機(jī)械制造基礎(chǔ)課件：先進(jìn)制造技術(shù)

機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)

先進(jìn)制造技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)【能力目標(biāo)】通過“做、學(xué)、教”一體化教學(xué)，掌握電火花線切割機(jī)床的應(yīng)用，掌握數(shù)控車床、數(shù)控銑床的基本操作，并能實際應(yīng)用?！局R目標(biāo)】了解機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展趨勢、數(shù)控機(jī)床的基本知識、特種加工技術(shù)的基本原理。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)一、CIM和CIMS的基本概念

CIM（ComputerIntegratedManufacturing——計算機(jī)集成制造）這一概念最早由美國約瑟夫·哈林頓（JosephHarrington）博士于1973年在《ComputerIntegratedManufacturing》一書中首先提出。其關(guān)于CIM有兩個觀點：（1）企業(yè)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是一個不可分割的整體（集成）；（2）企業(yè)生產(chǎn)制造過程實質(zhì)上是對信息的采集、傳遞和加工處理的過程（信息）。

約瑟夫·哈林頓的這兩種觀點至今仍是CIM的核心部分，其實質(zhì)內(nèi)容是信息的集成。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)

計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ComputerIntegratedManufacturingSystems，CIMS），是隨著計算機(jī)輔助設(shè)計與制造的發(fā)展而產(chǎn)生的。

它借助于計算機(jī)的硬件、軟件技術(shù)，綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)。

對企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)、管理、計劃、調(diào)度、經(jīng)營、銷售等整個生產(chǎn)過程中的信息進(jìn)行統(tǒng)一處理，并對分散在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中各種孤立的自動化子系統(tǒng)的功能進(jìn)行有機(jī)地集成，并優(yōu)化運(yùn)行，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高質(zhì)量、降低成本。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)二、CIMS技術(shù)發(fā)展的幾個階段 CIMS技術(shù)研究和應(yīng)用工程的開發(fā)，經(jīng)歷了以下3個發(fā)展階段： 1.以信息集成為特征的階段 2.以過程集成為特征的階段 3.以企業(yè)集成為特征的階段任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)三、CIMS技術(shù)的優(yōu)勢

由于CIMS系統(tǒng)集成度提高，使各功能分系統(tǒng)間的配合和參數(shù)配置更加優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力得到更有效地利用，減少實際存在于企業(yè)生產(chǎn)中的各種資源浪費(fèi)，同時使管理科學(xué)化，提高企業(yè)對市場的響應(yīng)能力。CIMS技術(shù)的優(yōu)勢具體表現(xiàn)在以下3個方面： 1.保障和提高了新產(chǎn)品開發(fā)的質(zhì)量 2.縮短了新產(chǎn)品的上市周期 3.經(jīng)營管理科學(xué)化任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)四、CIMS系統(tǒng)的組成

一個制造業(yè)通常應(yīng)具備設(shè)計、制造和經(jīng)營管理三項主要功能。除此之外，由于產(chǎn)品質(zhì)量對于一個制造企業(yè)的競爭和生存來說越來越重要，所以說通常把質(zhì)量保證系統(tǒng)作為企業(yè)功能的主要方面之一。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)

為了實現(xiàn)以上企業(yè)功能信息的集成，還需要一個由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫所組成的信息支撐環(huán)境。CIMS的運(yùn)行必須基于一系列的集成方法，將其統(tǒng)稱為系統(tǒng)局勢，其技術(shù)構(gòu)成與系統(tǒng)構(gòu)圖如圖6-1所示。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù) CIMS通常由管理信息子系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化子系統(tǒng)、質(zhì)量保證子系統(tǒng)、制造自動化子系統(tǒng)以及計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)組成的支撐分系統(tǒng)等部分有機(jī)組成。以下分別介紹每個子系統(tǒng)的具體功能。1.管理信息子系統(tǒng)

管理信息子系統(tǒng)具有生產(chǎn)計劃與控制、經(jīng)營管理、銷售管理、采購管理、財務(wù)管理等功能，處理生產(chǎn)任務(wù)方面的信息。它在CIMS中相當(dāng)于神經(jīng)中樞，指揮和控制各個部分有條不紊地工作。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)2.工程設(shè)計自動化子系統(tǒng)

工程設(shè)計自動化子系統(tǒng)由計算機(jī)輔助設(shè)計、計算機(jī)輔助工藝編制和數(shù)控程序編制等功能組成，用以支持產(chǎn)品的設(shè)計和工藝準(zhǔn)備，處理有關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面的信息。使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效優(yōu)質(zhì)地進(jìn)行，同時與CIMS的其他子系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，從而實現(xiàn)整個制造系統(tǒng)的信息集成。3.制造自動化子系統(tǒng)

制造自動化子系統(tǒng)包括各種不同自動化程度的制造設(shè)備和子系統(tǒng)，用來實現(xiàn)信息流對物流的控制和完成物流的轉(zhuǎn)換。它是信息流和物流的接合部，用來支持企業(yè)的制造功能。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)4.質(zhì)量保障子系統(tǒng)

質(zhì)量保障子系統(tǒng)具有制訂質(zhì)量管理計劃、實施質(zhì)量管理、處理質(zhì)量方面信息、支持質(zhì)量保證等功能。5.數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)是CIMS的信息管理和控制中心，具體執(zhí)行各種制造信息的管理、傳遞和交換任務(wù)。6.計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)

計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)用以傳遞CIMS各分系統(tǒng)之間和分系統(tǒng)內(nèi)部的信息，實現(xiàn)CIMS的數(shù)據(jù)傳遞和系統(tǒng)通信功能。任務(wù)一計算機(jī)集成制造系統(tǒng)技術(shù)五、現(xiàn)代集成制造技術(shù)未來發(fā)展趨勢

以信息技術(shù)的發(fā)展為支持，以滿足制造業(yè)市場需求和增強(qiáng)企業(yè)競爭力為目的，現(xiàn)代集成制造技術(shù)未來將突出以下3個方面的發(fā)展趨勢。以“數(shù)字化”為發(fā)展核心以“精密化”為發(fā)展關(guān)鍵以突出“極端條件”為發(fā)展的焦點任務(wù)二數(shù)控技術(shù)一、數(shù)控技術(shù)的基本概念與特點（一）數(shù)控技術(shù)的基本概念

數(shù)字控制（NumericalControl，NC）是一種借助數(shù)字、字符或其他符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行可編程控制的自動化方法。

數(shù)控技術(shù)（NumericalControlTechnology）是采用數(shù)字控制的方法對某一工作過程實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。數(shù)控技術(shù)就是利用數(shù)字化信號進(jìn)行控制的技術(shù)。

數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）是采用數(shù)字控制技術(shù)對機(jī)床的加工過程進(jìn)行自動控制的一類機(jī)床。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（二）數(shù)控技術(shù)的特點1.提高加工精度2.提高生產(chǎn)效率3.提高適應(yīng)性4.提高零件的可加工性5.提高經(jīng)濟(jì)效益任務(wù)二數(shù)控技術(shù)二、數(shù)控機(jī)床的工作原理

數(shù)控機(jī)床的工作過程如圖6-3所示。首先根據(jù)零件加工圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案、工藝參數(shù)及相關(guān)數(shù)據(jù)；采用人工或計算機(jī)自動編程軟件，按規(guī)定的格式及指令代碼編寫零件加工程序，并將這些指令代碼輸入機(jī)床數(shù)字控制裝置；經(jīng)過程序調(diào)試、機(jī)床調(diào)整、加工準(zhǔn)備后運(yùn)行程序，完成零件的加工。圖6-3數(shù)控機(jī)床的工作過程零件工藝分析編制數(shù)控加工程序程序輸入程序調(diào)試，加工準(zhǔn)備運(yùn)行程序，完成加工任務(wù)二數(shù)控技術(shù)三、數(shù)控系統(tǒng)的分類 CNC機(jī)床一般由操作面板、輸入輸出設(shè)備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動裝置（或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本體、測量裝置組成。其中除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為計算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNC）。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（一）操作面板

如圖6-5所示，它是操作人員與數(shù)控裝置進(jìn)行信息交流的工具，數(shù)控機(jī)床特有部件。

操作面板是由按鈕站、狀態(tài)燈、按鍵陣列（功能與計算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器組成。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（二）控制介質(zhì)與輸入輸出設(shè)備

控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行交互裝置。交互的信息通常是零件加工程序。將編制好的記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)或?qū)⒄{(diào)試好了的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的控制介質(zhì)上。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（三）通信

現(xiàn)代的數(shù)控系統(tǒng)除采用輸入輸出設(shè)備進(jìn)行信息交換外，一般都具有用通信方式進(jìn)行信息交換的能力。它們是實現(xiàn)AD/CAM的集成、FMS和CIMS的基本技術(shù)。采用的方式有：（1）串行通信（RS-232等串口）。（2）自動控制專用接口和規(guī)范（DNC方式，MAP協(xié)議等）。（3）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（internet，LAN等）。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（四）CNC裝置（CNC單元） CNC裝置是由計算機(jī)系統(tǒng)、位置控制板、PLC接口板，通信接口板、特殊功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件組成。 CNC裝置的作用是：根據(jù)輸入的零件加工程序進(jìn)行相應(yīng)的處理（如運(yùn)動軌跡處理、機(jī)床輸入輸出處理等），然后輸出控制命令到相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元、驅(qū)動裝置和PLC等），所有這些工作是由CNC裝置內(nèi)硬件和軟件協(xié)調(diào)配合，合理組織，使整個系統(tǒng)有條不紊地進(jìn)行工作的。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（五）測量裝置（1）位置和速度測量裝置：實現(xiàn)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制，靈敏度高，能準(zhǔn)確地跟蹤C(jī)NC裝置指令。（2）進(jìn)給運(yùn)動指令：實現(xiàn)零件加工的成型運(yùn)動（速度和位置控制）。（3）主軸運(yùn)動指令：實現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動（速度控制）。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（六）PLC、機(jī)床I/O電路和裝置 PLC用于完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)順序動作的I/O控制，它由硬件和軟件組成。

機(jī)床I/O電路和裝置是實現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。 PLC接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動作。

機(jī)床I/O電路和裝置可接受操作面板和機(jī)床側(cè)的I/O信號，送給CNC裝置，經(jīng)其處理后，輸出指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動作。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（七）機(jī)床

機(jī)床是數(shù)控機(jī)床的主體，是實現(xiàn)制造加工的執(zhí)行部件。機(jī)床由主運(yùn)動部件、進(jìn)給運(yùn)動部件（工作臺、拖板以及相應(yīng)的傳動機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置（刀具自動交換系統(tǒng)，工件自動交換系統(tǒng)）和輔助裝置（如排屑裝置）等組成。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)數(shù)控機(jī)床的種類很多，通常有以下幾種不同的分類方法：1.按工藝用途分類（1）切削加工類：數(shù)控鏜銑床、數(shù)控車床、數(shù)控磨床、加工中心、數(shù)控齒輪加工機(jī)床、FMC等。（2）成型加工類：數(shù)控折彎機(jī)、數(shù)控沖裁機(jī)等。（3）特種加工按運(yùn)動軌跡分類類：數(shù)控線切割機(jī)、電火花加工機(jī)、激光加工機(jī)等。（4）其他類型：數(shù)控裝配機(jī)、數(shù)控測量機(jī)、機(jī)器人等。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)2.按運(yùn)動軌跡分類（1）點位控制系統(tǒng)機(jī)床。（2）連續(xù)控制系統(tǒng)機(jī)床3.按控制功能分類（1）點位控制數(shù)控系統(tǒng)。（2）輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。4.按聯(lián)動軸數(shù)分（1）2軸聯(lián)動（平面曲線）；（2）3軸聯(lián)動（空間曲面，球頭刀）；（3）4軸聯(lián)動（空間曲面）；（4）5軸聯(lián)動及6軸聯(lián)動(空間曲面)。

聯(lián)動軸數(shù)越多數(shù)控系統(tǒng)的控制算法就越復(fù)雜。5.按控制方式分類（1）開環(huán)控制系統(tǒng)。（2半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。（3）全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)四、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展動向

進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，隨著國際上計算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，數(shù)控技術(shù)不斷采用計算機(jī)、控制理論等領(lǐng)域的最新技術(shù)成就，使其朝著運(yùn)行高速化、加工高精化、功能復(fù)合化、控制智能化、體系開放化方向發(fā)展。（一）運(yùn)行高速化

使進(jìn)給率、主軸轉(zhuǎn)速、刀具交換速度、托盤交換速度實現(xiàn)高速化，并且具有高加（減）速率。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（二）加工高精化

加工高精化提高了機(jī)械設(shè)備的制造和裝配精度；提高了數(shù)控系統(tǒng)的控制精度；采用了誤差補(bǔ)償技術(shù)。1.提高CNC系統(tǒng)控制精度（1）采用高速插補(bǔ)技術(shù)，以微小程序段實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)給，使CNC控制單位精細(xì)化。（2）采用高分辨率位置檢測裝置，提高位置檢測精度。（3）位置伺服系統(tǒng)采用前饋控制與非線性控制等方法。2.采用誤差補(bǔ)償技術(shù)（1）采用反向間隙補(bǔ)償、絲桿螺距誤差補(bǔ)償和刀具誤差補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)。（2）設(shè)備的熱變形誤差補(bǔ)償和空間誤差的綜合補(bǔ)償相結(jié)合。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（三）功能復(fù)合化復(fù)合化是指在一臺設(shè)備能實現(xiàn)多種工藝手段加工的方法。（1）鏜銑鉆復(fù)合——加工中心（ATC）、五面加工中心（ATC，主軸立臥轉(zhuǎn)換）。（2）車銑復(fù)合——車削中心（ATC，動力刀頭）。（3）銑鏜鉆車復(fù)合——復(fù)合加工中心（ATC，可自動裝卸車刀架）。（4）銑鏜鉆磨復(fù)合——復(fù)合加工中心（ATC，動力磨頭）。（5）可更換主軸箱的數(shù)控機(jī)床——組合加工中心。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（四）控制智能化

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，為滿足制造業(yè)生產(chǎn)柔性化、制造自動化發(fā)展的需求，數(shù)控技術(shù)智能化程度也就要求不斷地提高，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：1.加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)2.加工參數(shù)的智能優(yōu)化與選擇3.智能故障診斷與自修復(fù)技術(shù)4.智能化交流伺服驅(qū)動裝置5.智能4M數(shù)控系統(tǒng)任務(wù)二數(shù)控技術(shù)（五）體系開放化

體系開放化是指具有在不同的工作平臺上均能實現(xiàn)系統(tǒng)功能且可以與其他的系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行互操作的系統(tǒng)。1.開放式數(shù)控系統(tǒng)特點（1）系統(tǒng)構(gòu)件（軟件和硬件）具有標(biāo)準(zhǔn)化（Standardization）與多樣化（Diversification）和互換性（Interchangeability）的特征。（2）允許通過對構(gòu)件的增減來構(gòu)造系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)“積木式”的集成。構(gòu)造應(yīng)該是可移植的和透明的。任務(wù)二數(shù)控技術(shù)2.開放體系結(jié)構(gòu)CNC的優(yōu)點

由于軟硬件接口都遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，只需少量的重新設(shè)計和調(diào)整，新一代的通用軟硬件資源就可能被現(xiàn)有系統(tǒng)所采納、吸收和兼容，系統(tǒng)性能與可靠性將不斷改善并具有較長的生命周期。3.標(biāo)準(zhǔn)化的人機(jī)界面4.向用戶特殊要求開放任務(wù)三特種加工技術(shù)

特種加工是指傳統(tǒng)切削加工以外的新加工方法。由于特種加工主要不是依靠機(jī)械能、切削力進(jìn)行加工，因而可以用軟的工具（甚至不用工具）加工硬的工件。特種加工可以用來加工各種難加工材料、復(fù)雜表面和有某些特殊要求的零件。任務(wù)三特種加工技術(shù)一、概述1.特種加工的產(chǎn)生和發(fā)展

從第一次工業(yè)革命以來，一直到第二次世界大戰(zhàn)以前，并沒有特種加工的迫切要求，直到1943年，蘇聯(lián)拉扎林柯夫婦在研究開關(guān)觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因時，逆向思維，用細(xì)銅絲在淬火鋼上加工出小孔，開創(chuàng)和發(fā)明了電火花加工。到目前為止，已經(jīng)找到了多種加工方法，為區(qū)別現(xiàn)有的金屬切削加工，將這類傳統(tǒng)切削加工以外的新加工方法統(tǒng)稱為特種加工，國外稱作非傳統(tǒng)加工（NTM，Non-TraditionalMachining）或非常規(guī)機(jī)械加工（NCM，Non-Conventionalmachining）。任務(wù)三特種加工技術(shù)2.特種加工與切削加工的區(qū)別（1）特種加工不是主要依靠機(jī)械能，而是主要用其他能量去除材料。（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。（3）加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力。目前，國際上對特種加工技術(shù)的研究主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）微細(xì)化。（2）特種加工的應(yīng)用領(lǐng)域正在拓寬。（3）廣泛采用自動化技術(shù)。任務(wù)三特種加工技術(shù)二、特種加工的分類（1）按電能與熱能作用方式分：電火花EDM、線切割WEDM、電子束EBM、等離子PAM。（2）按電能與化學(xué)能作用方式分：電解ECM、電鑄、電刷鍍。（3）按電化學(xué)能與機(jī)械能作用方式分：電解磨削ECG、電解珩磨ECH。（4）按聲能與機(jī)械作用能作用方式分：超聲波加工USM。（5）按光能與熱能作用方式分：激光加工LBM。（6）按電能與機(jī)械作用能作用方式分：離子束加工IM。（7）按液流能與機(jī)械作用能分：擠壓珩磨AFH、水射流WJC。任務(wù)三特種加工技術(shù)二、電火花加工（一）電火花加工的原理

電火花加工是利用浸在工作液中的兩電極進(jìn)行脈沖放電，放電產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工，英文簡稱（ElectricalDischargeMachining，EDM）。任務(wù)三特種加工技術(shù)（二）電火花加工的特點及應(yīng)用1.工藝特點（1）加工適應(yīng)性強(qiáng)。（2）無論硬、脆、軟、耐熱材料，只要導(dǎo)電就行。（3）小孔、薄壁、窄槽、復(fù)雜截面。（4）同一臺電火花機(jī)床上，只需要修改參數(shù)即可完成粗加工、半精加工、精加工。2.應(yīng)用（1）電火花穿孔。（2）電火花型腔加工。（3）磨削、銑制、鏜制、表面強(qiáng)化等。任務(wù)三特種加工技術(shù)（三）電火花線切割1.電火花線切割加工的加工原理

電火花線切割加工（WireCutEDM，WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上于20世紀(jì)50年代末最早在蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種工藝形式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進(jìn)行切割，故稱為電火花線切割，簡稱線切割。2.線切割機(jī)床類型

根據(jù)電極絲的運(yùn)行方向和速度，電火花線切割機(jī)床分為兩大類：

（1）高速走絲線切割機(jī)床（WEDM-HS）。

（2）低速走絲線切割機(jī)床（WEDM-LS）。任務(wù)三特種加工技術(shù)3.線切割加工的工藝特點（1）采用細(xì)金屬絲作工具電極，不需要制造特定形狀的電極。（2）電極絲損耗對加工精度影響較小。（3）自動化程度高，柔性大，且操作方便。（4）切割縫隙小，故切割余料可以再利用。（5）加工表面粗糙度值小，但表面有硬化層。（6）熱變形小。任務(wù)三特種加工技術(shù)三、電化學(xué)加工

電化學(xué)加工（ElectroChemicalMachining，ECM）包括從工件上去除金屬的電解加工和向工件上沉積金屬的電鍍、涂覆、電鑄加工兩大類。

電化學(xué)加工有電解加工、電鍍加工、電鑄加工。任務(wù)三特種加工技術(shù)四、激光加工1.激光加工原理

當(dāng)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(kuò)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(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個上大下小的孔。2.激光器

（1）固體激光器。（2）氣體激光器——CO2激光器任務(wù)三特種加工技術(shù)3.激光器加工的特點（1）加工材料范圍廣。（2）加工性能好。（3）非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高。（4）可進(jìn)行微細(xì)加工。（5）加工速度快，效率高。（6）激光加工不僅可以進(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作。（7）激光加工可控性好，易于實現(xiàn)自動控制。加工設(shè)備昂貴。任務(wù)三特種加工技術(shù)4.激光加工方法（1）切割?？蓪︿X、銅、鎳、陶瓷等材料進(jìn)行切割，加工出各種圖形，切割深度<2.5mm。（2）打孔。最小孔徑為0.03mm，并可對其他金屬如鋁、銅、非金屬金剛石、硬質(zhì)合金、陶瓷、塑料進(jìn)行打孔。（3）標(biāo)記。能在多種金屬材料上做簡單的文字、數(shù)字標(biāo)記，（4）焊接?？蓪︿X、銅、金、銀、鎳等金屬材料進(jìn)行點焊、對焊或密封焊接，焊接熔深<2.5mm，任務(wù)三特種加工技術(shù)五、電子束和離子束加工技術(shù)（一）電子束加工技術(shù)

電子束加工（ElectronBeamMachining，EBM）和離子束加工（IonBeamMachining，IBM）是近年來得到較大發(fā)展的新興特種加工。它們在精密微細(xì)加工方面，尤其是在微電子學(xué)領(lǐng)域中得到較多的應(yīng)用。

電子束加工主要用于打孔、焊接等熱加工和電子束光刻化學(xué)加工。

離子束加工則主要用于離子刻蝕、離子鍍膜和離子注入等表面加工。近期發(fā)展起來的亞微米加工和納米加工技術(shù)，主要是用電子束加工和離子束加工。任務(wù)三特種加工技術(shù)1.電子束加工工作原理

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(jìn)一步聚焦，使能量密度集中在直徑為5～10μm的斑點內(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)溫度升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。任務(wù)三特種加工技術(shù)2.電子束加工特點（1）電子束束徑小。（2）材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工）。（3）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。（4）加工速度高。（5）在真空中加工，無氧化。（6）加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)加工。任務(wù)三特種加工技術(shù)3.電子束加工的應(yīng)用

控制電子束能量密度的大小和能量注入時間，就可以達(dá)到不同的加工目的。

如只使材料局部加熱就可進(jìn)行電子束熱處理。使材料局部熔化就可進(jìn)行電子束焊接。提高電子束能量密度，使材料熔化和氣化，就可進(jìn)行電子束打孔、切割等加工。利用較低能量密度的電子束轟擊高分子材料時產(chǎn)生化學(xué)變化的原理，即可進(jìn)行電子束光刻加工。任務(wù)三特種加工技術(shù)（二）離子束加工技術(shù)1.離子束加工的原理和物理基礎(chǔ)

離子束加工的原理和電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速聚焦，使之撞擊到工件表面。不同的是離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大數(shù)千倍乃至數(shù)萬倍，如氬離子的質(zhì)量是電子的7.2萬倍，所以一旦離子加速到較高速度時，離子束比電子束具有更大的撞擊動能。它是靠微觀的機(jī)械撞擊能量，而不是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來加工的。任務(wù)三特種加工技術(shù)2.離子束加工分類

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：利用離子撞擊、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。任務(wù)三特種加工技術(shù)3.離子束加工的特點（1）離子束加工是所有特種加工方法中最精密、最微細(xì)的加工方法，是當(dāng)代納米加工技術(shù)的基礎(chǔ)。（2）由于離子束加工是在高真空中進(jìn)行，所以污染少。（3）離子束加工是靠離子轟擊材料表面的原子來實現(xiàn)的。加工應(yīng)力、熱變形等極小，加工質(zhì)量高。（4）離子束加工設(shè)備費(fèi)用貴，成本高，加工效率低，因此應(yīng)用范圍受到一定的限制。