機械制造技術基礎GDUT*1機械制造技術基礎GDUT*1第五章非傳統加工與先進制造技術第一節非傳統加工第二節細微制造技術第三節超精密加工第四節柔性制造自動化技術與系統第五節先進生產模式一、電火花加工二、電解加工三、激光加工一、細微切削加工二、細微磨削加工三、細微蝕刻四、超聲波加工五、電子束加工六、離子束加工七、快速成形技術一、超精密加工概念二、超精密加工的地位及意義三、特點、應用范圍及分類四、超精密加工技術的影響因素一、柔性制造系統產生的背景二、柔性制造系統的功能及適應范圍一、計算機集成制造系統（ＣＩＭＳ）二、智能制造系統（ＩＭＳ）三、精良生產（ＬＰ）四、敏捷制造（ＡＭ）*2<>第五章非傳統加工與先進制造技術第一節非傳統加工一、電火第一節非傳統加工

科學技術的發展提出了許多傳統切削加工方法難以勝任的制造任務。

非傳統加工法正是為完成這些制造任務產生和發展起來的。高強度、高硬度、高脆性或高熔點的各種難加工材料的加工具有較低剛度或復雜曲面的特殊零件的加工*3<>第一節非傳統加工 科學技術的發展提出了許多傳統切削加工特種加工是利用化學的、物理的（電、聲、光、熱、磁）、電化學的方法對材料進行加工的特種加工能解決大量的普通機械加工方法難以解決甚至不能解決的問題*4<>特種加工是利用化學的、物理的（電、聲、光、熱、磁）、電化學的非傳統加工種類化學加工（CHM）電化學加工（ECM）電化學機械加工（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）以及各種復合加工*5<>非傳統加工種類化學加工（CHM）電子束加工（EBM）*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火花放電所產生的高溫熔蝕工件的表面材料來實現加工。圖6-1為電火花加工裝置原理圖。*6<>一、電火花加工1.電火花加工原理*6<>2.電火花加工機床的組成

由脈沖電源、自動進給調節裝置、機床本體及工作液循環過濾系統等。

電火花加工的電源應選擇直流脈沖電源，以形成明顯的極效應。圖6-2是線切割機床的工作原理圖*7<>2.電火花加工機床的組成*7<>電火花加工的特點及應用電火花加工適用于導電性較好的金屬材料的加工，不受材料的強度、硬度、脆性、韌性及熔點的影響；加工過程中不存在切削力，可適用于薄壁、小孔、窄縫的加工；*8<>電火花加工的特點及應用電火花加工適用于導電性較好的金屬材料的電火花加工的特點及應用可用于各種復雜形狀的型孔及立體曲面型腔的一次成形；可以用來進行切斷、切割，以及表面強化、刻寫、打印銘牌和標記等。缺點：金屬的去除率較低；存在重鑄層和受熱影響層等。*9<>電火花加工的特點及應用可用于各種復雜形狀的型孔及立體曲面型腔二、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生陽極溶解的電化學反應原理，將金屬材料加工成形的一種方法。電解加工時，工件接電源的正極，工具接負極。圖6-3為電解加工的工作原理圖。*10<>二、電解加工1.電解加工原理*10<>2.電解加工設備的組成

由機床本體、電源和電解液系統等部分組成。*11<>2.電解加工設備的組成*11<>電解加工的特點及應用

工作電壓低，電流大；不受加工材料的硬度、強度、韌性的限制，可加工多種難切削金屬材料；加工效率比電火花成形加工高5~10倍；無機械切削或切削熱；平均加工公差可達±0.1mm；附屬設備多，占地面積大，造價高；電解液腐蝕機床，易污染環境。*12<>電解加工的特點及應用 工作電壓低，電流大；不受加工材料的硬三、激光加工1.激光加工概述

激光特征：亮度高、方向性好、單色性好、相干性好----利用光學系統可聚焦稱極小的光斑，獲得極高能量密度和極高的溫度。

影響激光加工的因素：輸出功率與照射時間；焦距、發散角與焦點位置；照射次數；工件材料等。圖6-4為激光加工機示意圖*13<>三、激光加工1.激光加工概述*13<>2.激光加工機的組成

激光加工機通常由激光器、電源、光學系統和機械系統組成。*14<>2.激光加工機的組成*14<>3.激光加工的特點

不需要加工工具；激光束功率密度高，幾乎可以加工任何難加工的材料；工件無受力變形；激光打孔、切割的速度很高，加工部位材料幾乎不受切削熱的影響，熱變形小；激光切割的切縫窄，切割邊緣質量好。*15<>3.激光加工的特點*15<>四、超聲波加工

利用工具端面作超聲頻振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現加工。超聲波加工適合于加工各種硬脆材料，特別是不導電的非金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、瑪瑙、寶石、金剛石等。圖6-5為超聲波加工的原理圖*16<>四、超聲波加工 利用工具端面作超聲頻振動，使工作液中的懸浮磨五、電子束加工1.電子束加工原理分為電子束熱加工和電子束化學加工電子束熱加工

利用電子束的熱效應來實現加工的。如電子束熔煉、電子束焊接、電子束打孔等（圖5-1）*17<>五、電子束加工1.電子束加工原理*17<>電子束化學加工

功率密度非常低的電子束照射到工件表面（高分子材料），入射電子與高分子相碰撞，使分子鏈斷裂或重新聚合，從而使高分子材料的分子量和化學性質發生變化，這就是電子束的化學效應。利用該效應可以進行化學加工。*18<>電子束化學加工*18<>2.電子束加工設備主要由以下四部分組成：電子槍系統：由電子發射陰極、控制柵極和加速陽極組成，電子槍用來發射高速電子，并初步聚焦，使電子加速。控制系統：由聚焦裝置、偏轉裝置和工作臺位移裝置等組成。*19<>2.電子束加工設備主要由以下四部分組成：*19<>真空系統：形成真空環境。電子高速運動、發射陰極不被氧化以及被加工表面不被氧化等，均需要真空環境。電源系統：提供各種控制電壓和加速電壓。*20<>真空系統：形成真空環境。電子高速運動、發射陰極不被氧化以及被電子束加工應用電子束光刻----光刻膠是高分子材料，按規定圖形對光刻膠進行電子束照射就會產生潛像。再將它浸入適當的溶劑中，由于照射部分和未照射部分材料的分子量不同，溶解速度不一樣，就會使潛像顯影出來。集成電路光刻工藝原理（圖6-7）：*21<>電子束加工應用電子束光刻----光刻膠是高分子材料，按規定圖電子束加工的應用范圍不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石等難加工材料的圓孔、異形孔和窄縫的加工，最小孔徑可達0.02~0.003mm。用來焊接難溶金屬、化學性能活潑的金屬，以及碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等。細微加工的光刻。電子束加工用于精密加工時要考慮熱的影響。*22<>電子束加工的應用范圍不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石六、離子束加工

在真空條件下，利用惰性氣體離子在電場中加速而形成的高速離子流來實現微細加工的工藝方法。離子束加工是一種新興的細微加工方法，在亞微米至納米級精度的加工中很有發展前途。*23<>六、離子束加工 在真空條件下，利用惰性氣體離子在電場中加速而離子束加工種類離子束濺射去除加工：離子聚焦成細束狀，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，實現原子或離子與母材的分離。離子束濺射鍍膜加工：離子被加速，打在靶材上，靶材分離出原子或分子，附著到工件表面形成鍍膜。*24<>離子束加工種類離子束濺射去除加工：離子聚焦成細束狀，高速碰撞離子束加工種類離子束濺射注入加工：用高能離子轟擊工件表面，將離子打入工件表層，其電荷被中和，成為置換原子或晶格間原子，留在工件表層，從而改變了工件表層的材料成分和性能。離子束加工對工件幾乎沒有熱影響。*25<>離子束加工種類離子束濺射注入加工：用高能離子轟擊工件表面，將七、快速成形技術1.概述 20世紀80年代中期發展起來的一種新技術----傳統的加工方法是“去除”材料，而快速成形技術則采用“增加”材料。2.快速光造影系統（SLA） SLA組成：CAD/CAM系統、光學系統及掃描控制系統、光敏樹脂、樹脂容器及升降工作臺以及后固化裝置等組成。*26<>七、快速成形技術1.概述*26<>3.其他類型的快速成形系統圖a采用塑料作原料，零件按照每層的形狀由熱熔塑料堆砌而成；圖b采用固體粉末作原料，零件由大功率激光束逐層掃描燒結而成；圖c采用固體粉末作原料，零件是逐層按所要求形狀粘接而成；圖d，零件由一層層紙或尼龍布粘接而成。*27<>3.其他類型的快速成形系統*27<>Clicktoeditcompanyslogan.ThankYou!GDUT*28Clicktoeditcompanyslogan.機械制造技術基礎GDUT*29機械制造技術基礎GDUT*1第五章非傳統加工與先進制造技術第一節非傳統加工第二節細微制造技術第三節超精密加工第四節柔性制造自動化技術與系統第五節先進生產模式一、電火花加工二、電解加工三、激光加工一、細微切削加工二、細微磨削加工三、細微蝕刻四、超聲波加工五、電子束加工六、離子束加工七、快速成形技術一、超精密加工概念二、超精密加工的地位及意義三、特點、應用范圍及分類四、超精密加工技術的影響因素一、柔性制造系統產生的背景二、柔性制造系統的功能及適應范圍一、計算機集成制造系統（ＣＩＭＳ）二、智能制造系統（ＩＭＳ）三、精良生產（ＬＰ）四、敏捷制造（ＡＭ）*30<>第五章非傳統加工與先進制造技術第一節非傳統加工一、電火第一節非傳統加工

科學技術的發展提出了許多傳統切削加工方法難以勝任的制造任務。

非傳統加工法正是為完成這些制造任務產生和發展起來的。高強度、高硬度、高脆性或高熔點的各種難加工材料的加工具有較低剛度或復雜曲面的特殊零件的加工*31<>第一節非傳統加工 科學技術的發展提出了許多傳統切削加工特種加工是利用化學的、物理的（電、聲、光、熱、磁）、電化學的方法對材料進行加工的特種加工能解決大量的普通機械加工方法難以解決甚至不能解決的問題*32<>特種加工是利用化學的、物理的（電、聲、光、熱、磁）、電化學的非傳統加工種類化學加工（CHM）電化學加工（ECM）電化學機械加工（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）以及各種復合加工*33<>非傳統加工種類化學加工（CHM）電子束加工（EBM）*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火花放電所產生的高溫熔蝕工件的表面材料來實現加工。圖6-1為電火花加工裝置原理圖。*34<>一、電火花加工1.電火花加工原理*6<>2.電火花加工機床的組成

由脈沖電源、自動進給調節裝置、機床本體及工作液循環過濾系統等。

電火花加工的電源應選擇直流脈沖電源，以形成明顯的極效應。圖6-2是線切割機床的工作原理圖*35<>2.電火花加工機床的組成*7<>電火花加工的特點及應用電火花加工適用于導電性較好的金屬材料的加工，不受材料的強度、硬度、脆性、韌性及熔點的影響；加工過程中不存在切削力，可適用于薄壁、小孔、窄縫的加工；*36<>電火花加工的特點及應用電火花加工適用于導電性較好的金屬材料的電火花加工的特點及應用可用于各種復雜形狀的型孔及立體曲面型腔的一次成形；可以用來進行切斷、切割，以及表面強化、刻寫、打印銘牌和標記等。缺點：金屬的去除率較低；存在重鑄層和受熱影響層等。*37<>電火花加工的特點及應用可用于各種復雜形狀的型孔及立體曲面型腔二、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生陽極溶解的電化學反應原理，將金屬材料加工成形的一種方法。電解加工時，工件接電源的正極，工具接負極。圖6-3為電解加工的工作原理圖。*38<>二、電解加工1.電解加工原理*10<>2.電解加工設備的組成

由機床本體、電源和電解液系統等部分組成。*39<>2.電解加工設備的組成*11<>電解加工的特點及應用

工作電壓低，電流大；不受加工材料的硬度、強度、韌性的限制，可加工多種難切削金屬材料；加工效率比電火花成形加工高5~10倍；無機械切削或切削熱；平均加工公差可達±0.1mm；附屬設備多，占地面積大，造價高；電解液腐蝕機床，易污染環境。*40<>電解加工的特點及應用 工作電壓低，電流大；不受加工材料的硬三、激光加工1.激光加工概述

激光特征：亮度高、方向性好、單色性好、相干性好----利用光學系統可聚焦稱極小的光斑，獲得極高能量密度和極高的溫度。

影響激光加工的因素：輸出功率與照射時間；焦距、發散角與焦點位置；照射次數；工件材料等。圖6-4為激光加工機示意圖*41<>三、激光加工1.激光加工概述*13<>2.激光加工機的組成

激光加工機通常由激光器、電源、光學系統和機械系統組成。*42<>2.激光加工機的組成*14<>3.激光加工的特點

不需要加工工具；激光束功率密度高，幾乎可以加工任何難加工的材料；工件無受力變形；激光打孔、切割的速度很高，加工部位材料幾乎不受切削熱的影響，熱變形小；激光切割的切縫窄，切割邊緣質量好。*43<>3.激光加工的特點*15<>四、超聲波加工

利用工具端面作超聲頻振動，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現加工。超聲波加工適合于加工各種硬脆材料，特別是不導電的非金屬材料如玻璃、陶瓷、石英、瑪瑙、寶石、金剛石等。圖6-5為超聲波加工的原理圖*44<>四、超聲波加工 利用工具端面作超聲頻振動，使工作液中的懸浮磨五、電子束加工1.電子束加工原理分為電子束熱加工和電子束化學加工電子束熱加工

利用電子束的熱效應來實現加工的。如電子束熔煉、電子束焊接、電子束打孔等（圖5-1）*45<>五、電子束加工1.電子束加工原理*17<>電子束化學加工

功率密度非常低的電子束照射到工件表面（高分子材料），入射電子與高分子相碰撞，使分子鏈斷裂或重新聚合，從而使高分子材料的分子量和化學性質發生變化，這就是電子束的化學效應。利用該效應可以進行化學加工。*46<>電子束化學加工*18<>2.電子束加工設備主要由以下四部分組成：電子槍系統：由電子發射陰極、控制柵極和加速陽極組成，電子槍用來發射高速電子，并初步聚焦，使電子加速。控制系統：由聚焦裝置、偏轉裝置和工作臺位移裝置等組成。*47<>2.電子束加工設備主要由以下四部分組成：*19<>真空系統：形成真空環境。電子高速運動、發射陰極不被氧化以及被加工表面不被氧化等，均需要真空環境。電源系統：提供各種控制電壓和加速電壓。*48<>真空系統：形成真空環境。電子高速運動、發射陰極不被氧化以及被電子束加工應用電子束光刻----光刻膠是高分子材料，按規定圖形對光刻膠進行電子束照射就會產生潛像。再將它浸入適當的溶劑中，由于照射部分和未照射部分材料的分子量不同，溶解速度不一樣，就會使潛像顯影出來。集成電路光刻工藝原理（圖6-7）：*49<>電子束加工應用電子束光刻----光刻膠是高分子材料，按規定圖電子束加工的應用范圍不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石等難加工材料的圓孔、異形孔和窄縫的加工，最小孔徑可達0.02~0.003mm。用來焊接難溶金屬、化學性能活潑的金屬，以及碳鋼、不銹鋼、鋁合金、鈦合金等。細微加工的光刻。電子束加工用于精密加工時要考慮熱的影響。*50<>電子束加工的應用范圍不銹鋼、耐熱鋼、合金鋼、陶瓷、玻璃和寶石六、離子束加工

在真空條件下，利用惰性氣體離子在電場中加速而形成的高速離子流來實現微細加工的工藝