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1、机械制造技术基础,GDUT,*,1,第五章 非传统加工与先进制造技术,第一节 非传统加工 第二节 细微制造技术 第三节 超精密加工 第四节 柔性制造自动化技术与系统 第五节 先进生产模式,一、电火花加工 二、电解加工 三、激光加工,一、细微切削加工 二、细微磨削加工 三、细微蚀刻 四、超声波加工 五、电子束加工 六、离子束加工 七、 快速成形技术,一、超精密加工概念 二、超精密加工的地位及意义 三、特点、应用范围及分类 四、超精密加工技术的影响因素,一、柔性制造系统产生的背景 二、柔性制造系统的功能及适应范围,一、计算机集成制造系统（） 二、智能制造系统（） 三、精良生产（） 四、敏捷制造（）
2、,*,2,第一节 非传统加工,科学技术的发展提出了许多传统切削加工方法难以胜任的制造任务。 非传统加工法正是为完成这些制造任务产生和发展起来的。,高强度、高硬度、高脆性或高熔点的各种难加工材料的加工 具有较低刚度或复杂曲面的特殊零件的加工,*,3,特种加工是利用化学的、物理的（电、声、光、热、磁）、电化学的方法对材料进行加工的 特种加工能解决大量的普通机械加工方法难以解决甚至不能解决的问题,*,4,非传统加工种类,化学加工（CHM） 电化学加工（ECM） 电化学机械加工（ECMM） 电火花加工（EDM） 电接触加工（RHM） 超声波加工（USM） 激光束加工（LBM） 离子束加工（IBM）,电
3、子束加工（EBM） 等离子体加工（PAM） 电液加工（EHM） 磨料流加工（AFM） 磨料喷射加工（AJM） 液体喷射加工（HDM） 以及各种复合加工,*,5,一、电火花加工,1.电火花加工原理 利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件的表面材料来实现加工。 图6-1为电火花加工装置原理图。,*,6,2.电火花加工机床的组成 由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本体及工作液循环过滤系统等。 电火花加工的电源应选择直流脉冲电源，以形成明显的极效应。 图6-2是线切割机床的工作原理图,*,7,电火花加工的特点及应用,电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加工，不受材料的强度、硬度、脆
4、性、韧性及熔点的影响； 加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小孔、窄缝的加工；,*,8,电火花加工的特点及应用,可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的一次成形； 可以用来进行切断、切割，以及表面强化、刻写、打印铭牌和标记等。 缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热影响层等。,*,9,二、电解加工,1.电解加工原理 电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。 电解加工时，工件接电源的正极，工具接负极。 图6-3为电解加工的工作原理图。,*,10,2.电解加工设备的组成 由机床本体、电源和电解液系统等部分组成。,*,11,电解加工的特点及应用,工
5、作电压低，电流大；不受加工材料的硬度、强度、韧性的限制，可加工多种难切削金属材料；加工效率比电火花成形加工高510倍；无机械切削或切削热；平均加工公差可达0.1mm；附属设备多，占地面积大，造价高；电解液腐蚀机床，易污染环境。,*,12,三、激光加工,1.激光加工概述 激光特征：亮度高、方向性好、单色性好、相干性好-利用光学系统可聚焦称极小的光斑，获得极高能量密度和极高的温度。 影响激光加工的因素：输出功率与照射时间；焦距、发散角与焦点位置；照射次数；工件材料等。 图6-4为激光加工机示意图,*,13,2.激光加工机的组成 激光加工机通常由激光器、电源、光学系统和机械系统组成。,*,14,3.
6、激光加工的特点 不需要加工工具；激光束功率密度高，几乎可以加工任何难加工的材料；工件无受力变形；激光打孔、切割的速度很高，加工部位材料几乎不受切削热的影响，热变形小；激光切割的切缝窄，切割边缘质量好。,*,15,四、超声波加工,利用工具端面作超声频振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。 超声波加工适合于加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝石、金刚石等。 图6-5为超声波加工的原理图,*,16,五、电子束加工,1.电子束加工原理 分为电子束热加工和电子束化学加工 电子束热加工 利用电子束的热效应来实现加工的。如电子束熔炼、电子束焊接、电子束打孔
7、等（图5-1）,*,17,电子束化学加工 功率密度非常低的电子束照射到工件表面（高分子材料），入射电子与高分子相碰撞，使分子链断裂或重新聚合，从而使高分子材料的分子量和化学性质发生变化，这就是电子束的化学效应。利用该效应可以进行化学加工。,*,18,2.电子束加工设备主要由以下四部分组成： 电子枪系统：由电子发射阴极、控制栅极和加速阳极组成，电子枪用来发射高速电子，并初步聚焦，使电子加速。 控制系统：由聚焦装置、偏转装置和工作台位移装置等组成。,*,19,真空系统：形成真空环境。电子高速运动、发射阴极不被氧化以及被加工表面不被氧化等，均需要真空环境。 电源系统：提供各种控制电压和加速电压。,*
8、,20,电子束加工应用,电子束光刻-光刻胶是高分子材料，按规定图形对光刻胶进行电子束照射就会产生潜像。再将它浸入适当的溶剂中，由于照射部分和未照射部分材料的分子量不同，溶解速度不一样，就会使潜像显影出来。 集成电路光刻工艺原理（图6-7）：,*,21,电子束加工的应用范围,不锈钢、耐热钢、合金钢、陶瓷、玻璃和宝石等难加工材料的圆孔、异形孔和窄缝的加工，最小孔径可达0.020.003mm。 用来焊接难溶金属、化学性能活泼的金属，以及碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。 细微加工的光刻。 电子束加工用于精密加工时要考虑热的影响。,*,22,六、离子束加工,在真空条件下，利用惰性气体离子在电场中加速而形
9、成的高速离子流来实现微细加工的工艺方法。 离子束加工是一种新兴的细微加工方法，在亚微米至纳米级精度的加工中很有发展前途。,*,23,离子束加工种类,离子束溅射去除加工：离子聚焦成细束状，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，实现原子或离子与母材的分离。 离子束溅射镀膜加工：离子被加速，打在靶材上，靶材分离出原子或分子，附着到工件表面形成镀膜。,*,24,离子束加工种类,离子束溅射注入加工：用高能离子轰击工件表面，将离子打入工件表层，其电荷被中和，成为置换原子或晶格间原子，留在工件表层，从而改变了工件表层的材料成分和性能。 离子束加工对工件几乎没有热影响。,*,25,七、快速成形技术,1.概述 20
10、世纪80年代中期发展起来的一种新技术-传统的加工方法是“去除”材料，而快速成形技术则采用“增加”材料。 2.快速光造影系统（SLA） SLA组成：CAD/CAM系统、光学系统及扫描控制系统、光敏树脂、树脂容器及升降工作台以及后固化装置等组成。,*,26,3.其他类型的快速成形系统 图a采用塑料作原料，零件按照每层的形状由热熔塑料堆砌而成； 图b采用固体粉末作原料，零件由大功率激光束逐层扫描烧结而成； 图c采用固体粉末作原料，零件是逐层按所要求形状粘接而成； 图d ，零件由一层层纸或尼龙布粘接而成。,*,27,Click to edit company slogan .,Thank You !,
11、GDUT,*,28,1、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。20.8.2120.8.21Friday, August 21, 2020 2、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。20:48:3520:48:3520:488/21/2020 8:48:35 PM 3、越是没有本领的就越加自命不凡。20.8.2120:48:3520:48Aug-2021-Aug-20 4、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。20:48:3520:48:3520:48Friday, August 21, 2020 5、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。20.8.2120.8.2120:48:3520:48
12、:35August 21, 2020 6、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。2020年8月21日星期五下午8时48分35秒20:48:3520.8.21 7、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。2020年8月下午8时48分20.8.2120:48August 21, 2020 8、业余生活要有意义，不要越轨。2020年8月21日星期五8时48分35秒20:48:3521 August 2020 9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。下午8时48分35秒下午8时48分20:48:3520.8.21 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。8/21/2020 8:48:35 PM20:48:352020/8/21 11、自己要先看得起自己，别人才会看得起你。8/21/2020 8:48 PM8/21/2020 8:48 PM20.8.2120.8.21 12、这一秒不放弃，下一秒就会有希望。21-Aug-2021 August 202020.8.21 13、无论才能知识多么卓著，如果缺乏热情，则无异纸上画饼充饥，无补于事。Friday, August 21, 202021-Aug-2020.8.21 14、我只是自己不放过自己而已，现在我不会再逼自己眷恋了。20.8.2120:48:3521 August 202020:48,谢谢大家,
