以及純度要求極高的半導(dǎo)體材料。3．電子束加工應(yīng)用（1）高速打孔（2）加工型孔及特殊表面（3）刻蝕（4）焊接圖8-51電子束焊接剖面圖第八章切削加工與特種加工8.3.7離子束加工1.離子束加工原理與設(shè)備

離子束加工原理和電子束加工基本類(lèi)似，也是在真空條件下將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過(guò)加速聚焦，使之撞擊到工件表面。離子束比電子束具有更大的撞擊動(dòng)能，它是靠微觀機(jī)械撞擊能量而不是靠動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)加工。離子束加工按照其所利用的物理效應(yīng)和達(dá)到目的的不同，可以分為四類(lèi)，即利用離子撞擊和濺射效應(yīng)的離子刻蝕，離子濺射沉積和離子鍍，以及利用注入效應(yīng)的離子注入，如圖8-52所示。

圖8-52各類(lèi)離子束加工示意圖a)離子刻蝕b)濺射沉積c)離子鍍d)離子注入l—離子源2—吸極(吸收電子，引出離子)3—離子束4—工件5—靶材第八章切削加工與特種加工8.3.7離子束加工2．離子束加工特點(diǎn)

由于離子束可以通過(guò)電子光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行聚焦掃描，離子束轟擊材料是逐層去除原子，離子束流密度及離子能量可以精確控制，所以離子刻蝕可以達(dá)到毫微米即納米級(jí)的加工精度。離子鍍膜可以控制在亞微米級(jí)精度，離子注入的深度和濃度也可精確控制。因此，離子束加工是所有特種加工方法中最精密、最細(xì)微的加工方法。第八章切削加工與特種加工8.3.7離子束加工3．離子束加工的應(yīng)用（1）刻蝕加工。

（2）鍍膜加工。離子鍍膜加工有濺射沉積和離子鍍兩種。（3）離子注入加工。圖8-53彩色離子鍍膜金屬環(huán)圖8-54華為手機(jī)極光色版漸變后殼第八章切削加工與特種加工8.3.8水切割加工

水切割又稱(chēng)水刀切割，是一種利用高壓水流切割材料的加工方式。水切割加工的基本原理比較簡(jiǎn)單。通過(guò)加壓泵將水加壓開(kāi)始，通過(guò)高壓管，然后從切割噴頭射出來(lái)，利用接近甚至超過(guò)音速的射流沖擊工件材料表面達(dá)到切割材料的目的。與一般的噴水切割相比，還有部分水切割設(shè)備在射流中加入砂粒等磨料，以起到增大切削能力，磨削切割表面的雙重作用。

圖8-55磨料切割噴嘴半剖圖第八章切削加工與特種加工8.3.8水切割加工圖8-56水切割零件加工第八章切削加工與特種加工8.3.8水切割加工圖8-57水切割工藝品和裝飾石材第八章切削加工與特種加工8.3.9超聲加工超聲加工是利用工具頭作超聲振動(dòng)，通過(guò)懸浮液中磨料的高速轟擊進(jìn)行加工的方法，具體原理見(jiàn)圖8-58。超聲加工適合于加工各種脆硬非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、石英、鍺、硅、石墨、瑪瑙、寶石、金剛石等。

圖8-58超聲加工原理圖第八章切削加工與特種加工8.4數(shù)控加工技術(shù)

在宇航、造船和軍工生產(chǎn)等領(lǐng)域，需要加工的零件多具有精度高、形狀復(fù)雜、批量小、經(jīng)常變動(dòng)等特點(diǎn)，現(xiàn)代產(chǎn)品形態(tài)多為非規(guī)則曲面形式，且更新?lián)Q代不斷加快，這對(duì)機(jī)床設(shè)備不僅提出了精度與效率的要求，同時(shí)也提出了通用性與靈活性的要求。如圖8-59所示形狀復(fù)雜，質(zhì)量要求高的零件使用傳統(tǒng)機(jī)床加工，不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，效率低，而且難以保證加工精度，有些零件甚至無(wú)法加工。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代工業(yè)制造產(chǎn)生了數(shù)控加工技術(shù)。

圖8-59數(shù)控加工復(fù)雜零件第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)1.數(shù)控加工原理

數(shù)字控制（NumericalControl，NC）是目前高度發(fā)展和廣泛應(yīng)用的一種自動(dòng)控制技術(shù)，是用數(shù)字信號(hào)對(duì)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件在加工過(guò)程中的活動(dòng)進(jìn)行控制的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控（NC）。所謂數(shù)控機(jī)床是用數(shù)控裝置或電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序控制的一種高效能自動(dòng)化機(jī)床，通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)處理數(shù)字編碼程序，控制機(jī)床的動(dòng)作來(lái)加工零件。其中計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床由于主要功能基本上全部由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，不同的數(shù)控機(jī)床只需編制不同軟件，而硬件基本可以通用，所以應(yīng)用日益廣泛，此類(lèi)數(shù)控機(jī)床簡(jiǎn)稱(chēng)為CNC機(jī)床。

盡管零件的輪廓形狀千變?nèi)f化，但大多由直線和圓弧組成，而各種復(fù)雜的曲線也可以用直線或圓弧近似替代。數(shù)控機(jī)床的加工方法就是利用逼近輪廓的方法（插補(bǔ)法）來(lái)加工工件，可加工出各種復(fù)雜的曲面。

第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)2.數(shù)控機(jī)床的組成

數(shù)控機(jī)床主要由控制介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、機(jī)床本體等幾部分組成，如圖8-60所示。圖8-60數(shù)控機(jī)床的組成第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)3.數(shù)控加工設(shè)備分類(lèi)（1）按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)按機(jī)床運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)可分為點(diǎn)位控制、點(diǎn)位直線控制和輪廓控制數(shù)控機(jī)床，具體可見(jiàn)以下示意圖。

圖8-61數(shù)控鉆床加工示意圖圖8-62數(shù)控銑床加工示意圖圖8-63輪廓控制數(shù)控加工第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)3.數(shù)控加工設(shè)備分類(lèi)（2）按數(shù)控系統(tǒng)有無(wú)檢測(cè)和反饋裝置分類(lèi)按數(shù)控系統(tǒng)有無(wú)檢測(cè)和反饋裝置分類(lèi)可分為開(kāi)環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床，控制系統(tǒng)框圖如下。

圖8-64開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)框圖圖8-65半閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)3.數(shù)控加工設(shè)備分類(lèi)（2）按數(shù)控系統(tǒng)有無(wú)檢測(cè)和反饋裝置分類(lèi)開(kāi)環(huán)控制數(shù)控機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)不帶反饋檢測(cè)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試維修方便、成本低，主要適用于精度要求不高的中小型機(jī)床。半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)調(diào)試方便，穩(wěn)定性好，目前應(yīng)用較多。閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，調(diào)試維修較困難，成本高，多用于高精度數(shù)控機(jī)床。

圖8-66閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)3.數(shù)控加工設(shè)備分類(lèi)（3）按工藝用途分類(lèi)按工藝用途分類(lèi)可分為金屬切削類(lèi)、成型類(lèi)和特種加工類(lèi)數(shù)控機(jī)床。

金屬切削類(lèi)數(shù)控機(jī)床又分為普通數(shù)控機(jī)床和數(shù)控加工中心。金屬成型數(shù)控機(jī)床有數(shù)控沖床、數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、數(shù)控彎管機(jī)等。特種加工數(shù)控機(jī)床有數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控電火花成型機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床等。第八章切削加工與特種加工8.4.1數(shù)控加工原理與分類(lèi)3.數(shù)控加工設(shè)備分類(lèi)（3）按工藝用途分類(lèi)如圖是數(shù)控加工中心加工的復(fù)雜零件。

第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設(shè)備簡(jiǎn)介1.數(shù)控車(chē)床數(shù)控車(chē)床是目前使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一。數(shù)控車(chē)床主要用于加工軸類(lèi)、盤(pán)類(lèi)等回轉(zhuǎn)體零件，能完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，還能加工一些復(fù)雜的回轉(zhuǎn)面，如雙曲面等，并能進(jìn)行車(chē)槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔等工作。第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設(shè)備簡(jiǎn)介1.數(shù)控車(chē)床數(shù)控車(chē)床按功能分為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車(chē)床、普通數(shù)控車(chē)床和車(chē)削加工中心。圖8-684軸CNC數(shù)控車(chē)削加工中心第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設(shè)備簡(jiǎn)介2.數(shù)控銑床數(shù)控銑床有臥式和立式兩種，能夠完成直線、斜線、曲線輪廓等銑削加工；可以組成各種往復(fù)循環(huán)和框式循環(huán)；還可以加工具有復(fù)雜型面的工件，如凸輪、樣板、模具、葉片、螺旋槽等。如左下圖所示為立式數(shù)控銑床，如右下所示為數(shù)控銑床加工的某零件圖。第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設(shè)備簡(jiǎn)介3.數(shù)控加工中心

加工中心(MC)是一種備有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置(ATC)，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的數(shù)控機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其他輔助功能；依次完成工件幾個(gè)面上多工序的加工。減少了工件裝夾、測(cè)量和機(jī)床調(diào)整時(shí)間，縮短了工件存放、搬運(yùn)時(shí)間，提高了生產(chǎn)率及機(jī)床的利用率，是數(shù)控機(jī)床的重要發(fā)展方向。

第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設(shè)備簡(jiǎn)介3.數(shù)控加工中心加工中心通常以主軸在加工時(shí)的空間位置分為臥式、立式和萬(wàn)能加工中心。為改善加工中心的功能，還出現(xiàn)了自動(dòng)更換刀庫(kù)、自動(dòng)更換主軸頭和自動(dòng)更換主軸箱的加工中心等。

圖8-71刀庫(kù)自動(dòng)換刀裝置第八章切削加工與特種加工8.4.2數(shù)控加工設(shè)備簡(jiǎn)介3.數(shù)控加工中心圖8-72DMC60臥式加工中心及內(nèi)部部分結(jié)構(gòu)第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用1.數(shù)控加工的特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床較好地解決了復(fù)雜、精密、小批多變的零件加工問(wèn)題，是一種靈活、高效能的自動(dòng)化機(jī)床，因此在機(jī)械加工中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。主要特點(diǎn)有：（1）加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。（2）自動(dòng)化程度高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小。（3）生產(chǎn)效率高。（4）有利于產(chǎn)品的更新改型。（5）便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造。當(dāng)然，數(shù)控加工也有一些不足之處，加工成本和設(shè)備費(fèi)用較高，加工準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)，難以適應(yīng)大批量生產(chǎn)。此外它在加工過(guò)程中難以調(diào)整，維修困難。

第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用2.數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用數(shù)控機(jī)床通常最適合加工具有以下特點(diǎn)的零件：（1）多品種、小批量生產(chǎn)的零件，一般采用數(shù)控機(jī)床加工的合理生產(chǎn)批量數(shù)在l0～100件之間。（2）結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度要求高的零件，通常數(shù)控機(jī)床適于加工結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的零件，在非數(shù)控機(jī)床上加工則需昂貴工藝裝備的零件。（3）加工頻繁改型的零件利用數(shù)控機(jī)床可節(jié)省大量的工裝費(fèi)用，使綜合費(fèi)用下降。（4）價(jià)值昂貴、不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件。（5）需最短生產(chǎn)周期的急需件。第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用圖8-75CNC模具加工第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用數(shù)控原理不僅用于金屬機(jī)械加工，同樣能適用于其他材料加工。因此出現(xiàn)了一類(lèi)采用小刀具和高速主軸電機(jī)，可加工軟質(zhì)金屬和其他非金屬材料的數(shù)控加工設(shè)備，可雕刻可銑削，稱(chēng)為雕銑機(jī)或者精雕機(jī)，在雕塑、工業(yè)設(shè)計(jì)、家具設(shè)計(jì)、動(dòng)漫設(shè)計(jì)中有著廣泛運(yùn)用。

下圖8-76所示是汽車(chē)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)三維雕銑制作油泥芯料及模型初坯。第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用圖8-76汽車(chē)油泥模型芯料及油泥初坯數(shù)控成型第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用

如圖8-77所示是硬質(zhì)泡沫塑料沖浪板的成型過(guò)程。圖8-77沖浪板泡沫塑料成型第八章切削加工與特種加工8.4.3數(shù)控加工特點(diǎn)與應(yīng)用數(shù)控加工在模具、家具、雕塑等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

第八章切削加工與特種加工復(fù)習(xí)思考題8-1什么是工藝流程？8-2銑削加工的特點(diǎn)是什么？舉例說(shuō)明雕銑加工技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。8-3數(shù)控機(jī)床有哪些類(lèi)別？其外觀設(shè)計(jì)有何特點(diǎn)？8-4數(shù)控加工中心與普通數(shù)控機(jī)床的差別是什么？8-5特種加工與切削加工相比有何特點(diǎn)？8-6激光加工在現(xiàn)代產(chǎn)品中的應(yīng)用有哪些？8-7數(shù)控加工給產(chǎn)品設(shè)計(jì)樣機(jī)生產(chǎn)帶來(lái)哪些便利？8-8舉例說(shuō)明特種加工技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用。第9章逆向工程與快速成形技術(shù)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)材料與工藝第九章逆向工程與快速成型技術(shù)

1139.1逆向工程

一、逆向工程原理

工業(yè)設(shè)計(jì)正在朝知識(shí)化和網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)，CAD技術(shù)已成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的重要工具，其中三維造型技術(shù)已被制造業(yè)廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品造型及模具設(shè)計(jì)、方案評(píng)審、自動(dòng)化加工制造及管理維護(hù)等方面。設(shè)計(jì)人員必須通過(guò)各種測(cè)量手段及三維幾何建模方法，將原有實(shí)物（產(chǎn)品原型或油泥模型）轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)上的三維數(shù)字模型，這就應(yīng)用到了逆向工程技術(shù)。所謂逆向工程技術(shù)（ReverseEngineering，RE，也稱(chēng)為反求工程、反向工程），是指用一定的測(cè)量手段對(duì)實(shí)物或模型進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)通過(guò)三維幾何建模方法重構(gòu)實(shí)物的CAD模型的過(guò)程。第九章逆向工程與快速成型技術(shù)114

逆向工程技術(shù)綜合了三維測(cè)量、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、快速成形等高新技術(shù)。逆向工程是從產(chǎn)品原型出發(fā)，進(jìn)而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進(jìn)一步利用CAD/CAE/CAM等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)品逆向工程包括形狀反求、工藝反求和材料反求等幾個(gè)方面。逆向工程是為了消化吸收引進(jìn)技術(shù)而提出的一系列分析方法和應(yīng)用技術(shù)的結(jié)合。是數(shù)字化與快速響應(yīng)制造大趨勢(shì)下的一項(xiàng)重要技術(shù)，是CAD領(lǐng)域中一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的范疇。逆向工程技術(shù)與傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)存在很大差別。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)一般需要經(jīng)過(guò)如圖9-1所示的設(shè)計(jì)過(guò)程。第九章逆向工程與快速成型技術(shù)

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設(shè)計(jì)任務(wù)→設(shè)計(jì)造型→加工制造→產(chǎn)品實(shí)體

圖9-1

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程

逆向工程則是從產(chǎn)品原型出發(fā)，進(jìn)而獲取產(chǎn)品的三維數(shù)字模型，使得能夠進(jìn)一步利用CAD/ACE/CAM等先進(jìn)技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。它的工程系統(tǒng)流程如圖9-2所示，與圖9-1的不同之處在于設(shè)計(jì)的起點(diǎn)不同，相應(yīng)的設(shè)計(jì)自由度和設(shè)計(jì)要求也不相同。逆向工程根據(jù)實(shí)物測(cè)量數(shù)據(jù)重構(gòu)其CAD模型，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論、方法和技術(shù)對(duì)模型進(jìn)行再設(shè)計(jì)，并與現(xiàn)代快速制造技術(shù)有機(jī)結(jié)合最終制造出產(chǎn)品。它是交叉學(xué)科融合的成果，涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)學(xué)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、現(xiàn)代測(cè)量方法等學(xué)科。圖9-3為逆向工程過(guò)程示意圖。

第九章逆向工程與快速成型技術(shù)

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圖9-2

逆向工程系統(tǒng)流程圖

第九章逆向工程與快速成型技術(shù)

圖9-3

逆向工程過(guò)程示意圖117二、逆向工程方法

作為一種新的工業(yè)設(shè)計(jì)概念，逆向工程設(shè)計(jì)綜合了三維測(cè)量、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、快速成形等高新技術(shù)，對(duì)樣品、模型進(jìn)行高速精確的激光掃描，得到其三維輪廓數(shù)據(jù)，結(jié)合專(zhuān)門(mén)的逆向工程軟件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)重構(gòu)，生成實(shí)體，通過(guò)快速成形及硅膠復(fù)模、小批量生產(chǎn)，快速投放、驗(yàn)證市場(chǎng)，為搶占商機(jī)贏得市場(chǎng)節(jié)省了大量寶貴的時(shí)間，并且有效地避免了風(fēng)險(xiǎn)、縮短了工業(yè)設(shè)計(jì)的周期。采用逆向工程不是簡(jiǎn)單的仿型，它可以在原件的基礎(chǔ)上，利用原件的技術(shù)架構(gòu)重新進(jìn)行正向設(shè)計(jì)，為快速創(chuàng)新提供了條件。逆向工程具有與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造過(guò)程截然不同的設(shè)計(jì)流程。傳統(tǒng)正向設(shè)計(jì)從概念設(shè)計(jì)到最終形成CAD模型是一個(gè)從無(wú)到有的過(guò)程，而逆向工程對(duì)現(xiàn)有零件原形數(shù)字化再形成CAD模型，是一個(gè)推理、逼近的創(chuàng)新過(guò)程。

第九章