《工业生产技术基础 教学课件 ppt 作者 刘群山 等主编 第十二章 先进加工技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工业生产技术基础 教学课件 ppt 作者 刘群山 等主编 第十二章 先进加工技术（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、工业生产技术基础,第十二章 先进加工技术,第一节 特种加工技术 第二节 数控加工技术 第三节 快速原型制造技术,第一节 特种加工技术,一、基础知识 二、电火花加工 三、线切割加工,一、基础知识,1.特种加工的产生与发展 2.特种加工方法的分类 3.特种加工对机械制造工艺技术产生的影响,1.特种加工的产生与发展,(1)与传统的切削加工相比，特种加工的特点 (2)特种加工方法可以解决的工艺难题,(1)与传统的切削加工相比，特种加工的特点,1)工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。 2)可直接利用电能、电化学能、声能或光能等对材料进行加工。 3)加工过程中的机械力不明显。 4)各种特种加工方法可
2、以有选择地复合成新的工艺方法，使生产效率成倍地增长，加工精度也相应提高。 5)几乎每产生一种新的能源，就有可能导致一种新的特种加工方法的产生。,(2)特种加工方法可以解决的工艺难题,1)解决各种难切削材料的加工问题，如耐热钢、不锈钢、钛合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷、宝石、金刚石，以及锗和硅等各种高强度、高硬度、高韧性、高脆性及高纯度的金属和非金属的加工。 2)解决各种复杂零件表面的加工问题，如各种热锻模、冲裁模和冷拔模的模腔和型孔，整体涡轮、喷气涡轮机的叶片，炮管内膛线以及喷油嘴和喷丝头的微小异形孔的加工问题。 3)解决各种精密的、有特殊要求的零件加工问题，如航空航天、国防工业中表面质量和精度
3、要求都很高的陀螺仪、伺服阀，以及低刚度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等的加工。,2.特种加工方法的分类,(1)电能与热能作用方式 电火花成形与穿孔加工、电火花线切割加工、电子束加工和等离子体加工。 (2)电能与化学能作用方式 电解加工、电铸加工和刷镀加工。 (3)电化学能与机械能作用方式 电解磨削、电解珩磨。 (4)声能与机械能作用方式 超声波加工。 (5)光能与热能作用方式 激光加工。 (6)电能与机械能作用方式 离子束加工。 (7)液流能与机械能作用方式 挤压珩磨和水射流切割。,3.特种加工对机械制造工艺技术产生的影响,(1)改变了对材料可加工性的认识 对切削加工而言，淬火钢、硬质合金、陶瓷、
4、立方氮化硼和金刚石一直被认为是难切削材料。 (2)要重新衡量设计结构工艺性的优劣问题 在传统的结构设计中，常认为方孔、小孔、弯孔和窄缝的结构工艺性很差。 (3)对零件的结构设计带来重大变革 喷气发动机的叶轮由于形状复杂，过去只能在做好一个个的叶片后再组装而成，有了电解加工，设计人员就可以设计整体涡轮了。 (4)可以进一步优化零件的加工工艺过程 按传统切削加工，除磨削外，其他切削加工一般需要安排在淬火工序之前。,二、电火花加工,1.电火花加工原理 2.电火花加工特点 3.电火花加工的应用范围,1.电火花加工原理,电火花加工是利用两电极间隙脉冲放电产生的电腐蚀现象，对金属材料蚀除的一种加工方法。它
5、的实质是“电蚀”。所谓电蚀，就是带电两极间的绝缘介质被瞬时击穿时产生火花而形成高温，使两极材料在放电点处受到局部蚀除的现象。所以，电火花加工也被称为电蚀或放电加工。又因其加工过程可以见到火花，故名电火花加工。,1.电火花加工原理,图12-1 电火花加工原理 1工件(电极) 2脉冲电源 3间隙自动调节器 4工具电极 5工作液 6工作液泵 7过滤器,1.电火花加工原理,图12-2 电蚀过程 a)两极最近点处 b)加工表面形成小凹坑,2.电火花加工特点,1)能“以柔克刚”。 2)加工时工具电极和工件不接触，两者之间的宏观作用力极小，所以便于加工小孔、深孔和窄缝零件，不会因工件或工具的刚度太低而无法加
6、工。 3)对整个工件来说，可以少受或不受热的影响，故可减少热影响层，提高加工后的表面质量；也适合加工热敏感材料，如硬质合金等。 4)电火花加工机床没有复杂的运动传动链，其结构比金属切削机床简单。,3.电火花加工的应用范围,1)用于加工普通机械加工方法难以加工或无法加工的高硬度导电材料，如淬火钢、硬质合金、聚晶金刚石等，尤其适合模具的加工要求。 2)用于加工低刚度零件和零件的细微加工。 3)用于加工零件的小孔、窄槽、异形孔、弯孔等机械加工难以实现的工序，如图12-3所示。,图12-3 电火花穿孔加工,3.电火花加工的应用范围,三、线切割加工,1.线切割加工原理,线切割又称电火花线切割加工，是电火
7、花加工的一种，其工作原理如图12-4所示。它是利用移动的金属丝(铜丝或钼丝)作为工具电极，以被切割材料为工件电极，按预定的轨迹，对工件进行脉冲火花放电所形成的电蚀切割加工。工作时，脉冲电源的一个极接工件，另一个极接缠绕金属丝的储丝筒。如果切割图示的内封闭结构，钼丝先穿过工件上预加工的工艺小孔，再经导轮由储丝筒带动作正、反向的往复移动。在两极之间沿金属丝喷注工作液，起绝缘、冷却和冲走屑末的作用。当工件接近金属丝，距离小到一定程度并轻微接触时，在脉冲电压的作用下，绝缘的工作液被击穿，在金属丝与工件之间形成瞬时放电通道，产生瞬时高温使工件材料局部熔化甚至汽化而被蚀除下来。工作台在水平面两个坐标方向按
8、各自预定的控制程序，根据放电间隙状态作伺服进给移动，合成各种曲线轨迹，把工件切割成形。,1.线切割加工原理,1.线切割加工原理,图12-4 线切割加工,第二节 数控加工技术,一、数控加工基础 二、数控车削加工 三、加工中心 四、工业机器人 五、柔性制造系统 六、计算机集成制造系统,一、数控加工基础,1.数控技术和数控装置的概念 2.数控机床的组成 3.数控系统的分类 4.数控系统基本功能 5.数控加工的特点,1.数控技术和数控装置的概念,数控技术是指用数字量发出指令实现控制的技术，简称NC(Numerical Control)。它是一种可编程的自动控制方式。它控制的量一般是位置、角度、速度等机
9、械量，也有温度、压力、流量、颜色等物理量，其大小不仅可用数字表示，而且是可测的。 数控技术的发展依赖于计算机技术的发展。对于许多零件而言，没有计算机辅助零件编程，想要执行零件程序的功能是不可能的。另外，通过一些交互图形和声控程序设计技术，用计算机可以精化和改进数控零件编程技术。 如果一台机床(如切割机床、锻压机床等)，实现其自动工作的命令是以数字形式来描述的，则称其为数控机床。,2.数控机床的组成,图12-5 数控机床的基本组成框图,3.数控系统的分类,(1)点位数控系统 此类系统控制运动部件的精确位置，如控制刀具对工件的定位，而对定位过程中的运动轨迹没有严格要求，可以先沿一个坐标移动完毕，再
10、沿另一个坐标移动，也可以沿多个坐标同时移动。 (2)直线数控系统 它除控制运动部件的精确位置外，还需保证其移动轨迹为直线。 (3)连续数控系统 又称轮廓数控系统，它能对两个或两个以上坐标轴同时移动的瞬时位置和速度进行严格的控制。,4.数控系统基本功能,(1)控制功能 (2)程序的输入和输出功能 (3)编程、存储和记忆功能 此功能表现在所采用的编程语言以及程序的更改、删除、插入、存储和记忆等。 (4)补偿功能 在数控机床中，常见的补偿功能有刀具的半径、长度、位置补偿，以及间隙补偿、螺距误差补偿等。 (5)自诊断与监控功能 它是指对数控系统本身进行检查，将结果予以显示和对故障采取措施的能力。,(1
11、)控制功能,1)控制轴数和联动轴数。控制轴数，是指数控系统所能控制运动部分的坐标轴数目；联动轴数，是指在系统的控制下能按某给定规律同时协调运动的坐标轴数。 2)插补能力。为保证坐标轴的运动能按照所要求的轨迹进行，并且误差小，速度快，应在轨迹的起点与终点之间按照一定的算法划分数据点，并将其分解成相关坐标的移动量，这就是插补。常用的插补有直线插补、圆弧插补和高次曲线插补等。 3)控制进给速度。它是指加工工具向工件进给的相对速度，单位为m/min或mm/s。,(2)程序的输入和输出功能,1)最小设定单位。它是指输入数据时一个脉冲当量的规定值，例如0.001mm或0.001。 2)最小移动单位。它是指
12、输出脉冲的移动当量，在理想情况下最小移动单位与最小设定单位相同。 3)输入、输出功能。输入装置通常有键盘、读带机等；输出装置通常有视频显示器(CRT)、字符显示器等。,5.数控加工的特点,(1)加工精度高 尺寸精度一般在0.0050.1mm，不受工件形状复杂程度的影响。 (2)自动化程度高 除了手工装夹毛坯外，全部加工过程都由机床自动完成。 (3)生产准备周期短 采用数字控制可以省去许多专用工夹具、样板和标准样件，适合现代产品改型频繁、试制周期短等特点。 (4)便于实现CAD/CAPP/CAM的集成化。,二、数控车削加工,数控车削加工的特点主要体现在其“数控”的各种功能上，加上完善的机械机构，
13、使之具有以下特点： 1)能加工轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件。 2)加工变径表面时表面粗糙度不受影响。 3)能加工特殊类型的螺旋面。 4)能加工超精零件。,三、加工中心,1.镗铣类加工中心 2.车削类加工中心,1.镗铣类加工中心,如图12-6所示，它把镗削、铣削、钻削和螺纹切削等功能集中在一台数控设备上，使之具有多种工艺手段。更重要的是，加工中心设置有刀库，刀库中存放有十几种甚至上百种刀具或验具，在加工过程中可实现由程序自动选用。这是它区别于数控镗床和数控铣床的重要特征。 镗铣类加工中心具有较强的综合加工能力，它能将若干个加工过程集中起来。在工件的一次装夹中，按预定程序自动实现多种
14、加工，可简化工艺过程设计，减少零件的周转时间，加工精度高，加工效率是普通设备的510倍。,1.镗铣类加工中心,图12-6 镗铣类加工中心,2.车削类加工中心,图12-7 车削类加工中心,2.车削类加工中心,对卧式结构车削类加工中心来说，与卧式数控车床的本质差别在于它具备下面两种先进功能： (1)动力刀具功能 这是通过刀架的内部机构，使刀架上某一刀位或全部刀位上的铣刀或钻头等回转的功能。 (2)C轴位置控制功能 C轴是指以卡盘与工件的回转中心轴(即Z轴)为中心的旋转坐标轴。,四、工业机器人,(1)组成 工业机器人系统结构如图12-8所示。 (2)分类 若按照主结构或者手臂的坐标系统来划分，工业机
15、器人可分为四种类型：直角坐标型(三个直线坐标轴)；圆柱坐标型(二个直线坐标轴和一个回转轴)；球坐标型(一个直线坐标轴和二个回转轴)；关节型(三个回转轴)。 (3)工业机器人的控制方式 主要有两种：是采用开环控制策略的点位控制方式(如点焊机器人等)；是采用闭环控制策略的轮廓控制或连续轨迹控制方式(如喷漆机器人、弧焊机器人等)。 (4)编程 工业机器人系统的编程远比数控机床中零件加工的编程复杂。,(1)组成,图12-8 工业机器人系统结构,五、柔性制造系统,柔性制造系统是一种在中央计算机控制下，由二台以上配有自动刀具交换和自动工件托盘交换装置的数控机床以及自动化物料运送装置组成的，并具有对生产负荷
16、平衡、生产调度、制造过程实时控制与监控功能的，可加工多族零件的柔性自动化生产系统，简称为FMS。FMS的基本工作原理是：在它包括的多个制造单元中，每个制造单元均有一台工业机器人服务于若干台数控机床或加工中心以及其他独立系统(例如检验机、焊接机、电火花机床、高功率激光站等)；各个制造单元沿着一个中央物料输送系统(例如牵引线系统、线导式小车、带式传送带系统、滚柱式传送带系统等)来分布，而传送带上可以传送许多不同的零件；每个零件的生产需要组合不同的制造单元来进行加工，并且多数情况下需要一个以上的制造单元才能完成一个给定的加工步骤。,六、计算机集成制造系统,计算机集成制造系统(简称CIMS)是在信息技术、自动化技术、计算机技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂的全部生产活动(市场信息、设计制造和经营管理等)与整个生产过程有关的物料流和信息流实现高度统一的综合化管理，从而将各种分散的自动化系统有机地集成起来，构成一个优化的完整的生产系统，实现产品优质、高产、低耗和短周期的目标，提高了企业对市场的竞争力和应变力。采用CIMS可获得以下多方面的效益：
