機械加工工藝基礎

多媒體教學課件機械加工工藝基礎多媒體教學課件1

第七章

加工中心自動編程與操作返回索引第七章21加工中心簡介加工中心簡介加工中心的特點1.1加工中心刀具及加工范圍1.2加工中心的組成1.31加工中心簡介加工中心簡介加工中心的特點1.1加工中心刀31.1加工中心的特點加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控機床，集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一身，綜合加工能力較強。全封閉防護工序集中，加工連續進行使用多把刀具，自動進行刀具交換多個工作臺，自動進行工作臺交換功能強大，趨向復合加工高自動化、高精度、高效率高投入，在適當的條件下才能發揮最佳效益1.1加工中心的特點加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數4主要加工對象：1）既有平面又有孔系的零件①箱體類零件②盤、套、板類零件

2)復雜曲面類零件①凸輪類②整體葉輪類③模具類

3）外型不規則零件

4）加工精度要求高的中小批量零件

5）新產品試制中的零件主要加工對象：51.2加工中心刀具及加工范圍銑削加工中心可銑削平面、臺階面、各種溝槽以及復雜的曲面。1.2加工中心刀具及加工范圍銑削6鉆削加工中心可鉆削各種規格的孔，包括螺紋孔。鉆削7鏜削加工鏜削加工81.3加工中心的組成

基礎部件：

基礎部件是加工中心的基礎結構，它主要由床身、工作臺、立柱三大部分組成；（一般為鑄鐵）1.3加工中心的組成基礎部件：9主軸部件：

主軸部件由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零部件組成，主軸是加工中心切削加工的功率輸入部件，它的起動、停止、變速、換向等都由數控系統控制。主軸的旋轉精度和定位精度是影響加工精度的重要因素。

主軸部件：10數控系統：數控系統由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅動系統等組成。數控系統：11自動換刀系統：

自動換刀系統由刀庫和換刀裝置組成。工件在一次裝夾后，可連續完成對工件表面自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工步的加工。

自動換刀系統：12輔助裝置：

潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動等

輔助裝置：132自動編程概述自動編程手工編程與自動編程2.1自動編程方式的分類2.2數控加工應注意的策略2.4自動編程的流程2.32自動編程概述自動編程手工編程與自動編程2.1自動編程方142.1手工編程與自動編程手工編程概念：手工編程指主要由人工來完成數控編程中各個階段的工作。特點：耗費時間較長，容易出現錯誤，無法勝任復雜形狀零件的編程。據國外資料統計，當采用手工編程時，一段程序的編寫時間與其在機床上運行加工的實際時間之比，平均約為30：1；而數控機床不能開動的原因中有20%~30%是由于加工程序編制困難，編程時間較長。應用：一般對幾何形狀不太復雜的零件，所需的加工程序不長，計算比較簡單，用手工編程比較合適。2.1手工編程與自動編程手工編程15自動編程概念：也稱為計算機輔助零件編程，即數控機床的程序編制的工作的大部分或一部分是由計算機來完成的。特點：自動編程具有編程速度快、周期短、質量高、使用方便等優點。應用：能完成用手工編程無法編制的復雜零件的數控加工程序，而且零件越是復雜，其經濟效益越好。自動編程是數控加工發展的必然趨勢！自動編程自動編程是數控加工發展的必然趨勢！16APT語言自動編程圖形交互自動編程自動編程方式2.2自動編程方式的分類APT語言自動編程圖形交互自動編程自動編程方式2.2自動17API語言自動編程APT（AutomaticallyProgrammedTool）語言是一種對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運動進行定義時用的一種接近于英語的符號語言，把用此語言編寫的零件程序輸入計算機，進行APT處理程序經過編譯和運算，輸出刀具加工軌跡，然后再經過后置處理，轉化為數控機床所需的指令格式。特點：采用數控語言編程具有程序簡練、走刀控制靈活等優點，使數控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向元素——點、線、面的高級語言級。缺點：1）零件的設計與加工之間用圖紙傳遞數據，阻礙了設計與制造的一體化。2）圖紙的解釋、工藝過程規劃要工藝人員完成，對用戶的技術水平要求較高。3）系統本身缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段。API語言自動編程18圖形交互自動編程以圖形要素為輸入方式。從零件及刀具幾何形狀的輸入、顯示和修改，刀具運動的定義，刀具軌跡的生成，加工過程的動態仿真顯示，直至數控加工程序的產生都是在圖形交互方式下得到的。特點：具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于檢查等優點。目前以成為國內外先進的CAD/CAM軟件普遍采用的數控編程方法。國外：CIMATRON、MASTERCAM、SIMENSNX(UGNX)、CATIA、PRO/E國內：CAXA圖形交互自動編程192.3自動編程流程原有零件圖形圖形轉換CAD造型CAM刀路程序后置處理數控加工程序加工中心零件圖紙2.3自動編程流程原有零件圖形圖形轉換CAD造型CAM202.4數控加工應注意的策略應留有足夠的自動換刀空間，以避免與工件或夾具碰撞。應設置合理的安全平面。最終輪廓一次走刀完成為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最后一次走刀中連續加工出來。2.4數控加工應注意的策略應留有足夠的自動換刀空間，以避21選擇切入切出方向考慮刀具的進、退刀（切入、切出）路線時，刀具的切出或切入點應在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕。圖1外輪廓加工刀具的切入和切出圖2無交點內輪廓加工刀具的切入和切出選擇切入切出方向圖1外輪廓加工刀具的圖2無交點內輪廓22刀路軌跡的生成運動軌跡仿真后置處理CAM幾何造型CAD加工自動加工3Cimatron自動編程實例零件模型加工程序刀路軌跡的生成CAM幾何造型CAD加工自動加工3Cim233.1幾何造型

幾何造型就是利用圖形交互自動編程軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面造型等有關指令，將零件被加工部位的幾何圖形準確地繪制在計算機屏幕上。同時，計算機自動生成零件的圖形數據文件，這些圖形數據是下一步刀路軌跡計算的依據。自動編程過程中，軟件將根據加工要求自動提取這些數據，進行分析判斷和必要的數學處理，以形成加工的刀路軌跡數據。3.1幾何造型幾何造型就是利用圖形交互自動編程軟243.2刀路軌跡的生成

刀路軌跡的生成是人機交互進行的。首先在刀路軌跡生成菜單中選擇所需的菜單項，然后根據屏幕提示，用光標選擇相應的圖形目標，指定相應的坐標點，輸入所需的各種參數。軟件將自動從圖形文件中提取編程所需的信息進行分析判斷，計算出節點數據，并將其轉換成刀路數據，存入指定的刀路文件中或直接進行后置處理生成數控加工程序，同時在屏幕上顯示出刀路軌跡圖形。3.2刀路軌跡的生成刀路軌跡的生成是人機交互進253.3運動軌跡仿真

主要用來檢驗數控程序編制的正確性，刀具與工件被加工輪廓的干涉等。可以采用動畫顯示的方法。3.3運動軌跡仿真主要用來檢驗數控程序編制的正263.3后置處理

后置處理的目的是形成數控加工指令文件。后置處理程序是根據數控機床的要求設計出的程序，它可以把刀路數據、有關的工藝參數和輔助信息等轉換成數控系統所能接受的NC代碼指令和程序格式。3.3后置處理后置處理的目的是形成數控加工指令27

第八章

裝配返回索引第八章返28

任何一臺機器設備都是有許多零件所組成，將若干合格的零件按規定的技術要求組合成部件，或將若干個零件和部件組合成機器設備，并經過調整、檢驗等成為合格產品的工藝過程稱為裝配。

1、裝配的概念任何一臺機器設備都是有許多零件所組成，將若干合格29

第八章

零件表面的加工方案第八章30

2.裝配的工藝過程

裝配是機器制造中的最后一道工序，因此它是保證機器達到各項技術要求的關鍵。裝配工作的好壞，對產品的質量起著重要的作用。

機械加工基礎學習培訓課件-第六部分312.1裝配前的準備工作

（1）研究和熟悉裝配圖的技術條件，了解產品的結構和零件作用，以及相連接關系。（2）確定裝配的方法、程序和所需的工具。（3）領取和清洗零件。2.1裝配前的準備工作322.2裝配

裝配又有組件裝配、部件裝配和總裝配之分，整個裝配過程要按次序進行。1）組件裝配

將若干零件安裝在一個基礎零件上而構成組件。如減速器中一根傳動軸，就由軸、齒輪、鍵等零件裝配而成的組件。機械加工基礎學習培訓課件-第六部分33

2.2裝配

2）部件裝配

將若干個零件、組件安裝在另一個基礎零件上而構成部件（獨立機構）。如車床的床頭箱、進給箱、尾架等。

3）總裝配

將若干個零件、組件、部件組合成整臺機器的操作過程稱為總裝配。例如車床就是把幾個箱體等部件、組件、零件組合而成。2）部件裝配

將若干個零件、組件安裝在另34

2.3裝配工作的技術要求（1）裝配時，應檢查零件與裝配有關的形狀和尺寸精度是否合格，檢查有無變形、損壞等，并應注意零件上各種標記，防止錯裝。（2）固定連接的零部件，不允許有間隙。活動的零件能在正常的間隙下，靈活均勻地按規定方向運動，不應有跳動。（3）各運動部件（或零件）的接觸表面，必須保證有足夠的潤滑，若有油路，必須暢通。（4）各種管道和密封部位，裝配后不得有滲漏現象。（5）試車前，應檢查個部件連接的可靠性和運動的靈活性，各操縱手柄是否靈活和手柄位置是否在合適的位置；試車前，從低速到高速逐步進行。2.3裝配工作的技術要求35

第八章

零件表面的加工方案第八章363、典型零件裝配方法3.1螺釘、螺母的裝配螺釘、螺母的裝配是用螺紋的連接裝配，它在機器制造中廣泛使用。裝拆、更換方便，易于多次裝拆等優點。螺釘、螺母裝配中的注意事項：（1）螺紋配合應做到用手能自由旋入，過緊會咬壞螺紋，過松則受力后螺紋會斷裂。3、典型零件裝配方法3.1螺釘、螺母的373.1螺釘、螺母的裝配

(2)螺母端面應與螺紋軸線垂直，以受力均勻。（3）裝配成組螺釘、螺母時，為保證零件貼合面受力均勻，應按一定要求旋緊，并且不要一次完全旋緊，應按次序分兩次或三次旋緊。

3.1螺釘、螺母的裝配

(2)螺母端面應與383.1螺釘、螺母的裝配（4）對于在變載荷和振動載荷下工作的螺紋連接，必須采用防松保險裝置。3.1螺釘、螺母的裝配（4）對于在變載荷和振動載荷下工作393.2滾動軸承的裝配滾動軸承的裝配多數為較小的過盈配合，裝配時常用手錘或壓力機壓裝。軸承裝配到軸上時，應通過墊套施力于內圈端面上；軸承裝配到機體孔內時，則應施力于外圈端面上；若同時壓到軸上和機體孔中時，則內外圈端面應同時加壓。

3.2滾動軸承的裝配403.2滾動軸承的裝配

如果沒有專用墊套時，也可用手錘、銅棒沿著軸承端面四周對稱均勻地敲入，用力不能太大。如果軸承與軸是較大過盈配合時，可將軸承吊放到80～90℃的熱油中加熱，然后趁熱裝配。3.2滾動軸承的裝配如果沒有專用墊413.3齒輪的裝配

齒輪裝配的主要技術要求是保證齒輪傳遞運動的準確性、平穩性、輪齒表面接觸斑點和齒側間隙合乎要求等。輪齒表面接觸斑點可用涂色法檢驗，先在主動輪的工作齒面上涂上紅丹，使相嚙合的齒輪在輕微的制動下運轉，然后看從動輪嚙合齒面上接觸斑點的位置和大小。

3.3齒輪的裝配423.3齒輪的裝配3.3齒輪的裝配433.3齒輪的裝配

齒側間隙一般可用后簿規插入齒側間隙中檢查。后簿規是由一套后簿不同的鋼片組成，每片的厚度值都標注在它的表面上。3.3齒輪的裝配齒側間隙一般可用后444、拆卸工作的要求機器拆卸工作，應按其結構的不同，預先考慮操作順序，以免先后倒置，或貪圖省事猛拆猛敲，造成零件的損傷或變形。2)拆卸的順序，應與裝配的順序相反。3)拆卸時，使用的工具必須保證對合格零件不會發生損傷，嚴禁用手錘直接在零件的工作表面上敲擊。4)拆卸時，零件的旋松方向必須辨別清楚。5)拆下的零部件必須有次序、有規則地放好，并按原來結構套在一起，配合件上做記號，以免搞亂。對絲杠、長軸類零件必須將其吊起，防止變形。機器拆卸工作，應按其結構的不同，預先考慮操作順45復習思考題加熱法裝配的理論依據是什么？2.拆卸工作何裝配工作的步驟有何不同？復習思考題46第九章快速成形制造技術第九章快速成形制造技術47引言

在制造業日趨國際化的21世紀，縮短產品開發周期和減少開發新產品投資風險成為企業賴以生存的關鍵之一，因此相繼涌現出大量的先進制造理念及制造技術，其中典型的是20世紀80年代末、90年代初發展起來的快速成形（rapidprototyping&manufacturing簡稱RP）技術。它能自動、直接、快速、精確地將設計思想轉化為具有一定功能的原形或直接制造零件/模具。引言在制造業日趨國際化的21世紀，縮短48一、快速成形的基本原理

快速成形是一種基于離散/堆積成形思想的新型成形技術，是將計算機設計產生的實體模型，由層層堆積的方式，以快速、自動化的流程制作出來。所有PR制造的本質：模型離散與層片疊加過程的統一。一、快速成形的基本原理

快速成形是一種基于491、通過三維CAD軟件建立物理實體的三維CAD數字模型；2、按照一定的準則將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向將其按一定的厚度進行離散，使原來的三維實體模型離散為一系列的層片模型；3、根據每個層片的輪廓信息，加入加工參數，生成NC代碼；4、由快速成形機制造出一系列層片并將它們連接起來，得到一個三維物體。(一)、快速成形的制作步驟

1、通過三維CAD軟件建立物理實體的三維CAD數字模型；(一50(二)、快速成形與傳統加工的區別傳統加工快速成形(二)、快速成形與傳統加工的區別傳統加工51(三)、快速成形技術（RPT）的特點1、快速成形技術采用離散/堆積成形的原理，自動完成從電子模型（CAD）到物理模型（原型和零件）的轉換。2、快速成形技術具有高度的柔性。3、快速成形技術實現了機械工程學科多年來追求的兩大先進目標，即材料提取（氣、液、固相）過程與制造過程一體化和設計(CAD)與制造(CAM)一體化。4、通過對一個CAD模型的修改或重組就可獲得一個新零件的設計和加工信息。從幾小時到幾十小時制造一個零件，具有突出快速制造的優點。5、與反求工程（(ReverseEngineering)相結合，成為快速開發新產品的有力工具。(三)、快速成形技術（RPT）的特點1、快速成形技術采用離散52

(四)、快速成形技術的應用1、新產品開發過程中的設計驗證與功能驗證

PR技術可快速地將產品設計模型轉換成實物或零件，這樣可方便地驗證設計人員的設計思想和產品結構的合理性、可裝配性、美觀性，發現設計問題可及時修改。2、可制造性、可裝配性檢驗和供貨詢價、市場宣傳對有限空間的復雜系統，如汽車、衛星、導彈的可制造性和可裝配性用PR方法進行檢驗和設計，將大大降低此類系統的設計制造難度，對于難以確定的復雜零件，可以用PR技術進行試生產以確定最佳的合理的工藝。此外，PR原型還是產品從設計到商品化各個環節中進行交流的有效手段。比如為客戶提供產品樣件，進行市場宣傳等。

(四)、快速成形技術的應用1、新產品開發過程中的設計驗證與533、單件、小批量和特殊復雜零件的直接生產

對于高分子材料的零部件，可用高強度的工程塑料直接快速成形，滿足使用要求;對于復雜金屬零件，可通過快速鑄造或直接金屬件成型獲得。該項應用對于航空、航天及國防工業有特殊意義。

4、快速模具制造

通過各種轉換技術將RP原型轉換成各種快速模具，如低熔點合金模、硅膠模、金屬冷噴模、陶瓷模等，進行中小批量零件的生產，滿足產品更新換代快、批量越來越小的發展趨勢。3、單件、小批量和特殊復雜零件的直接生產54快速成型技術在各行業的應用汽車、摩托車:外形及內飾件的設計、改型、裝配試驗，發動機、汽缸頭試制。

家電:各種家電產品的外形與結構設計，裝配試驗與功能驗證，市場傳，模具制造。

方菱外罩快速成型技術在各行業的應用方菱外罩55航空、航天:特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發動機的試制、裝配試驗。通訊產品:產品外形與結構設計，裝配試驗,功能驗證，模具制造葉輪葉輪56工業:各種產品的設計、驗證、裝配，市場宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。增壓泵葉輪玩具轎車砂型鑄造模子增壓泵葉輪玩具轎車砂型鑄造模子57醫療:醫療器械的設計、試產、試用，CT掃描信息的實物化，手術模擬，人體骨關節的配制。

國防:各種武器零部件的設計、裝配、試制，特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。

顱骨下頜骨顱骨下頜骨58

快速成型技術不僅在制造原理上與傳統方法迥然不同，更重要的是在目前產業策略以市場響應速度為第一的狀況下，快速成型技術可以縮短產品開發周期，降低開發成本,提高企業的競爭力。快速成型技術不僅在制造原理上與傳統方59(五)、快速成形技術的分類

目前世界上已經出現了幾十種快速成形工藝，而且新的成形工藝還在不斷涌現，根據RP的成形方式將其分為激光成形和微滴成形兩大部分。(五)、快速成形技術的分類目601、典型的激光成形工藝

（1）立體印刷SLA(StereolithergraphyApparatus)通過紫外激光使光敏樹脂固化堆積成形。

通過激光技術將成形材料分離、熔化、固化和粘結的RP成形工藝。1、典型的激光成形工藝（1）立體印刷SLA(Stere61成形過程:

液槽中盛滿液態光敏樹脂，一定波長的激光光束按計算機的控制指令在液面上有選擇地逐點掃描固化，每層掃描固化后的樹脂便形成一個二維圖形；一層掃描結束后，升降臺下降一層厚度，然后進行第二層掃描，同時新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復直至整個成形過程結束。立體印刷的工藝原理成形過程:立體印刷的工藝原理62（2）疊層實體制造LOM(LaminatedObjectManufacturing)通過CO2激光切割很薄的紙、塑料薄膜、金屬薄帶等逐層疊加堆積成形。（2）疊層實體制造LOM(LaminatedObject63疊層實體制造的工藝原理成形過程：根據CAD模型各層切片的平面幾何信息驅動激光頭，對涂覆有熱敏膠的纖維紙（厚度0.1mm或0.2mm）進行分層實體切割；隨后工作臺下降一定高度，送進機構又將新的一層材料鋪上并用熱壓滾筒壓，使其緊粘在已經成形的基體上，激光頭再次進行切割運動切除第二層平面輪廓；如此重復直至整個三維零件制作完成。疊層實體制造的工藝原理成形過程：根據CAD模型各層切片的平面64（3）選擇性激光燒結SLS(SelectiveLaserSintering)通過CO2激光選擇性燒結粉末材料逐層疊加堆積成形。（3）選擇性激光燒結SLS(SelectiveLaser65成形過程：用塑料、陶瓷、石蠟、金屬的粉末，在激光的照射下燒結，由計算機控制，分層堆積燒結成形。激光器掃描鏡激光束平整滾筒粉末選擇性激光燒結成形的工藝原理成形過程：激光器掃描鏡激光束平整滾筒粉末選擇性激光燒結成形的66

通過微滴技術將成形材料微滴化堆積成形或將粘結劑微滴化粘結成形材料堆積成形的RP成形工藝。2、典型的微滴成形工藝

（1）熔融沉積制造FDM(FusedDepositionManufacturing)將ABS、蠟、尼龍等材料在噴頭內加熱后從細微的噴管中噴出，以連續的微滴形成絲材堆積成形。通過微滴技術將成形材料微滴化堆積成2、典型的67成形過程：直接由計算機控制的噴頭擠出熱塑材料堆積成原型的每一薄層；整個模型從基座開始，由下而上逐層生成。熔融沉積成形的工作原理成形過程：熔融沉積成形的工作原理68（2）三維印刷3DP(ThreeDimensionalPrinting)將粘結劑從噴頭噴出，粘結粉末材料堆積成形。它與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭用黏結劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

（3）三維焊接3DW(3DWelding)采用堆焊原理將金屬絲線堆積成形的直接金屬型成形工藝。機械加工基礎學習培訓課件-第六部分69（六）快速成形技術的典型工藝MEM工藝原理：熔融擠壓成形（類似于FDM工藝）成形過程：將絲狀熱熔型材料（如ABS）通過液化器熔化，而后擠壓噴出并堆積一個層片，然后將第二個層片用同樣的方法加工，并與前一個層面熔結在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實體。MEM工藝原理（六）快速成形技術的典型工藝MEM工藝原理：熔融擠壓成形（類70

MEM工藝有以下優點：工業:各種產品的設計、驗證、裝配，市場宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。后處理：原型后處理簡單、方便。工藝適用范圍：MEM工藝適用于薄殼體零件及微小零件，如電器外殼、手機外殼、玩具等，可以作為概念型直接驗證設計。機械加工基礎學習培訓課件-第六部分71二、MEM350快速成形系統簡介

MEM-350快速成形系統的主要參數如下：系統配置主機操作系統Windows98、2K、XP工藝MEM---熔融擠壓成形材料ABS掃描速度0-80mm/s成形空間350mm(長)×350mm(寬)

×350mm(高)精度±0.2mm/100mm電源4KW,200-240VAC,50/60Hz主機尺寸900mm(長)×1200mm(寬)

×1800mm(高)重量約500公斤MEM-350外觀二、MEM350快速成形系統簡介

MEM-350快速成形系統72(一)、機械結構

圖1及圖2為MEM－350的機械結構示意圖。整個系統由系統主框架、XYZ掃描運動系統、噴頭及送絲機構、加熱及溫控系統、數控系統等幾個主要部分組成。圖1MEM-350Z向結構圖2MEM－350XY掃描系統

(一)、機械結構圖1及圖2為MEM－350的機73(二)、控制原理

MEM－350控制系統由兩部分組成：運動控制系統和溫度控制系統。在系統中，計算機通過數控卡控制XYZ掃描運動系統，噴頭及送絲機構也通過數控卡進行控制。MEM-350控制系統原理圖

(二)、控制原理MEM－350控制系統由兩部分74第十章

先進制造技術第十章

先進制造技術7510.1非傳統加工技術10.1.1激光加工10.1.2高壓水射流加工10.1.3高速加工

10.1非傳統加工技術10.1.1激光加工7610.1.1激光加工定義：激光加工技術是涉及光、機、電、計算機和材料等多個學科的綜合性高新技術。激光加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、汽化和蒸發而予以去除的高能束加工。原理激光束照射材料材料吸收光能光能轉變為熱能使材料加熱經由熔融和氣化使材料去除或破壞。激光加工的特點

（1）可以加工任何材料。

（2）可用于精密微細加工。

（3）激光加工是屬于非接觸性加工。

（4）激光加工裝置比較簡單。

（5）是一種熱加工，影響因素很多。

激光加工原理10.1.1激光加工定義：

77激光加工的應用激光切割可切割任意的自由形狀，不需要更換工具，效率高激光打孔原理：先在工件表面瞬間發生熔融、蒸發、去除表層材料；其次，表層下的材料迅速達到蒸發溫度以上，發生爆炸，附近的熔融區域和松散狀態的部分飛散而形成孔。特點：1.激光打孔速度快,效率高,經濟效益好。2.激光打孔可獲得大的深徑比。3.激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進行。4.激光打孔無工具損耗。5.激光打孔適合于數量多、高密度的群孔加工。6.用激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔激光加工的應用78激光加工的應用(續)激光焊接熱導焊：激光功率密度較低，工件吸收激光后，僅達到表面融化，然后依靠熱傳導向工件內部傳遞熱量形成熔池。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。深熔焊：激光功率密度高，工件吸收激光后迅速熔化乃至汽化，熔化后的金屬在蒸汽壓力作用下形成小孔激光束可直照孔底，使小孔不斷延伸，直至小孔內的蒸氣壓力與液體金屬的表面張力和重力平衡為止。小孔隨著激光束沿焊接方向移動時，小孔前方熔化的金屬繞過小孔流向后方，凝固后形成焊縫。這種焊接模式熔深大，深寬比也大。激光加工的應用(續)79激光加工的應用(續)激光焊接深熔焊過程產生的金屬蒸氣和保護氣體，在激光作用下發生電離，從而在小孔內部和上方形成等離子體。等離子體對激光有吸收、折射和散射作用，因此一般來說熔池上方的等離子體會削弱到達工件的激光能量。并影響光束的聚焦效果、對焊接不利。通常可輔加側吹氣驅除或削弱等離子體。由于經聚焦后的激光束光斑小，功率密度高，比電弧焊高幾個數量級，因而激光焊接具有傳統焊接方法無法比擬的顯著優點：加熱范圍小，焊縫和熱影響區窄，接頭性能優良；殘余應力和焊接變形小，可以實現高精度焊接；可對高熔點、高熱導率，熱敏感材料及非金屬進行焊接；焊接速度快，生產率高；具有高度柔性，易于實現自動化。激光加工的應用(續)8010.1.2高壓水射流加工高壓水射流加工是以水為介質，通過高壓發生設備，其壓力可達70~400Mpa，再經過貯液能器使高壓流體平穩，最后由噴嘴形成300－900m/s的高速流體束流，噴射到工件表面，從而達到去除材料的加工目的在普通射流中加入磨料磨粒則形成磨料水射流，此時，水射流作為載體使磨料粒子加速，由于磨料質量大，硬度高，所以，磨料射流較之水射流動能更大，切割效果更強。高壓水射流加工裝置基本上由液壓系統（供水系統、增壓系統、高壓水路系統、磨料供給系統）、切割系統（WJ/AWJ噴嘴切割裝置）、數控運動控制系統和外圍設備（CAD/CAM系統和全封閉防護罩等）組成。噴嘴的材料應具有良好的耐磨性、耐腐蝕性和承受高壓的性能。常用的材料有硬質合金、藍寶石、紅寶石和金剛石。10.1.2高壓水射流加工高壓水射流加工是以水為介質，通過高8110.1.3高速加工定義：通常采用的切削速度和進給速度比常規加工高5～10倍的加工方式就是高速加工，但它并非普通意義上的采用大的切削用量來提高加工效率的一種加工方式，而是采用高轉速、快進給、小切深和小步距來去除余量，完成零件加工的過程。優勢：①單位時間內的材料切除率可增加3～6倍，縮短零件的切削加工工時，提高生產效率；②切削力至少降低30％，徑向切削力小，有利于加工薄壁、細長等剛性差的零件；③95％以上的切削熱被切屑帶走，工件保持冷態，適合于加工易熱變形工件；④激振頻率高，工作平穩振動小，可加工非常緊密、光潔的零件，表面殘余應力小，可省去銑削后的精加工工序。10.1.3高速加工定義：8210.2超精加工技術和納米加工技術10.2.1超精密加工方法和設備10.2.2LIGA技術10.2.3虛擬軸機床

10.2超精加工技術和納米加工技術10.2.1超精密加工方8310.2.1超精密加工方法和設備超精密加工技術是一門集機械、光學、電子、計算機、測量和材料科學等先進技術于一體的綜合性技術。超精密加工技術通常是指被加工零件的尺寸精度低于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm的加工技術。目前超精密加工的零件精度已達到亞微米級，正在向納米級工藝發展。按照加工方式的不同，超精密加工可分為超精密切削、超精密磨料（固結磨料和游離磨料）加工、超精密特種加工及復合加工。圖

1LLNL的

LODTM大直徑光學超精密車床10.2.1超精密加工方法和設備超精密加工技術是一門集機械、84鏡面銑技術

鏡面銑在超精密機床中屬于最簡單的一類。其關鍵部件為高精度主軸和低摩擦高平穩定性的滑臺。滑臺的驅動系統是達到高精度表面的關鍵，最初采用氣液缸驅動，后發展為平穩的鋼帶驅動，最近又出現了高精度、高平穩性的滾珠絲杠驅動和直線電機驅動系統。滾珠絲杠驅動具有高剛性的特點，其平穩必除電機外取決于絲杠螺母副的精度。與鋼帶驅動系統相比，滾珠絲杠驅動對電機的要求較低，因為電機轉一周，滑臺只前進一個螺距，而在鋼帶驅合系統中，滑臺要前進帶輪的一個周長。受鋼帶的材質和厚度的影響，帶輪的直徑通常在40mm以上，為了盡可能減少電機平穩性的影響，多數鋼帶驅動系統采用蝸輪蝸桿減速器，其性能的優劣決定了滑臺運動的平穩性。應用范圍較廣，如鏡面鏡削飛機玻璃的時間約是拋光的一半左右鏡面銑技術85金剛石車削技術

金剛石車床與鏡面銑床相比，其機械結構更為復雜，技術要求更為嚴格。除了必須滿足很高的運動平穩性外，還必須具有很高的定位精度和重復精度。鏡面銑削平面時，對主軸只需很高的軸向運動精度，而對徑向運動精度要求較低。金剛石車床則須兼備很高的軸向和徑向運動精度，才能減少對工件的形狀精度和表面粗糙度的影響。超精密金剛石切削的機理：切削深度小，一般在微米級。切削表面一般由工具的擠光作用形成。超精密金剛石切削用金剛石刀具：1.刀具刃口的鋒利性(刃口半徑越小，被切削表面的彈性恢復量就越小，加工變質層也越小。刃口圓弧半徑小到10nm左右）2.切削刃的粗糙度（決定切削表面的粗糙度，Ry0.1-0.27）3.刀具與被切削材料的親和性（會加快刀具的微觀磨損）4.刀具的切削刃強度高、耐磨性應用范圍：有機玻璃、塑料、高強度鎳鋼、工具鋼、陶瓷金剛石車削技術86精密和超精密磨削

精密和超精密磨削是利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、脆性材料等進行加工，得到較高的加工精度和較低的表面粗糙度加工方式：固結磨料加工游離磨料加工加工精度1～0.1um，表面粗糙度Ra0.2-0.025um磨削機理：靠砂輪的精細修整使磨料具有微刃性和等高性，微刃的微切削作用、等高切削作用和微刃的滑擠、摩擦、拋光作用，加上無火花磨削階段的作用磨料的種類金剛石（非鐵系材料）立方氮化硼（鐵系材料）精密和超精密磨削8710.2.2LIGA技術LIGA(光刻電鑄)是德語LithographieGalvanoformungundAbforming的縮寫。LIGA技術是20世紀80年代處在德國卡爾斯魯耳原子能研究中心為提出鈾-235研制微型噴嘴結構的過程中產生的。LIGA工藝是基于X射線光刻技術的三維微結構加工技術，在原理上LIGA技術與全息記錄的大規模復制（例如，激光唱片生產）有點相仿：1）把從同步加速器發射出的具有短波長和很高平行性的X射線作為曝光光源，可在最大厚度達0.5mm的光致抗蝕劑上生成曝光圖形的三維實物；2）用曝光蝕刻的圖形實物作為電鑄的模具，生成鑄型；3）以生成的鑄型作為注射成型的模具，加工所需的微型零件。與其他立體微加工技術相比，LIGA技術具有平面內幾何圖形的任意性、高深寬比、高精度、小粗糙度、原料的多元性等突出優點。10.2.2LIGA技術LIGA(光刻電鑄)是德語Lith8810.2.3虛擬軸機床該機床的主軸單元由六根可變長度驅動桿支撐于工作臺上方。六根驅動桿的另一端通過鉸鏈固定于基礎框架上。調節六驅動桿的長度，可使主軸和刀具實現六個自由度的空間運動（包括沿3個線性虛擬軸X、Y、Z的平移運動和沿3個轉動虛擬軸A、B、C的旋轉運動），使刀具在工件上加工出復雜的三維曲面。虛擬軸機床沒有傳統機床那樣的笨重床身、立柱和導軌、滑座，只由桿件組成的框架式結構和長度可控的伸縮桿，結構簡單，剛性好，用材少，質量輕，運動速度和運動精度高，結構緊湊，動態響應速度快，易于實現高速度、高加速度和高柔性，制造方便，制造成本低，是對傳統機床結構具有重大意義的革命性創新。三桿五軸虛擬軸機床10.2.3虛擬軸機床該機床的主軸單元由六根可變長度驅動桿支8910.3綠色環保制造10.3.1綠色制造的研究內容10.3.2綠色制造系統

10.3綠色環保制造10.3.1綠色制造的研究內容907.3.1綠色制造的研究內容（1）綠色制造的理論體系包括綠色制造的資源屬性、建模理論、運行特性、可持續發展戰略，以及綠色制造的系統特性和集成特性等。（2）綠色制造的體系結構和多生命周期工程包括綠色制造的目標體系、功能體系、過程體系、信息結構、運行模式等。綠色制造涉及產品整個生命周期中的綠色性問題，其中大量資源如何循環使用或再生，又涉及產品多生命周期工程這一新概念。（3）綠色制造的系統運行模式綠色制造系統將企業各項活動中的人、技術、經營管理、物能資源、生態環境，以及信息流、物料流、能量流和資金流有機集成，并實現企業和生態環境的整體優化，達到產品上市快、質量高、成本低、服務好，有利于環境，并贏得了競爭的目的。（4）綠色制造的物能資源系統鑒于資源消耗問題在綠色制造中的特殊地位，且涉及綠色制造全過程，因此，要建立綠色制造的物能資源系統，并研究制造系統的物能資源消耗規律、面向環境的產品材料選擇、物能資源的優化利用技術、面向產品生命周期和多生命周期的物能流和能源的管理與控制等問題。7.3.1綠色制造的研究內容（1）綠色制造的理論體系91圖1綠色制造系統模型圖2工業企業實施綠色制造的過程圖圖1綠色制造系統模型圖2工業企業實施綠色制造的過程圖92結束語：2021年先進制造技術展望結束語：2021年先進制造技術展望93機械加工工藝基礎

多媒體教學課件機械加工工藝基礎多媒體教學課件94

第七章

加工中心自動編程與操作返回索引第七章951加工中心簡介加工中心簡介加工中心的特點1.1加工中心刀具及加工范圍1.2加工中心的組成1.31加工中心簡介加工中心簡介加工中心的特點1.1加工中心刀961.1加工中心的特點加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數控機床，集銑削、鉆削、鉸削、鏜削、攻螺紋和切螺紋于一身，綜合加工能力較強。全封閉防護工序集中，加工連續進行使用多把刀具，自動進行刀具交換多個工作臺，自動進行工作臺交換功能強大，趨向復合加工高自動化、高精度、高效率高投入，在適當的條件下才能發揮最佳效益1.1加工中心的特點加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數97主要加工對象：1）既有平面又有孔系的零件①箱體類零件②盤、套、板類零件

2)復雜曲面類零件①凸輪類②整體葉輪類③模具類

3）外型不規則零件

4）加工精度要求高的中小批量零件

5）新產品試制中的零件主要加工對象：981.2加工中心刀具及加工范圍銑削加工中心可銑削平面、臺階面、各種溝槽以及復雜的曲面。1.2加工中心刀具及加工范圍銑削99鉆削加工中心可鉆削各種規格的孔，包括螺紋孔。鉆削100鏜削加工鏜削加工1011.3加工中心的組成

基礎部件：

基礎部件是加工中心的基礎結構，它主要由床身、工作臺、立柱三大部分組成；（一般為鑄鐵）1.3加工中心的組成基礎部件：102主軸部件：

主軸部件由主軸箱、主軸電機、主軸和主軸軸承等零部件組成，主軸是加工中心切削加工的功率輸入部件，它的起動、停止、變速、換向等都由數控系統控制。主軸的旋轉精度和定位精度是影響加工精度的重要因素。

主軸部件：103數控系統：數控系統由CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅動系統等組成。數控系統：104自動換刀系統：

自動換刀系統由刀庫和換刀裝置組成。工件在一次裝夾后，可連續完成對工件表面自動進行鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工步的加工。

自動換刀系統：105輔助裝置：

潤滑、冷卻、排屑、液壓、氣動等

輔助裝置：1062自動編程概述自動編程手工編程與自動編程2.1自動編程方式的分類2.2數控加工應注意的策略2.4自動編程的流程2.32自動編程概述自動編程手工編程與自動編程2.1自動編程方1072.1手工編程與自動編程手工編程概念：手工編程指主要由人工來完成數控編程中各個階段的工作。特點：耗費時間較長，容易出現錯誤，無法勝任復雜形狀零件的編程。據國外資料統計，當采用手工編程時，一段程序的編寫時間與其在機床上運行加工的實際時間之比，平均約為30：1；而數控機床不能開動的原因中有20%~30%是由于加工程序編制困難，編程時間較長。應用：一般對幾何形狀不太復雜的零件，所需的加工程序不長，計算比較簡單，用手工編程比較合適。2.1手工編程與自動編程手工編程108自動編程概念：也稱為計算機輔助零件編程，即數控機床的程序編制的工作的大部分或一部分是由計算機來完成的。特點：自動編程具有編程速度快、周期短、質量高、使用方便等優點。應用：能完成用手工編程無法編制的復雜零件的數控加工程序，而且零件越是復雜，其經濟效益越好。自動編程是數控加工發展的必然趨勢！自動編程自動編程是數控加工發展的必然趨勢！109APT語言自動編程圖形交互自動編程自動編程方式2.2自動編程方式的分類APT語言自動編程圖形交互自動編程自動編程方式2.2自動110API語言自動編程APT（AutomaticallyProgrammedTool）語言是一種對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運動進行定義時用的一種接近于英語的符號語言，把用此語言編寫的零件程序輸入計算機，進行APT處理程序經過編譯和運算，輸出刀具加工軌跡，然后再經過后置處理，轉化為數控機床所需的指令格式。特點：采用數控語言編程具有程序簡練、走刀控制靈活等優點，使數控加工編程從面向機床指令的“匯編語言”級，上升到面向元素——點、線、面的高級語言級。缺點：1）零件的設計與加工之間用圖紙傳遞數據，阻礙了設計與制造的一體化。2）圖紙的解釋、工藝過程規劃要工藝人員完成，對用戶的技術水平要求較高。3）系統本身缺少對零件形狀、刀具運動軌跡的直觀圖形顯示和刀具軌跡的驗證手段。API語言自動編程111圖形交互自動編程以圖形要素為輸入方式。從零件及刀具幾何形狀的輸入、顯示和修改，刀具運動的定義，刀具軌跡的生成，加工過程的動態仿真顯示，直至數控加工程序的產生都是在圖形交互方式下得到的。特點：具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于檢查等優點。目前以成為國內外先進的CAD/CAM軟件普遍采用的數控編程方法。國外：CIMATRON、MASTERCAM、SIMENSNX(UGNX)、CATIA、PRO/E國內：CAXA圖形交互自動編程1122.3自動編程流程原有零件圖形圖形轉換CAD造型CAM刀路程序后置處理數控加工程序加工中心零件圖紙2.3自動編程流程原有零件圖形圖形轉換CAD造型CAM1132.4數控加工應注意的策略應留有足夠的自動換刀空間，以避免與工件或夾具碰撞。應設置合理的安全平面。最終輪廓一次走刀完成為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最后一次走刀中連續加工出來。2.4數控加工應注意的策略應留有足夠的自動換刀空間，以避114選擇切入切出方向考慮刀具的進、退刀（切入、切出）路線時，刀具的切出或切入點應在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕。圖1外輪廓加工刀具的切入和切出圖2無交點內輪廓加工刀具的切入和切出選擇切入切出方向圖1外輪廓加工刀具的圖2無交點內輪廓115刀路軌跡的生成運動軌跡仿真后置處理CAM幾何造型CAD加工自動加工3Cimatron自動編程實例零件模型加工程序刀路軌跡的生成CAM幾何造型CAD加工自動加工3Cim1163.1幾何造型

幾何造型就是利用圖形交互自動編程軟件的圖形繪制、編輯修改、曲線曲面造型等有關指令，將零件被加工部位的幾何圖形準確地繪制在計算機屏幕上。同時，計算機自動生成零件的圖形數據文件，這些圖形數據是下一步刀路軌跡計算的依據。自動編程過程中，軟件將根據加工要求自動提取這些數據，進行分析判斷和必要的數學處理，以形成加工的刀路軌跡數據。3.1幾何造型幾何造型就是利用圖形交互自動編程軟1173.2刀路軌跡的生成

刀路軌跡的生成是人機交互進行的。首先在刀路軌跡生成菜單中選擇所需的菜單項，然后根據屏幕提示，用光標選擇相應的圖形目標，指定相應的坐標點，輸入所需的各種參數。軟件將自動從圖形文件中提取編程所需的信息進行分析判斷，計算出節點數據，并將其轉換成刀路數據，存入指定的刀路文件中或直接進行后置處理生成數控加工程序，同時在屏幕上顯示出刀路軌跡圖形。3.2刀路軌跡的生成刀路軌跡的生成是人機交互進1183.3運動軌跡仿真

主要用來檢驗數控程序編制的正確性，刀具與工件被加工輪廓的干涉等。可以采用動畫顯示的方法。3.3運動軌跡仿真主要用來檢驗數控程序編制的正1193.3后置處理

后置處理的目的是形成數控加工指令文件。后置處理程序是根據數控機床的要求設計出的程序，它可以把刀路數據、有關的工藝參數和輔助信息等轉換成數控系統所能接受的NC代碼指令和程序格式。3.3后置處理后置處理的目的是形成數控加工指令120

第八章

裝配返回索引第八章返121

任何一臺機器設備都是有許多零件所組成，將若干合格的零件按規定的技術要求組合成部件，或將若干個零件和部件組合成機器設備，并經過調整、檢驗等成為合格產品的工藝過程稱為裝配。

1、裝配的概念任何一臺機器設備都是有許多零件所組成，將若干合格122

第八章

零件表面的加工方案第八章123

2.裝配的工藝過程

裝配是機器制造中的最后一道工序，因此它是保證機器達到各項技術要求的關鍵。裝配工作的好壞，對產品的質量起著重要的作用。

機械加工基礎學習培訓課件-第六部分1242.1裝配前的準備工作

（1）研究和熟悉裝配圖的技術條件，了解產品的結構和零件作用，以及相連接關系。（2）確定裝配的方法、程序和所需的工具。（3）領取和清洗零件。2.1裝配前的準備工作1252.2裝配

裝配又有組件裝配、部件裝配和總裝配之分，整個裝配過程要按次序進行。1）組件裝配

將若干零件安裝在一個基礎零件上而構成組件。如減速器中一根傳動軸，就由軸、齒輪、鍵等零件裝配而成的組件。機械加工基礎學習培訓課件-第六部分126

2.2裝配

2）部件裝配

將若干個零件、組件安裝在另一個基礎零件上而構成部件（獨立機構）。如車床的床頭箱、進給箱、尾架等。

3）總裝配

將若干個零件、組件、部件組合成整臺機器的操作過程稱為總裝配。例如車床就是把幾個箱體等部件、組件、零件組合而成。2）部件裝配

將若干個零件、組件安裝在另127

2.3裝配工作的技術要求（1）裝配時，應檢查零件與裝配有關的形狀和尺寸精度是否合格，檢查有無變形、損壞等，并應注意零件上各種標記，防止錯裝。（2）固定連接的零部件，不允許有間隙。活動的零件能在正常的間隙下，靈活均勻地按規定方向運動，不應有跳動。（3）各運動部件（或零件）的接觸表面，必須保證有足夠的潤滑，若有油路，必須暢通。（4）各種管道和密封部位，裝配后不得有滲漏現象。（5）試車前，應檢查個部件連接的可靠性和運動的靈活性，各操縱手柄是否靈活和手柄位置是否在合適的位置；試車前，從低速到高速逐步進行。2.3裝配工作的技術要求128

第八章

零件表面的加工方案第八章1293、典型零件裝配方法3.1螺釘、螺母的裝配螺釘、螺母的裝配是用螺紋的連接裝配，它在機器制造中廣泛使用。裝拆、更換方便，易于多次裝拆等優點。螺釘、螺母裝配中的注意事項：（1）螺紋配合應做到用手能自由旋入，過緊會咬壞螺紋，過松則受力后螺紋會斷裂。3、典型零件裝配方法3.1螺釘、螺母的1303.1螺釘、螺母的裝配

(2)螺母端面應與螺紋軸線垂直，以受力均勻。（3）裝配成組螺釘、螺母時，為保證零件貼合面受力均勻，應按一定要求旋緊，并且不要一次完全旋緊，應按次序分兩次或三次旋緊。

3.1螺釘、螺母的裝配

(2)螺母端面應與1313.1螺釘、螺母的裝配（4）對于在變載荷和振動載荷下工作的螺紋連接，必須采用防松保險裝置。3.1螺釘、螺母的裝配（4）對于在變載荷和振動載荷下工作1323.2滾動軸承的裝配滾動軸承的裝配多數為較小的過盈配合，裝配時常用手錘或壓力機壓裝。軸承裝配到軸上時，應通過墊套施力于內圈端面上；軸承裝配到機體孔內時，則應施力于外圈端面上；若同時壓到軸上和機體孔中時，則內外圈端面應同時加壓。

3.2滾動軸承的裝配1333.2滾動軸承的裝配

如果沒有專用墊套時，也可用手錘、銅棒沿著軸承端面四周對稱均勻地敲入，用力不能太大。如果軸承與軸是較大過盈配合時，可將軸承吊放到80～90℃的熱油中加熱，然后趁熱裝配。3.2滾動軸承的裝配如果沒有專用墊1343.3齒輪的裝配

齒輪裝配的主要技術要求是保證齒輪傳遞運動的準確性、平穩性、輪齒表面接觸斑點和齒側間隙合乎要求等。輪齒表面接觸斑點可用涂色法檢驗，先在主動輪的工作齒面上涂上紅丹，使相嚙合的齒輪在輕微的制動下運轉，然后看從動輪嚙合齒面上接觸斑點的位置和大小。

3.3齒輪的裝配1353.3齒輪的裝配3.3齒輪的裝配1363.3齒輪的裝配

齒側間隙一般可用后簿規插入齒側間隙中檢查。后簿規是由一套后簿不同的鋼片組成，每片的厚度值都標注在它的表面上。3.3齒輪的裝配齒側間隙一般可用后1374、拆卸工作的要求機器拆卸工作，應按其結構的不同，預先考慮操作順序，以免先后倒置，或貪圖省事猛拆猛敲，造成零件的損傷或變形。2)拆卸的順序，應與裝配的順序相反。3)拆卸時，使用的工具必須保證對合格零件不會發生損傷，嚴禁用手錘直接在零件的工作表面上敲擊。4)拆卸時，零件的旋松方向必須辨別清楚。5)拆下的零部件必須有次序、有規則地放好，并按原來結構套在一起，配合件上做記號，以免搞亂。對絲杠、長軸類零件必須將其吊起，防止變形。機器拆卸工作，應按其結構的不同，預先考慮操作順138復習思考題加熱法裝配的理論依據是什么？2.拆卸工作何裝配工作的步驟有何不同？復習思考題139第九章快速成形制造技術第九章快速成形制造技術140引言

在制造業日趨國際化的21世紀，縮短產品開發周期和減少開發新產品投資風險成為企業賴以生存的關鍵之一，因此相繼涌現出大量的先進制造理念及制造技術，其中典型的是20世紀80年代末、90年代初發展起來的快速成形（rapidprototyping&manufacturing簡稱RP）技術。它能自動、直接、快速、精確地將設計思想轉化為具有一定功能的原形或直接制造零件/模具。引言在制造業日趨國際化的21世紀，縮短141一、快速成形的基本原理

快速成形是一種基于離散/堆積成形思想的新型成形技術，是將計算機設計產生的實體模型，由層層堆積的方式，以快速、自動化的流程制作出來。所有PR制造的本質：模型離散與層片疊加過程的統一。一、快速成形的基本原理

快速成形是一種基于1421、通過三維CAD軟件建立物理實體的三維CAD數字模型；2、按照一定的準則將該模型離散為一系列有序的單元，通常在Z向將其按一定的厚度進行離散，使原來的三維實體模型離散為一系列的層片模型；3、根據每個層片的輪廓信息，加入加工參數，生成NC代碼；4、由快速成形機制造出一系列層片并將它們連接起來，得到一個三維物體。(一)、快速成形的制作步驟

1、通過三維CAD軟件建立物理實體的三維CAD數字模型；(一143(二)、快速成形與傳統加工的區別傳統加工快速成形(二)、快速成形與傳統加工的區別傳統加工144(三)、快速成形技術（RPT）的特點1、快速成形技術采用離散/堆積成形的原理，自動完成從電子模型（CAD）到物理模型（原型和零件）的轉換。2、快速成形技術具有高度的柔性。3、快速成形技術實現了機械工程學科多年來追求的兩大先進目標，即材料提取（氣、液、固相）過程與制造過程一體化和設計(CAD)與制造(CAM)一體化。4、通過對一個CAD模型的修改或重組就可獲得一個新零件的設計和加工信息。從幾小時到幾十小時制造一個零件，具有突出快速制造的優點。5、與反求工程（(ReverseEngineering)相結合，成為快速開發新產品的有力工具。(三)、快速成形技術（RPT）的特點1、快速成形技術采用離散145

(四)、快速成形技術的應用1、新產品開發過程中的設計驗證與功能驗證

PR技術可快速地將產品設計模型轉換成實物或零件，這樣可方便地驗證設計人員的設計思想和產品結構的合理性、可裝配性、美觀性，發現設計問題可及時修改。2、可制造性、可裝配性檢驗和供貨詢價、市場宣傳對有限空間的復雜系統，如汽車、衛星、導彈的可制造性和可裝配性用PR方法進行檢驗和設計，將大大降低此類系統的設計制造難度，對于難以確定的復雜零件，可以用PR技術進行試生產以確定最佳的合理的工藝。此外，PR原型還是產品從設計到商品化各個環節中進行交流的有效手段。比如為客戶提供產品樣件，進行市場宣傳等。

(四)、快速成形技術的應用1、新產品開發過程中的設計驗證與1463、單件、小批量和特殊復雜零件的直接生產

對于高分子材料的零部件，可用高強度的工程塑料直接快速成形，滿足使用要求;對于復雜金屬零件，可通過快速鑄造或直接金屬件成型獲得。該項應用對于航空、航天及國防工業有特殊意義。

4、快速模具制造

通過各種轉換技術將RP原型轉換成各種快速模具，如低熔點合金模、硅膠模、金屬冷噴模、陶瓷模等，進行中小批量零件的生產，滿足產品更新換代快、批量越來越小的發展趨勢。3、單件、小批量和特殊復雜零件的直接生產147快速成型技術在各行業的應用汽車、摩托車:外形及內飾件的設計、改型、裝配試驗，發動機、汽缸頭試制。

家電:各種家電產品的外形與結構設計，裝配試驗與功能驗證，市場傳，模具制造。

方菱外罩快速成型技術在各行業的應用方菱外罩148航空、航天:特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發動機的試制、裝配試驗。通訊產品:產品外形與結構設計，裝配試驗,功能驗證，模具制造葉輪葉輪149工業:各種產品的設計、驗證、裝配，市場宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。增壓泵葉輪玩具轎車砂型鑄造模子增壓泵葉輪玩具轎車砂型鑄造模子150醫療:醫療器械的設計、試產、試用，CT掃描信息的實物化，手術模擬，人體骨關節的配制。

國防:各種武器零部件的設計、裝配、試制，特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。

顱骨下頜骨顱骨下頜骨151

快速成型技術不僅在制造原理上與傳統方法迥然不同，更重要的是在目前產業策略以市場響應速度為第一的狀況下，快速成型技術可以縮短產品開發周期，降低開發成本,提高企業的競爭力。快速成型技術不僅在制造原理上與傳統方152(五)、快速成形技術的分類

目前世界上已經出現了幾十種快速成形工藝，而且新的成形工藝還在不斷涌現，根據RP的成形方式將其分為激光成形和微滴成形兩大部分。(五)、快速成形技術的分類目1531、典型的激光成形工藝

（1）立體印刷SLA(StereolithergraphyApparatus)通過紫外激光使光敏樹脂固化堆積成形。

通過激光技術將成形材料分離、熔化、固化和粘結的RP成形工藝。1、典型的激光成形工藝（1）立體印刷SLA(Stere154成形過程:

液槽中盛滿液態光敏樹脂，一定波長的激光光束按計算機的控制指令在液面上有選擇地逐點掃描固化，每層掃描固化后的樹脂便形成一個二維圖形；一層掃描結束后，升降臺下降一層厚度，然后進行第二層掃描，同時新固化的一層牢固地粘在前一層上，如此重復直至整個成形過程結束。立體印刷的工藝原理成形過程:立體印刷的工藝原理155（2）疊層實體制造LOM(LaminatedObjectManufacturing)通過CO2激光切割很薄的紙、塑料薄膜、金屬薄帶等逐層疊加堆積成形。（2）疊層實體制造LOM(LaminatedObject156疊層實體制造的工藝原理成形過程：根據CAD模型各層切片的平面幾何信息驅動激光頭，對涂覆有熱敏膠的纖維紙（厚度0.1mm或0.2mm）進行分層實體切割；隨后工作臺下降一定高度，送進機構又將新的一層材料鋪上并用熱壓滾筒壓，使其緊粘在已經成形的基體上，激光頭再次進行切割運動切除第二層平面輪廓；如此重復直至整個三維零件制作完成。疊層實體制造的工藝原理成形過程：根據CAD模型各層切片的平面157（3）選擇性激光燒結SLS(SelectiveLaserSintering)通過CO2激光選擇性燒結粉末材料逐層疊加堆積成形。（3）選擇性激光燒結SLS(SelectiveLaser158成形過程：用塑料、陶瓷、石蠟、金屬的粉末，在激光的照射下燒結，由計算機控制，分層堆積燒結成形。激光器掃描鏡激光束平整滾筒粉末選擇性激光燒結成形的工藝原理成形過程：激光器掃描鏡激光束平整滾筒粉末選擇性激光燒結成形的159

通過微滴技術將成形材料微滴化堆積成形或將粘結劑微滴化粘結成形材料堆積成形的RP成形工藝。2、典型的微滴成形工藝

（1）熔融沉積制造FDM(FusedDepositionManufacturing)將ABS、蠟、尼龍等材料在噴頭內加熱后從細微的噴管中噴出，以連續的微滴形成絲材堆積成形。通過微滴技術將成形材料微滴化堆積成2、典型的160成形過程：直接由計算機控制的噴頭擠出熱塑材料堆積成原型的每一薄層；整個模型從基座開始，由下而上逐層生成。熔融沉積成形的工作原理成形過程：熔融沉積成形的工作原理161（2）三維印刷3DP(ThreeDimensionalPrinting)將粘結劑從噴頭噴出，粘結粉末材料堆積成形。它與SLS工藝類似，采用粉末材料成形，如陶瓷粉末、金屬粉末。所不同的是材料粉末不是通過燒結連接起來的，而是通過噴頭用黏結劑（如硅膠）將零件的截面“印刷”在材料粉末上面。

（3）三維焊接3DW(3DWelding)采用堆焊原理將金屬絲線堆積成形的直接金屬型成形工藝。機械加工基礎學習培訓課件-第六部分162（六）快速成形技術的典型工藝MEM工藝原理：熔融擠壓成形（類似于FDM工藝）成形過程：將絲狀熱熔型材料（如ABS）通過液化器熔化，而后擠壓噴出并堆積一個層片，然后將第二個層片用同樣的方法加工，并與前一個層面熔結在一起，如此層層堆積而獲得一個三維實體。MEM工藝原理（六）快速成形技術的典型工藝MEM工藝原理：熔融擠壓成形（類163

MEM工藝有以下優點：工業:各種產品的設計、驗證、裝配，市場宣傳，玩具、鞋類模具的快速制造。后處理：原型后處理簡單、方便。工藝適用范圍：