机械制造技术的发展教学课件PPT

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1、第第7章章 制造技术的发展制造技术的发展Development of Manufacturing Technology本章主要内容：本章主要内容： 机械制造技术的发展趋势、精密加工与机械制造技术的发展趋势、精密加工与超精密加工、非传统加工方法。超精密加工、非传统加工方法。17.1 先进制造技术及发展先进制造技术及发展Advanced Manufacturing Technology and Development 27 7.1.1 .1.1 现代机械制造技术的特点现代机械制造技术的特点 现代制造技术即用先进的制造技术现代制造技术即用先进的制造技术现代制造技术即用先进的制造技术现代制造技术即用先

2、进的制造技术( ( ( (Advanced Advanced Advanced Advanced Manufacturing TechnologyManufacturing TechnologyManufacturing TechnologyManufacturing Technology，AMT)AMT)AMT)AMT)来代替传统的制来代替传统的制来代替传统的制来代替传统的制造技术。先进制造技术（造技术。先进制造技术（造技术。先进制造技术（造技术。先进制造技术（AMTAMTAMTAMT）是一种以优质、高是一种以优质、高是一种以优质、高是一种以优质、高效、低能耗、洁净和灵活性为典型特征的新的机

3、械效、低能耗、洁净和灵活性为典型特征的新的机械效、低能耗、洁净和灵活性为典型特征的新的机械效、低能耗、洁净和灵活性为典型特征的新的机械制造技术。重视、发展和应用这种先进的制造技术制造技术。重视、发展和应用这种先进的制造技术制造技术。重视、发展和应用这种先进的制造技术制造技术。重视、发展和应用这种先进的制造技术对于一个国家国民经济水平的发展有着重大的意义。对于一个国家国民经济水平的发展有着重大的意义。对于一个国家国民经济水平的发展有着重大的意义。对于一个国家国民经济水平的发展有着重大的意义。3一、一、AMTAMT的产生背景的产生背景 AMTAMT首先由美国于首先由美国于2020世纪世纪8080年

4、代末提出。年代末提出。 长长期期以以来来，美美国国政政府府只只对对基基础础研研究究、卫卫生生健健康康、国国防防技技术术等等给给予予经经费费支支持持，而而对对产产业业技技术术不不予予支支持持，主主张张产产业业技技术术通通过过市市场场竞竞争争，由由企企业业自自主主发发展展 2020世世纪纪7070年年代代，一一批批美美国国学学者者不不断断鼓鼓吹吹美美国国已已进进入入“后后工工业业化化社社会会”，认认为为制制造造业业是是“夕夕阳阳工工业业”，主主张张经经济济重重心心由由制制造造业业转转向向高高科科技技产产业业和和第三产业第三产业4结结果果：导导致致美美国国在在经经济济上上的的竞竞争争力力下下降降，贸

5、贸易易逆逆差差巨巨增增，日日本本家家电电、汽汽车车大大量量涌涌入入并并占占领领了了美美国国市市场场。（2020世世纪纪6060年年代代美美国国汽汽车车产产量量占占世世界界汽汽车车总总产产量量的的2/32/3，而到了，而到了8080年代下降到不足年代下降到不足1/31/3）。）。 2020世纪世纪8080年代年代, ,美国政府开始认识到问题的严重性。美国政府开始认识到问题的严重性。 白宫一份报告称白宫一份报告称“美国经济衰退已威胁到国家安全美国经济衰退已威胁到国家安全” MIT MIT 的一份报告写到的一份报告写到“经济竞争归根结底是制造技经济竞争归根结底是制造技术和制造能力的竞争术和制造能力的

6、竞争”，“一个国家要生活好，必须一个国家要生活好，必须生产好生产好”，表明美国知识界与政府之间取得了共识。，表明美国知识界与政府之间取得了共识。5 19881988年年, ,美国政府投资进行大规模美国政府投资进行大规模“2121世纪制造企业世纪制造企业战略战略”研究研究, ,并于其后不久提出了并于其后不久提出了“先进制造技术先进制造技术”发展目标，制定并实施了发展目标，制定并实施了“先进制造技术计划先进制造技术计划（ATPATP）”和和“制造技术中心计划（制造技术中心计划（MTCMTC）” 19911991年，白宫科学技术政策办公室发表年，白宫科学技术政策办公室发表“美国国家美国国家关键技术关

7、键技术”报告，重新确立了制造业的地位报告，重新确立了制造业的地位 19931993年年，克克林林顿顿在在硅硅谷谷发发表表题题为为“促促进进美美国国经经济济增增长长的的技技术术 增增强强经经济济实实力力的的新新方方向向”的的演演说说，对制造业给予了实质性强有力的支持。对制造业给予了实质性强有力的支持。6 “制制造造业业仍仍是是美美国国的的经经济济基基础础，美美国国曾曾多多年年是是制制造造业业的的世世界界领领袖袖，不不受受挑挑战战。但但近近十十年年我我们们的的实实力每况愈下力每况愈下 美美国国企企业业和和政政府府对对制制造造技技术术投投资资不不足足，与与其其它它外外国国竞竞争争者者相相比比，美美国

8、国公公司司在在整整个个研研究究开开发发计计划划中中忽忽视视了了与与工工艺艺有有关关的的研研究究开开发发忽忽视视了了现现有有技技术术和和诀窍的传播诀窍的传播” 随着美国在随着美国在“先进制造技术计划（先进制造技术计划（ATP）”和和“制造技术中心计划（制造技术中心计划（MTC）”的实施和推行，从而的实施和推行，从而取得了明显的效果。取得了明显的效果。7 汽车汽车汽车汽车 2mm 2mm 2mm 2mm 工程，使轿车车身精度达到丰田水平。工程，使轿车车身精度达到丰田水平。工程，使轿车车身精度达到丰田水平。工程，使轿车车身精度达到丰田水平。1994 1994 1994 1994 年年年年，美美美美国

9、国国国汽汽汽汽车车车车产产产产量量量量重重重重新新新新超超超超过过过过日日日日本本本本，重重重重新新新新占占占占领领领领欧欧欧欧、美市场美市场美市场美市场美美美美国国国国InterInterInterInter公公公公司司司司成成成成为为为为世世世世界界界界最最最最大大大大的的的的芯芯芯芯片片片片制制制制造造造造商商商商（在在在在此此此此之之之之前前前前芯芯芯芯片片片片生生生生产产产产也也也也不不不不敌敌敌敌日日日日本本本本，包包包包括括括括海海海海湾湾湾湾战战战战争争争争中中中中大大大大出出出出风风风风头头头头的的的的“爱国者爱国者爱国者爱国者”导弹上使用的芯片也是日本制造的）导弹上使用的芯

10、片也是日本制造的）导弹上使用的芯片也是日本制造的）导弹上使用的芯片也是日本制造的）20202020世世世世纪纪纪纪90909090年年年年代代代代，经经经经济济济济持持持持续续续续增增增增长长长长，失失失失业业业业率率率率降降降降低低低低到到到到历历历历史史史史最最最最低水平低水平低水平低水平提提提提出出出出了了了了一一一一系系系系列列列列的的的的先先先先进进进进制制制制造造造造技技技技术术术术的的的的新新新新理理理理论论论论、新新新新思思思思想想想想，如如如如：CECECECE，LPLPLPLP，AMAMAMAM，8 对对AMTAMT而而言言，至至今今尚尚无无明明确确的的和和一一致致公公认认

11、的的定定义义，通过对其特征的分析和多年的实践总结，可以认为：通过对其特征的分析和多年的实践总结，可以认为： AMTAMT是是制制造造业业不不断断吸吸收收信信息息技技术术和和现现代代管管理理技技术术的的成成果果，将将其其综综合合应应用用于于产产品品设设计计、加加工工、检检测测、管管理理、销销售售、使使用用、服服务务乃乃至至回回收收的的制制造造全全过过程程，以以实实现现优优质质、高高效效、低低耗耗、清清洁洁、灵灵活活生生产产，提提高高对对动动态态多多变变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。二、二、AMTAMT的定义、要点和特征的定义、要点和特征AMT 的

12、定义的定义9 提高制造企业对市场的适应能力和竞争力；提高制造企业对市场的适应能力和竞争力；提高制造企业对市场的适应能力和竞争力；提高制造企业对市场的适应能力和竞争力； 强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合强调信息技术、现代管理技术与制造技术的有机结合 信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用信息技术、现代管理技术在整个制造过程中综合应用AMT 要点要点AMT 特征特征 AMT 是一项综合性技术是一

13、项综合性技术 AMTAMT不不是是一一项项具具体体的的技技术术，而而是是利利用用系系统统工工程程思思想想和和方方法法将将各各种种相相关关技技术术集集合合成成一一个个整整体体的的，特特别别强强调调计计算算机机技技术术、信信息息技技术术等等的的综综合合应应用用以以及及人人、技技术术、管管理的有机结合。理的有机结合。10 AMT 是一项动态技术是一项动态技术 AMT 没没有有一一个个固固定定的的模模式式，它它要要与与企企业业的的具具体体情情况况相相结结合合。同同时时AMT 也也不不是是一一成成不不变变的的，而而是是动动态态发发展展的的，它它要要不不断断地地吸吸收收和和利利用用各各种种高高新新技技术术

14、成成果果，并并将将其其渗渗透透到到制制造造系系统统的的各各个个部部分分和和整整个个过过程程，使使其其不断趋于完善。不断趋于完善。 AMT 是面向工业应用的技术是面向工业应用的技术 AMT 有明显的需求导向特征，不以追求技术高新有明显的需求导向特征，不以追求技术高新度为目的，重在实际效果。度为目的，重在实际效果。11 AMTAMT是面向是面向2121世纪的技术世纪的技术 AMTAMT是是制制造造技技术术发发展展的的新新阶阶段段，它它保保留留了了传传统统制制造造技技术术中中有有效效要要素素，吸吸收收并并充充分分利利用用了了一一切切高高新新技技术术，使其产生了质的飞跃。使其产生了质的飞跃。 AMTA

15、MT强调环保技术，符合可持续发展的战略。强调环保技术，符合可持续发展的战略。 AMT是面向全球竞争的技术是面向全球竞争的技术 通过提高企业综合效益和对市场的快速反应能力，通过提高企业综合效益和对市场的快速反应能力，达到提高竞争力的目标。达到提高竞争力的目标。127 7.1.2 .1.2 现代机械制造技术的发展趋势现代机械制造技术的发展趋势 信信息息技技术术对对AMT发发展展起起着着越越来来越越重重要要的的作作用用 信信息息技技术术是是各各种种先先进进制制造造技技术术的的重重要要支支撑撑，信信息息技技术术向向制制造造技技术术的的注注入入与与融融合合，必必将将促促进进AMTAMT的的不不断发展。断

16、发展。 现代设计技术将迅速发展和不断完善现代设计技术将迅速发展和不断完善 包包括括CADCAD，CAECAE，DFXDFX，健健壮壮设设计计，优优化化设设计计，智智能能设计，反求工程，面向全生命周期的设计等。设计，反求工程，面向全生命周期的设计等。13 材料成形向精密、低耗、清洁方向发展材料成形向精密、低耗、清洁方向发展 材材料料成成形形技技术术将将使使毛毛坯坯从从接接近近零零件件形形状状向向直直接接制制成成工工件件精精密密成成形形或或称称净净成成形形的的方方向向发发展展。据据国国际际机机械械加加工工技技术术协协会会预预测测，本本世世纪纪初初，塑塑性性成成形形与与磨磨削削加加工工相相结结合合，

17、将将取取代代大大部部分分中中小小零零件件的的切切削削加加工工。运运用用改改性性技技术术，将将获获得得各各种种特特殊殊性性能能要要求求的的表表面面（涂涂）层层，同时减少能耗并消除污染。同时减少能耗并消除污染。 加工技术向超精密、超高速方向发展加工技术向超精密、超高速方向发展14 绿色制造将成为绿色制造将成为21世纪制造业重要特征世纪制造业重要特征 包包括括：绿绿绿绿色色色色产产产产品品品品设设设设计计计计技技技技术术术术（产产品品在在全全生生命命周周期期符符合合环环保保、人人类类健健康康、能能耗耗低低、资资源源利利用用率率高高的的要要求求）；绿绿绿绿色色色色制制制制造造造造技技技技术术术术（在在

18、整整个个制制造造过过程程，对对环环境境负负面面影影响响最最小小，废废弃弃物物和和有有害害物物质质的的排排放放最最小小，资资源源利利用用效效率率最最高高）；产产产产品品品品的的的的回回回回收收收收和和和和循循循循环环环环再再再再制制制制造造造造（例例如如，汽汽车车等等产产品品的的拆拆卸卸和和回回收收技技术术，以以及及生生态态工工厂厂的的循循环环式式制制造造技技术术等）。等）。 虚拟制造将获得广泛应用虚拟制造将获得广泛应用 用用虚虚拟拟制制造造环环境境中中生生成成的的软软产产品品原原型型代代替替传传统统的的硬硬样样品品进进行行试试验验，从从而而缩缩短短产产品品的的设设计计与与制制造造周周期期，降降

19、低成本，提高系统快速响应市场变化的能力。低成本，提高系统快速响应市场变化的能力。 157.2 精密制造技术精密制造技术Precision Manufacturing Technology167 7.2.1 .2.1 概概 述述精精密密加加工工：在在一一定定的的发发展展时时期期，加加工工精精度度和和表表面面质质量达到较高程度的加工工艺。量达到较高程度的加工工艺。一、定一、定 义义超超精精密密加加工工：在在一一定定的的发发展展时时期期，加加工工精精度度和和表表面质量达到最高程度的加工工艺。面质量达到最高程度的加工工艺。17 瓦特改进蒸汽机瓦特改进蒸汽机 镗孔精度镗孔精度 1mm 20 世纪世纪 4

20、0 年代年代 最高精度最高精度 1m 20 世纪世纪 末末 精密加工：精密加工：0.1m，Ra 0.01m（亚微米加工）亚微米加工） 超超精精密密加加工工： 0.01m ，Ra 0.001m（纳纳米米加工）加工） 微细加工微细加工 微小尺寸的精密加工微小尺寸的精密加工 超微细加工超微细加工 微小尺寸的超精密加工微小尺寸的超精密加工 二、加工精度的发展二、加工精度的发展18图7-3 达到的加工精度和年代的关系普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电

21、子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份19 三、精密与超精密加工的意义三、精密与超精密加工的意义 精精密密与与超超精精密密加加工工技技术术是是一一个个国国家家制制造造业业水水平平的的重重要标志。要标志。例例：美美国国哈哈勃勃望望远远镜镜形形状状精精度度0.01m；超超大大规规模模集集成成电电路路最最小小线线宽宽0.1m，日日本本金金刚刚石石刀刀具具刃刃口口钝钝圆圆半半径径达达2nm 精密加工与超精密加工技术是新技术的生长点。精密加工与超精密

22、加工技术是新技术的生长点。精精密密与与超超精精密密加加工工技技术术涉涉及及多多种种基基础础学学科科和和多多种种新新兴兴技技术术，其其发发展展无无疑疑会会带带动动和和促促进进这这些些相相关关科科学学技技术术的的发展。发展。20 精精密密加加工工与与超超精精密密加加工工技技术术是是先先进进制制造造技技术术的的基基础础和关键。和关键。例例：美美国国陀陀螺螺仪仪球球圆圆度度提提高高一一个个数数量量级级，使使制制造造精精度度达达到到0.10.1mm，粗粗糙糙度度Ra0.01mRa0.01m，从从而而使使洲洲际际导导弹弹的的命命中中精精度度从从500m500m控控制制在在5050150m150m范范围围内

23、内；英英国国飞飞机机发发电电机机转转子子叶叶片片加加工工误误差差从从60m60m降降至至12m12m，使使发发电电机机压压缩缩效效率率从从89%89%提提高高到到94%94%；若若能能齿齿形形误误差差从从3-4m3-4m减减小小1m1m，则则单单位位齿齿轮轮箱箱重重量量所所能能传传递递的的扭扭矩矩可可提提高高一一倍倍21 四、精密与超精密加工的特点四、精密与超精密加工的特点 直直直直接接接接式式式式进进进进化化化化加加加加工工工工：利利利利用用用用低低低低于于于于工工工工件件件件精精精精度度度度的的的的设设设设备备备备、工工工工具具具具，通通通通过过过过工工工工艺艺艺艺手手手手段段段段和和和和

24、特特特特殊殊殊殊工工工工艺艺艺艺装装装装备备备备，加加加加工工工工出出出出所所所所需需需需工工工工件件件件。适适适适用于单件、小批生产。用于单件、小批生产。用于单件、小批生产。用于单件、小批生产。 间间间间接接接接式式式式进进进进化化化化加加加加工工工工：借借借借助助助助于于于于直直直直接接接接式式式式“进进进进化化化化”加加加加工工工工原原原原则则则则，生生生生产产产产出出出出第第第第二二二二代代代代工工工工作作作作母母母母机机机机，再再再再用用用用此此此此工工工工作作作作母母母母机机机机加加加加工工工工工工工工件件件件。适用于批量生产适用于批量生产适用于批量生产适用于批量生产。“进化进化”

25、加工原则加工原则背背背背吃吃吃吃刀刀刀刀量量量量小小小小于于于于晶晶晶晶粒粒粒粒大大大大小小小小，切切切切削削削削在在在在晶晶晶晶粒粒粒粒内内内内进进进进行行行行，与与与与传传传传统切削机理完全不同。统切削机理完全不同。统切削机理完全不同。统切削机理完全不同。 微量切削机理微量切削机理22 传传统统切切削削与与磨磨削削方方法法存存在在加加工工精精度度极极限限，超超越越极极限限需采用新的方法。需采用新的方法。 特种加工与复合加工方法应用越来越多特种加工与复合加工方法应用越来越多 要要达达到到加加工工要要求求，需需综综合合考考虑虑工工件件材材料料、加加工工方方法法、加加工工设设备备与与工工具具、测

26、测试试手手段段、工工作作环环境境等等诸诸多多因因素素，是一项复杂的系统工程，难度较大。是一项复杂的系统工程，难度较大。 形成综合制造工艺形成综合制造工艺 广广泛泛采采用用计计算算机机控控制制、适适应应控控制制、再再线线检检测测与与误误差差补偿技术，以减小人的因素影响，保证加工质量。补偿技术，以减小人的因素影响，保证加工质量。 与自动化技术联系紧密与自动化技术联系紧密23 精精密密与与超超精精密密加加工工设设备备造造价价高高，难难成成系系列列。常常常常针针对对某某一一特特定定产产品品设设计计（如如加加工工直直径径3m3m射射电电天天文文望望远远镜镜的的超超精精密密车车床床，加加工工尺尺寸寸小小于

27、于1mm1mm微微型型零零件件的的激激光光加工设备）。加工设备）。 与高新技术产品紧密结合与高新技术产品紧密结合 精精密密检检测测是是精精密密与与超超精精密密加加工工的的必必要要条条件件，并并常常成为精密与超精密加工的关键。常常成为精密与超精密加工的关键。 加工与检测一体化加工与检测一体化247 7.2.2 .2.2 精密加工与超精密加工的方法精密加工与超精密加工的方法一、金刚石超精密加工技术一、金刚石超精密加工技术 切削在晶粒内进行切削在晶粒内进行切削在晶粒内进行切削在晶粒内进行 切削力原子结合力（剪切应力达切削力原子结合力（剪切应力达切削力原子结合力（剪切应力达切削力原子结合力（剪切应力达

28、 13000 N13000 N/ / mmmm2 2）。）。）。）。 刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受。刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受。刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受。刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受。 高高高高速速速速切切切切削削削削（与与与与传传传传统统统统精精精精密密密密切切切切削削削削相相相相反反反反），工工工工件件件件变变变变形形形形小小小小，表表表表层层层层高高高高温温温温不不不不会会会会波波及及工工件件内内层层，可可获获得得高高精精度度和和好好表表面面质量质量 机理、特点机理、特点25 用用用用于于于于铜铜铜铜、铝铝铝铝及及及及其其其其

29、合合合合金金金金精精精精密密密密切切切切削削削削（切切切切铁铁铁铁金金金金属属属属，由由由由于于于于亲亲亲亲合合合合作作作作用用用用，产产产产生生生生“碳碳碳碳化化化化磨磨磨磨损损损损”，影影影影响响响响刀刀刀刀具具具具寿寿寿寿命命命命和和和和加加加加工质量）工质量）工质量）工质量） 加工各种红外光学材料如锗、硅、加工各种红外光学材料如锗、硅、加工各种红外光学材料如锗、硅、加工各种红外光学材料如锗、硅、ZnSZnSZnSZnS和和和和ZnSeZnSeZnSeZnSe等等等等 加工有机玻璃和各种塑料加工有机玻璃和各种塑料加工有机玻璃和各种塑料加工有机玻璃和各种塑料 典典典典型型型型产产产产品品品

30、品：光光光光学学学学反反反反射射射射镜镜镜镜、射射射射电电电电望望望望远远远远镜镜镜镜主主主主镜镜镜镜面面面面、大大大大型型型型投投投投影影影影电电电电视视视视屏屏屏屏幕幕幕幕、照照像像机机塑塑料料镜镜片片、树树脂脂隐隐形形眼眼镜镜镜片等镜片等 应用应用 关键技术：加工设备和刀具关键技术：加工设备和刀具26 加工设备加工设备 要要要要求求求求高高高高精精精精度度度度、高高高高刚刚刚刚度度度度、良良良良好好好好稳稳稳稳定定定定性性性性、抗抗抗抗振振振振性性性性及及及及数数数数控控控控功能等。功能等。功能等。功能等。 如美国如美国如美国如美国MooreMoore公司公司公司公司M-18AGM-18

31、AG金刚石车床金刚石车床金刚石车床金刚石车床，主轴采用，主轴采用，主轴采用，主轴采用空气静压轴承，转速空气静压轴承，转速空气静压轴承，转速空气静压轴承，转速5 5000000转转转转/ /分，径跳分，径跳分，径跳分，径跳0.10.1mm；液体；液体；液体；液体静压导轨，直线度达静压导轨，直线度达静压导轨，直线度达静压导轨，直线度达 0.05/100mm0.05/100mm；数控系统分辨率；数控系统分辨率；数控系统分辨率；数控系统分辨率0.01 0.01 。 车床主轴装在横向滑台（车床主轴装在横向滑台（X X轴）上，刀架装在纵向轴）上，刀架装在纵向滑台（滑台（Z Z轴）上。可解决两滑台的相互影响

32、问题，而且轴）上。可解决两滑台的相互影响问题，而且纵、横两移动轴的垂直度可以通过装配调整保证，生纵、横两移动轴的垂直度可以通过装配调整保证，生产成本较低，已成为当前金刚石车床的主流布局产成本较低，已成为当前金刚石车床的主流布局。 T T形布局形布局27 金刚石车床主要性能指标数控系统分辩率数控系统分辩率 /m40020050001000050000. 10.010. 2/1000. 10. 11/1502/100径向1140轴向1020640720最大车削直径和长度最大车削直径和长度 /mm最高转速最高转速 r/mm最大进给速度最大进给速度mm /min重复精度重复精度(2) / m主轴径向圆

33、跳动主轴径向圆跳动 / m滑台运动的直线度滑台运动的直线度 / m主轴前静压轴承（100mm）的刚度 /（N/m）主轴后静压轴承主轴后静压轴承（80mm）的刚度的刚度 /（N/m）纵横滑台的静压支承刚度纵横滑台的静压支承刚度 /（N/m）表表7-5 金刚石车床主要性能指标金刚石车床主要性能指标主轴轴向圆跳动主轴轴向圆跳动 / m横滑台对主轴的垂直度横滑台对主轴的垂直度 / m28 金刚石刀具金刚石刀具 超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石 金金金金刚刚刚刚

34、石石石石的的的的晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构：规规规规整整整整的的的的单单单单晶晶晶晶金金金金刚刚刚刚石石石石晶晶晶晶体体体体有有有有八八八八面面面面体体体体、十十十十二二二二面面面面体体体体和和和和六六六六面面面面体体体体，有有有有三三三三根根根根4 4次次次次对对对对称称称称轴轴轴轴，四四四四根根根根3 3次次次次对对对对称称称称轴轴轴轴和六根和六根和六根和六根2 2次对称轴。次对称轴。次对称轴。次对称轴。a）4 次对称轴和（100）晶面L4（100）（110）L2L3（111）b）2 次对称轴和（110）晶面c）3 次对称轴和（111）晶面八面体的晶轴和镜晶面29 金金金金刚刚刚刚石

35、石石石刀刀刀刀具具具具刃刃刃刃磨磨磨磨 ： 通通通通常常常常在在在在铸铸铸铸铁铁铁铁研研研研磨磨磨磨盘盘盘盘上上上上进进进进行行行行研研研研磨磨磨磨；晶晶晶晶向向向向选选选选择择择择应应应应使使使使晶晶晶晶向向向向与与与与主主主主切切切切削削削削刃刃刃刃平平平平行行行行；圆圆圆圆角角角角半半半半径径径径越越越越小小小小越越越越好好好好（理论可达到（理论可达到（理论可达到（理论可达到1nm1nm）。）。）。）。金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度如图所示如图所示如图所示如图所示30二、超硬磨料砂轮精密与超精密磨削二、超硬磨料砂轮精密与超

36、精密磨削 砂轮材料：砂轮材料：金刚石，立方氮化硼（金刚石，立方氮化硼（CBN） 可可可可加加加加工工工工各各各各种种种种高高高高硬硬硬硬度度度度、高高高高脆脆脆脆性性性性金金金金属属属属及及及及非非非非金金金金属属属属材材材材料料料料（铁金属用（铁金属用（铁金属用（铁金属用CBNCBNCBNCBN） 耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高耐磨性好，耐用度高，磨削能力强，磨削效率高 磨削力小，磨削温度低，加工表面好磨削力小，磨削温度低，加工表面好磨削力小，磨削温度低，加工表面好磨削力小，磨削温度低，加工表面好

37、 特点：特点：31 分整形与修锐（去除结合剂，露出磨粒）两步进行分整形与修锐（去除结合剂，露出磨粒）两步进行分整形与修锐（去除结合剂，露出磨粒）两步进行分整形与修锐（去除结合剂，露出磨粒）两步进行 常用方法常用方法常用方法常用方法 用碳化硅砂轮（或金刚石笔）修整，获得所需形用碳化硅砂轮（或金刚石笔）修整，获得所需形用碳化硅砂轮（或金刚石笔）修整，获得所需形用碳化硅砂轮（或金刚石笔）修整，获得所需形状；状；状；状； 电解修锐（适用于金属结合剂砂轮），效果好，电解修锐（适用于金属结合剂砂轮），效果好，电解修锐（适用于金属结合剂砂轮），效果好，电解修锐（适用于金属结合剂砂轮），效果好，并可在线修整。

38、并可在线修整。并可在线修整。并可在线修整。 砂轮修整：砂轮修整： ELID（Electrolytic In-Process Dressing）由由日本东京大学理化研究所发明的电解在线修锐法日本东京大学理化研究所发明的电解在线修锐法的砂轮修锐效果为最好。的砂轮修锐效果为最好。32进给 ELID磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）冷却液冷却液电刷使使使使用用用用ELIDELID磨磨磨磨削削削削，冷冷冷冷却却却却液液液液为为为为一一一一种种种种特特特特殊殊殊殊电电电电解解解解液液液液。通通通通电电电电后后后后，砂砂砂砂轮轮轮轮结结结结合合合合剂剂剂剂发发发发生生生生氧氧氧氧化化化化，氧氧氧氧化化化

39、化层层层层阻阻阻阻止止止止电电电电解解解解进进进进一一一一步步步步进进进进行行行行。在在在在切切切切削削削削力力力力作作作作用用用用下下下下，氧氧氧氧化化化化层层层层脱脱脱脱落落落落，露露露露出出出出了了了了新新新新的的的的锋锋锋锋利利利利磨磨磨磨粒粒粒粒。由由由由于于于于电电电电解解解解修修修修锐锐锐锐连连连连续续续续进进进进行行行行，砂砂砂砂轮轮轮轮在在在在整整整整个个个个磨磨磨磨削削削削过过过过程程程程保保保保持持持持同同同同一一一一锋锋锋锋利状态。利状态。利状态。利状态。 33砂砂砂砂带带带带：带带带带基基基基材材材材料料料料为为为为聚聚聚聚碳碳碳碳酸酸酸酸脂脂脂脂薄薄薄薄膜膜膜膜，其

40、上植有细微砂粒。其上植有细微砂粒。其上植有细微砂粒。其上植有细微砂粒。砂砂砂砂带带带带在在在在一一一一定定定定工工工工作作作作压压压压力力力力下下下下与与与与工工工工件件件件接接接接触触触触并并并并作作作作相相相相对对对对运运运运动动动动，进进进进行磨削或抛光。行磨削或抛光。行磨削或抛光。行磨削或抛光。有有有有开开开开式式式式和和和和闭闭闭闭式式式式两两两两种种种种形形形形式式式式，可可可可磨磨磨磨削削削削平平平平面面面面、内内内内外外外外圆圆圆圆表表表表面面面面、曲面等。曲面等。曲面等。曲面等。接触轮硬磁盘装在主轴真空吸盘上 砂带磨削示意图V砂带砂带轮卷带轮F-径向进给f-径向振动 精密与超

41、精密精密与超精密砂带磨削砂带磨削34 几种砂带磨削形式a）砂带无心外圆磨削（导轮式） 工件导轮接触轮 主动轮砂带工件接触轮主动轮砂带b）砂带定心外圆磨削（接触轮式）c）砂带定心外圆磨削（接触轮式）工件接触轮主动轮砂带接触轮砂带工件d）砂带内圆磨削（回转式）工件支承板主动轮砂带工作台e）砂带平面磨削（支承板式）f）砂带平面磨削（支承轮式）支承轮工件砂带接触轮35 砂带磨削砂带磨削特点特点1）砂砂带带与与工工件件柔柔性性接接触触，磨磨粒粒载载荷荷小小，且且均均匀匀，工工件件受受力力、热热作作用用小小，加加工工质质量量好好（ R Ra a 值值可可达达 0.02m0.02m）。）。 3 3）强力砂带

42、磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨）强力砂带磨削，磨削比（切除工件重量与砂轮磨耗重量之比）高，有耗重量之比）高，有“高效磨削高效磨削”之称。之称。 4 4）制作简单，价格低廉，使用方便。）制作简单，价格低廉，使用方便。5 5）可用于内外表面及成形表面加工。）可用于内外表面及成形表面加工。2 2）静静电电植植砂砂，磨磨粒粒有有方方向向性性，尖尖端端向向上上，摩摩擦擦生生热热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。36 微微微微细细细细加加加加工工工工 通通通通常常常常指指指指1mm1mm以以以以下下下下微微微微细细细细尺尺尺尺寸寸寸寸零零零零件件件件的的的的加加加加工

43、，其加工误差为工，其加工误差为工，其加工误差为工，其加工误差为0.1m 0.1m 10m 10m 。 精精精精度度度度表表表表示示示示方方方方法法法法一一一一般般般般尺尺尺尺寸寸寸寸加加加加工工工工，其其其其精精精精度度度度用用用用误误误误差差差差尺尺尺尺寸寸寸寸与与与与加加加加工工工工尺尺尺尺寸寸寸寸比比比比值值值值表表表表示示示示；微微微微细细细细加加加加工工工工，其其其其精精精精度度度度用用用用误误误误差差差差尺尺尺尺寸绝对值表示。寸绝对值表示。寸绝对值表示。寸绝对值表示。“ “加加加加工工工工单单单单位位位位” ” 去去去去除除除除一一一一块块块块材材材材料料料料的的的的大大大大小小小

44、小，对对对对于于于于微微微微细细细细加工，加工单位可以到分子级或原子级。加工，加工单位可以到分子级或原子级。加工，加工单位可以到分子级或原子级。加工，加工单位可以到分子级或原子级。 微微微微切切切切削削削削机机机机理理理理切切切切削削削削在在在在晶晶晶晶粒粒粒粒内内内内进进进进行行行行，切切切切削削削削力力力力要要要要超超超超过过过过晶晶晶晶体体体体内内内内分分分分子子子子、原原原原子子子子间间间间的的的的结结结结合合合合力力力力，单单单单位位位位面面面面积积积积切切切切削削削削阻阻阻阻力力力力急急急急剧增大。剧增大。剧增大。剧增大。7.2.3 7.2.3 微细加工技术微细加工技术37热流动加

45、工（火焰，高频，热射线，激光）热流动加工（火焰，高频，热射线，激光）压铸，挤压，喷射，浇注压铸，挤压，喷射，浇注微离子流动加工微离子流动加工热热表面流动表面流动粘滞性流动粘滞性流动摩擦流动摩擦流动变形加变形加工工(流动流动加工加工)化学镀，气相镀（电镀，电铸）化学镀，气相镀（电镀，电铸）氧化，氮化（阳极氧化）氧化，氮化（阳极氧化）（真空）蒸镀，晶体增长，分子束外延（真空）蒸镀，晶体增长，分子束外延烧结，掺杂，渗碳，（侵镀，熔化镀）烧结，掺杂，渗碳，（侵镀，熔化镀）溅射沉积，离子沉积（离子镀）溅射沉积，离子沉积（离子镀）离子溅射注入加工离子溅射注入加工化学化学(电化学电化学)附着附着化学化学(电

46、化学电化学)结合结合热附着热附着扩散扩散(熔化熔化)结合结合物理结合物理结合注入注入结合加结合加工工(附着附着加工加工)车削，铣削，钻削，磨削车削，铣削，钻削，磨削蚀刻，化学抛光，机械化学抛光蚀刻，化学抛光，机械化学抛光电解加工，电解抛光电解加工，电解抛光电子束加工，激光加工，热射线加工电子束加工，激光加工，热射线加工扩散去除加工，熔化去除加工扩散去除加工，熔化去除加工离子束溅射去除加工，等离子体加工离子束溅射去除加工，等离子体加工机械去除机械去除化学分解化学分解电解电解蒸发蒸发扩散与熔化扩散与熔化溅射溅射分离加分离加工工(去除去除加工加工)加工方法加工方法加工机理加工机理 微细微细与超微细加

47、工机理与加工方法与超微细加工机理与加工方法38主主要要采采用用铣铣、钻钻和和车车三三种种形形式式，可可加加工工平平面面、内内腔腔、孔和外圆表面。孔和外圆表面。刀刀具具：多多用用单单晶晶金金刚刚石石车车刀刀、铣铣刀刀。铣铣刀刀的的回回转转半半径径（可可小小到到5m）靠靠刀刀尖尖相相对对于于回回转转轴轴线线的的偏偏移移来来得得到到。当当刀刀具具回回转转时时，刀刀具具的的切切削削刃刃形形成成一一个个圆圆锥锥形形的的切削面。切削面。微细机械微细机械加工加工39微小位移机构微小位移机构微小位移机构微小位移机构 ，微量移动应可小至几十个纳米，微量移动应可小至几十个纳米，微量移动应可小至几十个纳米，微量移动

48、应可小至几十个纳米 。高高高高灵灵灵灵敏敏敏敏的的的的伺伺伺伺服服服服进进进进给给给给系系系系统统统统。要要要要求求求求低低低低摩摩摩摩擦擦擦擦的的的的传传传传动动动动系系系系统统统统和和和和导轨支承系统，以及高跟踪精度的伺服系统。导轨支承系统，以及高跟踪精度的伺服系统。导轨支承系统，以及高跟踪精度的伺服系统。导轨支承系统，以及高跟踪精度的伺服系统。 高高高高的的的的定定定定位位位位精精精精度度度度和和和和重重重重复复复复定定定定位位位位精精精精度度度度，高高高高平平平平稳稳稳稳性性性性的的的的进进进进给给给给运运运运动。动。动。动。低热变形结构设计。低热变形结构设计。低热变形结构设计。低热变

49、形结构设计。 刀具的稳固夹持和高的安装精度。刀具的稳固夹持和高的安装精度。刀具的稳固夹持和高的安装精度。刀具的稳固夹持和高的安装精度。 高的主轴转速及动平衡。高的主轴转速及动平衡。高的主轴转速及动平衡。高的主轴转速及动平衡。 微细机械微细机械加工设备加工设备稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。稳固的床身构件并隔绝外界的振动干扰。 具有刀具破损检测的监控系统。具有刀具破损检测的监控系统。具有刀具破损检测的监控系统。具有刀具破损检测的监控系统。 40FANUC ROBO nano Ui 型微型超精密加工机床：型微型超精密加工机

50、床： 机机机机床床床床有有有有X X X X、Z Z Z Z、C C C C、B B B B四四四四个个个个轴轴轴轴，在在在在B B B B 轴轴轴轴回回回回转转转转工工工工作作作作台台台台上上上上增增增增加加加加A A A A轴轴轴轴转转转转台台台台后后后后，可可可可实实实实现现现现5 5 5 5轴轴轴轴控控控控制制制制，数数数数控控控控系系系系统统统统的的的的最最最最小小小小设设设设定单位为定单位为定单位为定单位为1nm1nm1nm1nm。可进行车、铣、磨和电火花加工。可进行车、铣、磨和电火花加工。可进行车、铣、磨和电火花加工。可进行车、铣、磨和电火花加工。 旋旋旋旋转转转转轴轴轴轴采采采

51、采用用用用编编编编码码码码器器器器半半半半闭闭闭闭环环环环控控控控制制制制，直直直直线线线线轴轴轴轴则则则则采采采采用用用用激激激激光全息式全闭环控制。光全息式全闭环控制。光全息式全闭环控制。光全息式全闭环控制。 为为为为了了了了降降降降低低低低伺伺伺伺服服服服系系系系统统统统的的的的摩摩摩摩擦擦擦擦，导导导导轨轨轨轨、丝丝丝丝杠杠杠杠螺螺螺螺母母母母副副副副以以以以及及及及伺伺伺伺服服服服电电电电机机机机转转转转子子子子的的的的推推推推力力力力轴轴轴轴承承承承和和和和径径径径向向向向轴轴轴轴承承承承均均均均采采采采用用用用气气气气体体体体静压结构。静压结构。静压结构。静压结构。41图7-36

52、 FANUC 微型超精密加工机床42 电电极极线线沿沿着着导导丝丝器器中中的的槽槽以以510mm/min的的低低速速滑滑动动，可可加加工工圆圆柱柱形形的的轴轴。如如导导丝丝器器通通过过数数字字控控制制作作相应的运动，还可加工出各种形状的杆件。相应的运动，还可加工出各种形状的杆件。 线放电磨削法线放电磨削法（WEDG） WEDG 可加工的各种截形杆微细电加工微细电加工 WEDG工作原理工件金属丝导丝器43离子束4. 刻蚀（形成沟槽）5. 沉积（形成电路）6. 剥膜（去除光致抗蚀剂）3. 显影、烘片（形成窗口）窗口2. 曝光（投影或扫描）掩膜电子束图7-41 电子束光刻大规模集成电路加工过程 光刻

53、加工光刻加工（电子束光刻大规模集成电路）（电子束光刻大规模集成电路）1. 涂胶（光致抗蚀剂）氧化膜光致抗蚀剂基片44要求：定位精度 0.1m，重复定位精度 0.01m导轨：硬质合金滚动体导轨，或液（气）静压导轨工作台：粗动 伺服电机 + 滚珠丝杠 微动 压电晶体电致伸缩机构图7-42 电致伸缩微动工作台XY0Py1Py2Px微动工作台工作台微动的形成：X运动： Py1 Py2 Px长度变化Y运动： Py1 Py2 Py1长度变化Z转动： Py1 Py2 加工设备加工设备（电子束光刻大规模集成电路）（电子束光刻大规模集成电路）457.3 特种加工技术特种加工技术Nontraditional ma

54、chining Technology467.3.1 7.3.1 概概 述述特特特特种种种种加加加加工工工工又又又又称称称称非非非非传传传传统统统统加加加加工工工工，通通通通常常常常被被被被理理理理解解解解为为为为别别别别于于于于传传传传统统统统切削与磨削加工方法的总称。切削与磨削加工方法的总称。切削与磨削加工方法的总称。切削与磨削加工方法的总称。 非非非非传传传传统统统统加加加加工工工工方方方方法法法法产产产产生生生生于于于于二二二二次次次次大大大大战战战战后后后后，由由由由于于于于以以以以下下下下有有有有两两两两方面的问题传统机械加工方法难于解决：方面的问题传统机械加工方法难于解决：方面的问

55、题传统机械加工方法难于解决：方面的问题传统机械加工方法难于解决： 1 1）难难难难加加加加工工工工材材材材料料料料的的的的加加加加工工工工问问问问题题题题。宇宇宇宇航航航航工工工工业业业业等等等等对对对对材材材材料料料料高高高高强强强强度度度度、高高高高硬硬硬硬度度度度、高高高高韧韧韧韧性性性性、耐耐耐耐高高高高温温温温、耐耐耐耐高高高高压压压压、耐耐耐耐低低低低温温温温等等等等的要求，使新材料不断涌现。的要求，使新材料不断涌现。的要求，使新材料不断涌现。的要求，使新材料不断涌现。 2 2）复复复复杂杂杂杂形形形形面面面面、薄薄薄薄壁壁壁壁、小小小小孔孔孔孔、窄窄窄窄缝缝缝缝等等等等特特特特殊

56、殊殊殊工工工工件件件件加加加加工工工工问题。问题。问题。问题。47 为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。 非非非非传传传传统统统统加加加加工工工工方方方方法法法法将将将将电电电电、磁磁磁磁、声声声声、光光光光等等等等物物物物理理理理量量量量及及及及化化化化学学学学能能能能量量量量或或或或其其其其组组组组合合合合直直直直接接接接施施施施加加加加在在在在工工工工件件件件被被被被加加加加工工工工的的的的部部部部位位位位上上上上，从从从从而而而而使材料被去除、累加

57、、变形或改变性能等。使材料被去除、累加、变形或改变性能等。使材料被去除、累加、变形或改变性能等。使材料被去除、累加、变形或改变性能等。 q 非传统加工方法特点：非传统加工方法特点： 非非非非传传传传统统统统加加加加工工工工方方方方法法法法主主主主要要要要不不不不是是是是依依依依靠靠靠靠机机机机械械械械能能能能，而而而而是是是是用用用用其其其其它它它它能能能能量量量量（如如如如电电电电能能能能、光光光光能能能能、声声声声能能能能、热热热热能能能能、化化化化学学学学能能能能等等等等）去去去去除除除除材料。材料。材料。材料。 非非非非传传传传统统统统加加加加工工工工方方方方法法法法由由由由于于于于工

58、工工工具具具具不不不不受受受受显显显显著著著著切切切切削削削削力力力力的的的的作作作作用用用用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。48 一一一一般般般般不不不不会会会会产产产产生生生生加加加加工工工工硬硬硬硬化化化化现现现现象象象象。且且且且工工工工件件件件加加加加工工工工部部部部位位位位变变变变形形形形小小小小，发发发发热热热热少少少少，或或或或发发发发热热热热仅仅仅仅局局局局限限限限于于于于工工工工件件件件表表表表层层层层加加加加工工工工部部

59、部部位位位位很很很很小小小小区区区区域域域域内内内内，工工工工件件件件热热热热变变变变形形形形小小小小，加加加加工工工工应应应应力力力力也也也也小小小小，易易易易于于于于获获获获得得得得好好好好的加工质量。的加工质量。的加工质量。的加工质量。 加加加加工工工工中中中中能能能能量量量量易易易易于于于于转转转转换换换换和和和和控控控控制制制制，有有有有利利利利于于于于保保保保证证证证加加加加工工工工精精精精度度度度和提高加工效率。和提高加工效率。和提高加工效率。和提高加工效率。 非非非非传传传传统统统统加加加加工工工工方方方方法法法法的的的的材材材材料料料料去去去去除除除除速速速速度度度度，一一一

60、一般般般般低低低低于于于于常常常常规规规规加加加加工工工工方方方方法法法法，这这这这也也也也是是是是目目目目前前前前常常常常规规规规加加加加工工工工方方方方法法法法仍仍仍仍占占占占主主主主导导导导地地地地位位位位的的的的主主主主要原因。要原因。要原因。要原因。49 机械过程机械过程 利利利利用用用用机机机机械械械械力力力力，使使使使材材材材料料料料产产产产生生生生剪剪剪剪切切切切、断断断断裂裂裂裂，以以以以去去去去除除除除材材材材料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。料。如超声波加工、水喷射加工、磨料流加工等。料。如超声波加工、水喷射加工、磨料

61、流加工等。q 非传统加工方法分类非传统加工方法分类（按加工机理和采用的按加工机理和采用的能源划分）：能源划分）： 热学过程热学过程 通通通通过过过过电电电电、光光光光、化化化化学学学学能能能能等等等等产产产产生生生生瞬瞬瞬瞬时时时时高高高高温温温温，熔熔熔熔化化化化并并并并去去去去除除除除材材材材料料料料，如如如如电电电电火火火火花花花花加加加加工工工工、高高高高能能能能束束束束加加加加工工工工、热热热热力力力力去去去去毛毛毛毛刺等。刺等。刺等。刺等。50 电化学过程电化学过程 利利利利用用用用电电电电能能能能转转转转换换换换为为为为化化化化学学学学能能能能对对对对材材材材料料料料进进进进行行

62、行行加加加加工工工工，如如如如电电电电解解解解加工、电铸加工加工、电铸加工加工、电铸加工加工、电铸加工（金属离子沉积）（金属离子沉积）（金属离子沉积）（金属离子沉积）等。等。等。等。 化学过程化学过程 利利利利用用用用化化化化学学学学溶溶溶溶剂剂剂剂对对对对材材材材料料料料的的的的腐腐腐腐蚀蚀蚀蚀、溶溶溶溶解解解解，去去去去除除除除材材材材料料料料，如化学蚀刻、化学铣削等。如化学蚀刻、化学铣削等。如化学蚀刻、化学铣削等。如化学蚀刻、化学铣削等。 复合过程复合过程 利利利利用用用用机机机机械械械械、热热热热、化化化化学学学学、电电电电化化化化学学学学的的的的复复复复合合合合作作作作用用用用，去去

63、去去除除除除材材材材料。常见的复合形式有：料。常见的复合形式有：料。常见的复合形式有：料。常见的复合形式有： 机机机机械械械械化化化化学学学学复复复复合合合合如如如如机机机机械械械械化化化化学学学学抛抛抛抛光光光光、电电电电解解解解磨磨磨磨削削削削、电镀珩磨等。电镀珩磨等。电镀珩磨等。电镀珩磨等。51 机械热能复合机械热能复合机械热能复合机械热能复合如加热切削、低温切削等。如加热切削、低温切削等。如加热切削、低温切削等。如加热切削、低温切削等。 热能化学能复合热能化学能复合热能化学能复合热能化学能复合如电解电火花加工等。如电解电火花加工等。如电解电火花加工等。如电解电火花加工等。 其其其其它它

64、它它复复复复合合合合过过过过程程程程如如如如超超超超声声声声切切切切削削削削、超超超超声声声声电电电电解解解解磨磨磨磨削削削削、磁磁磁磁力抛光力抛光力抛光力抛光（下图示）（下图示）（下图示）（下图示）等。等。等。等。工件（陶瓷滚柱）磁性材料磁极振动运动 磁力抛光示意图NS52 拓宽现有非传统加工方法的应用领域。拓宽现有非传统加工方法的应用领域。拓宽现有非传统加工方法的应用领域。拓宽现有非传统加工方法的应用领域。 探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。探索新的加工方法，研究和开发新的元器件。 优化工艺参数，完善现有

65、的加工工艺。优化工艺参数，完善现有的加工工艺。优化工艺参数，完善现有的加工工艺。优化工艺参数，完善现有的加工工艺。 向微型化、精密化发展。向微型化、精密化发展。向微型化、精密化发展。向微型化、精密化发展。q 发展趋势发展趋势 采采采采用用用用数数数数控控控控、自自自自适适适适应应应应控控控控制制制制、CAD/CAMCAD/CAM、专专专专家家家家系系系系统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。统等技术，提高加工过程自动化、柔性化程度。53 EI 收录文章数比较70年代80年代90年代2084110423214

66、2244424214441321252353316 激光加工 电火花加工 超声加工 电化学加工 下下下下图反映了学术界和工程界对几种非传统加工方图反映了学术界和工程界对几种非传统加工方法的关注程度。法的关注程度。54q 工工作作原原理理：利利用用工工具具电电极极与与工工件件电电极极之之间间脉脉冲冲性性火火花花放放电电，产产生生瞬瞬时时高高温温，工工件件材材料料被被熔熔化化和和气气化化。同同时时，该该处处绝绝缘缘液液体体也也被被局局部部加加热热，急急速速气气化化，体体积积发发生生膨膨胀胀，随随之之产产生生很很高高的的压压力力。在在这这种种高高压压作作用用下下，已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅

67、速被除去。已经熔化、气化的材料就从工件的表面迅速被除去。 4个阶段：个阶段： 1）介质电离、击穿，形成放电通道；）介质电离、击穿，形成放电通道； 2）火花放电产生熔化、气化、热膨胀；）火花放电产生熔化、气化、热膨胀； 3）抛出蚀除物；）抛出蚀除物； 4）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。）间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。 7.3.2 7.3.2 电火花加工电火花加工55 电电电电极极极极材材材材料料料料要要要要求求求求导导导导电电电电，损损损损耗耗耗耗小小小小，易易易易加加加加工工工工；常常常常用用用用材材材材料料料料：紫紫紫紫铜铜铜铜、石石石石墨墨墨墨、铸铸铸铸铁铁铁铁、钢钢钢钢、黄黄黄黄铜铜

68、铜铜等等等等，其其其其中中中中石石石石墨墨墨墨最最最最常常常常用。用。用。用。 工工工工作作作作液液液液主主主主要要要要功功功功能能能能压压压压缩缩缩缩放放放放电电电电通通通通道道道道区区区区域域域域，提提提提高高高高放放放放电电电电能能能能量量量量密密密密度度度度，加加加加速速速速蚀蚀蚀蚀物物物物排排排排出出出出；常常常常用用用用工工工工作作作作液液液液有有有有煤煤煤煤油油油油、机机机机油油油油、去离子水、乳化液等。去离子水、乳化液等。去离子水、乳化液等。去离子水、乳化液等。 放放放放电电电电间间间间隙隙隙隙合合合合理理理理的的的的间间间间隙隙隙隙是是是是保保保保证证证证火火火火花花花花放放

69、放放电电电电的的的的必必必必要要要要条条条条件件件件。为为为为保保保保持持持持适适适适当当当当的的的的放放放放电电电电间间间间隙隙隙隙，在在在在加加加加工工工工过过过过程程程程中中中中，需需需需采采采采用用用用自自自自动动动动调调调调节节节节器器器器控控控控制制制制机机机机床床床床进进进进给给给给系系系系统统统统，并并并并带带带带动动动动工工工工具具具具电电电电极极极极缓缓缓缓慢慢慢慢向工件进给。向工件进给。向工件进给。向工件进给。q 工作要素工作要素56 脉脉脉脉冲冲冲冲宽宽宽宽度度度度与与与与间间间间隔隔隔隔影影影影响响响响加加加加工工工工速速速速度度度度、表表表表面面面面粗粗粗粗糙糙糙糙

70、度度度度、电电电电极极极极消消消消耗耗耗耗和和和和表表表表面面面面组组组组织织织织等等等等。脉脉脉脉冲冲冲冲频频频频率率率率高高高高、持持持持续续续续时时时时间间间间短短短短，则则则则每每每每个个个个脉脉脉脉冲冲冲冲去去去去除除除除金金金金属属属属量量量量少少少少，表表表表面面面面粗粗粗粗糙糙糙糙度度度度值值值值小小小小，但但但但加加加加工工工工速度低。速度低。速度低。速度低。 通通通通常常常常放放放放电电电电持持持持续续续续时时时时间间间间在在在在2s2s至至至至2ms2ms范范范范围围围围内内内内，各各各各个个个个脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的能量能量能量能量2mJ2mJ到到到到20J20J（电

71、流为电流为电流为电流为400A400A时）之间。时）之间。时）之间。时）之间。q 电火花加工类型电火花加工类型电电电电火火火火花花花花线线线线切切切切割割割割加加加加工工工工：用用用用连连连连续续续续移移移移动动动动的的的的钼钼钼钼丝丝丝丝（或或或或铜铜铜铜丝丝丝丝）作作作作工工工工具具具具阴阴阴阴极极极极，工工工工件件件件为为为为阳阳阳阳极极极极。机机机机床床床床工工工工作作作作台台台台带带带带动动动动工工工工件件件件在在在在水水水水平平平平面面面面内内内内作作作作两两两两个个个个方方方方向向向向移移移移动动动动，可可可可切切切切割割割割出出出出二二二二维维维维图图图图形形形形。同同同同时，

72、丝架作小角度摆动，可切割出斜面。时，丝架作小角度摆动，可切割出斜面。时，丝架作小角度摆动，可切割出斜面。时，丝架作小角度摆动，可切割出斜面。57 连连连连续续续续移移移移动动动动的的的的钼钼钼钼丝丝丝丝（或或或或铜铜铜铜丝丝丝丝）作作作作工工工工具具具具阴阴阴阴极极极极，工工工工件件件件为为为为阳阳阳阳极极极极。机机机机床床床床工工工工作作作作台台台台带带带带动动动动工工工工件件件件在在在在水水水水平平平平面面面面内内内内作作作作两两两两个个个个方方方方向向向向移移移移动动动动，切割出二维图形。切割出二维图形。切割出二维图形。切割出二维图形。 电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件58 电

73、火花线切割加工加工过程显示59电火花线切割机床60 不不不不受受受受加加加加工工工工材材材材料料料料硬硬硬硬度度度度限限限限制制制制，可可可可加加加加工工工工任任任任何何何何硬硬硬硬、脆脆脆脆、韧韧韧韧、软的导电材料。软的导电材料。软的导电材料。软的导电材料。 加加加加工工工工时时时时无无无无显显显显著著著著切切切切削削削削力力力力，发发发发热热热热小小小小，适适适适于于于于加加加加工工工工小小小小孔孔孔孔、薄薄薄薄壁壁壁壁、窄窄窄窄槽槽槽槽、形形形形面面面面、型型型型腔腔腔腔及及及及曲曲曲曲线线线线孔孔孔孔等等等等，且且且且加加加加工工工工质质质质量量量量较好。较好。较好。较好。 脉冲参数调

74、整方便，可一次装夹完成粗、精加工。脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。 易于实现数控加工。易于实现数控加工。易于实现数控加工。易于实现数控加工。q 电火花加工特点电火花加工特点61q 电火花加工应用电火花加工应用 电电电电火火火火花花花花成成成成形形形形加加加加工工工工：电电电电火火火火花花花花打打打打孔孔孔孔常常常常用用用用于于于于加加加加工工工工冷冷冷冷冲冲冲冲模模模模、拉拉拉拉丝丝丝丝模模模模、喷喷喷喷嘴嘴嘴嘴、喷喷喷喷丝丝丝丝孔孔孔孔等等等等。型型型型腔腔腔腔加加加加工工工工包包包包括括括括

75、锻锻锻锻模模模模、压压压压铸铸铸铸模模模模、挤挤挤挤压压压压模模模模、塑塑塑塑料料料料模模模模等等等等型型型型腔腔腔腔加加加加工工工工，以以以以及及及及叶叶叶叶轮轮轮轮、叶叶叶叶片等曲面加工。片等曲面加工。片等曲面加工。片等曲面加工。 电电电电火火火火花花花花线线线线切切切切割割割割：广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于加加加加工工工工各各各各种种种种硬硬硬硬质质质质合合合合金金金金和和和和淬淬淬淬硬硬硬硬钢钢钢钢的的的的冲冲冲冲模模模模、样样样样板板板板、各各各各种种种种形形形形状状状状复复复复杂杂杂杂的的的的板板板板类类类类零零零零件件件件、窄窄窄窄缝、栅网等。缝、栅网等。缝、栅网等。缝、栅网

76、等。 62工工作作原原理理：工工件件接接阳阳极极，工工具具（铜铜或或不不锈锈钢钢）接接阴阴极极，两两极极间间加加直直流流电电压压624V，极极间间保保持持0.11mm间间隙隙。在在间间隙隙处处通通以以 660m/S高高速速流流动动电电解解液液，形形成成极极间间导导电电通通路路，工工件件表表面面材材料料不不断断溶溶解解，溶溶解解物物及及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。 7.3.3 7.3.3 电解加工电解加工63 不不不不受受受受材材材材料料料料硬硬硬硬度度度度的的的的限限限限制制制制，能能能能加加加加工工工工任任任任何何何何高高高

77、高硬硬硬硬度度度度、高高高高韧韧韧韧性性性性的的的的导导导导电电电电材材材材料料料料，并并并并能能能能以以以以简简简简单单单单的的的的进进进进给给给给运运运运动动动动一一一一次次次次加加加加工工工工出出出出形形形形状状状状复杂的形面和型腔。复杂的形面和型腔。复杂的形面和型腔。复杂的形面和型腔。 加加加加工工工工形形形形面面面面、型型型型腔腔腔腔生生生生产产产产率率率率高高高高（与与与与电电电电火火火火花花花花加加加加工工工工比比比比高高高高5 51010倍倍倍倍）。采采采采用用用用振振振振动动动动进进进进给给给给和和和和脉脉脉脉冲冲冲冲电电电电流流流流等等等等新新新新技技技技术术术术，可可可可

78、进进进进一一一一步提高生产效率和加工精度。步提高生产效率和加工精度。步提高生产效率和加工精度。步提高生产效率和加工精度。 阴极在加工中损耗小。阴极在加工中损耗小。阴极在加工中损耗小。阴极在加工中损耗小。 加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。加工表面质量好，无毛刺、残余应力和变形层。 设备投资大，有污染，需防护。设备投资大，有污染，需防护。设备投资大，有污染，需防护。设备投资大，有污染，需防护。q 电解加工特点电解加工特点64 模模模模具具具具型型型型腔腔腔腔、枪枪枪枪炮炮炮炮膛膛膛膛线线线线、发发发发电电

79、电电机机机机叶叶叶叶片片片片、花花花花键键键键孔孔孔孔、内内内内齿齿齿齿轮轮轮轮、小小小小而而而而深深深深的的的的孔孔孔孔加加加加工工工工，电电电电解解解解抛抛抛抛光光光光、倒倒倒倒棱棱棱棱、去去去去毛毛毛毛刺刺刺刺等。等。等。等。q 电解加工应用电解加工应用 工工工工件件件件与与与与磨磨磨磨轮轮轮轮保保保保持持持持一一一一定定定定接接接接触触触触压压压压力力力力，突突突突出出出出的的的的磨磨磨磨料料料料使使使使磨磨磨磨轮轮轮轮导导导导电电电电基基基基体体体体与与与与工工工工件件件件之之之之间间间间形形形形成成成成一一一一定定定定间间间间隙隙隙隙。电电电电解解解解液液液液从从从从中中中中流流流

80、流过过过过时时时时，工工工工件件件件产产产产生生生生阳阳阳阳极极极极溶溶溶溶解解解解，表表表表面面面面生生生生成成成成一一一一层层层层氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜，其其其其硬硬硬硬度度度度远远远远比比比比金金金金属属属属本本本本身身身身低低低低，易易易易被被被被刮刮刮刮除除除除，露露露露出出出出新新新新金金金金属属属属表表表表面面面面，继继继继续续续续进进进进行行行行电电电电解解解解。电电电电解解解解作作作作用用用用与与与与磨磨磨磨削削削削作作作作用用用用交交交交替替替替进进进进行行行行，实现加工。实现加工。实现加工。实现加工。q 电解磨削电解磨削65 电电电电解解解解磨磨磨磨削削削削效效效效率率

81、率率比比比比机机机机械械械械磨磨磨磨削削削削高高高高，且且且且磨磨磨磨轮轮轮轮损损损损耗耗耗耗远远远远比比比比机机机机械械械械磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。 导电磨轮电解液电刷工作台工件绝缘板导电基体磨料阳极膜66真真真真空空空空条条条条件件件件下下下下，利利利利用用用用电电电电流流流流加加加加热热热热阴阴阴阴极极极极发发发发射射射射电电电电子子子子束束束束，经经经经控控控控制制制制栅栅栅栅极极极极初初初初步步步步聚聚聚聚焦焦焦焦后后后后，由由由由加加加加速

82、速速速阳阳阳阳极极极极加加加加速速速速，通通通通过过过过透透透透镜镜镜镜聚聚聚聚焦焦焦焦系系系系统统统统进进进进一一一一步步步步聚聚聚聚焦焦焦焦，使使使使能能能能量量量量密密密密度度度度集集集集中中中中在在在在直直直直径径径径5 510m10m斑斑斑斑点点点点内。内。内。内。高高高高速速速速而而而而能能能能量量量量密密密密集集集集的的的的电电电电子子子子束束束束冲冲冲冲击击击击到到到到工工工工件件件件上上上上，被被被被冲冲冲冲击击击击点点点点处处处处形形形形成成成成瞬瞬瞬瞬时时时时高高高高温温温温（几几几几分分分分之之之之一一一一微微微微秒秒秒秒时时时时间间间间内内内内升升升升高高高高至至至至

83、几几几几千千千千摄摄摄摄氏氏氏氏度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。度），工件表面局部熔化、气化直至被蒸发去除。 1、电子束加工、电子束加工工作原理工作原理7.3.4 7.3.4 高能束加工高能束加工67 电电电电子子子子束束束束束束束束径径径径小小小小（最最最最小小小小直直直直径径径径可可可可达达达达0.010.010.05mm0.05mm），而而而而电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝。电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝。电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝

84、。电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝。 材材材材料料料料适适适适应应应应性性性性广广广广（原原原原则则则则上上上上各各各各种种种种材材材材料料料料均均均均能能能能加加加加工工工工），特特特特别别别别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。 非非非非接接接接触触触触加加加加工工工工，无无无无工工工工具具具具损损损损耗耗耗耗；无无无无切切切切削削削削力力力力，加加加加工工工工时时时时间间间间极极极极短，工件无变形。短，工件无变形。短，工件无变形。短，工件无变形。 加加加加

85、工工工工 速速速速 度度度度 高高高高 ， 切切切切 割割割割 1mm1mm厚厚厚厚 钢钢钢钢 板板板板 ， 速速速速 度度度度 可可可可 达达达达240mm/min240mm/min。q 特点及应用特点及应用在在在在真真真真空空空空中中中中加加加加工工工工，无无无无氧氧氧氧化化化化，特特特特别别别别适适适适于于于于加加加加工工工工高高高高纯纯纯纯度度度度半半半半导导导导体体体体材料和易氧化的金属及合金。材料和易氧化的金属及合金。材料和易氧化的金属及合金。材料和易氧化的金属及合金。 加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工。加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工。加工设备较复杂，投资较大。多

86、用于微细加工。加工设备较复杂，投资较大。多用于微细加工。 682、激光加工工作原理激光加工工作原理 激光是一种受激辐射而得到的加强光。激光是一种受激辐射而得到的加强光。激光是一种受激辐射而得到的加强光。激光是一种受激辐射而得到的加强光。其基本特征：其基本特征：其基本特征：其基本特征： 强度高，亮度大强度高，亮度大强度高，亮度大强度高，亮度大 波长频率确定，单色性好波长频率确定，单色性好波长频率确定，单色性好波长频率确定，单色性好 相干性好，相干长度长相干性好，相干长度长相干性好，相干长度长相干性好，相干长度长 方向性好，几乎是一束平行光方向性好，几乎是一束平行光方向性好，几乎是一束平行光方向性

87、好，几乎是一束平行光 当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热当激光束照射到工件表面时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀

88、，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工表面上打出一个上大下小的孔。一个上大下小的孔。一个上大下小的孔。一个上大下小的孔。69 加加加加工工工工材材材材料料料料范范范范围围围围广广广广，适适适适用用用用于于于于加加加加工工工工各各各各种种种种金金金金属属属属材材材材料料料料和

89、和和和非非非非金金金金属属属属材材材材料料料料，特特特特别别别别适适适适用用用用于于于于加加加加工工工工高高高高熔熔熔熔点点点点材材材材料料料料，耐耐耐耐热热热热合合合合金金金金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。 加加加加工工工工性性性性能能能能好好好好，工工工工件件件件可可可可离离离离开开开开加加加加工工工工机机机机进进进进行行行行加加加加工工工工，可可可可透透透透过过过过透透透透明明明明材材材材料料料料加加加加工工工工，可可可可在在在在其其其其他他他他加加加加工工工工方方方方法法法法不不不不易易易

90、易达达达达到到到到的的的的狭狭狭狭小空间进行加工。小空间进行加工。小空间进行加工。小空间进行加工。 非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。 可可可可进进进进行行行行微微微微细细细细加加加加工工工工。激激激激光光光光聚聚聚聚焦焦焦焦后后后后焦焦焦焦点点点点直直直直径径径径理理理理论论论论上上上上可可可可小小小小至至至至11以以以以下下下下，实实实实际际际际上上上上可可可可实实实实现现现现0.01mm0.01mm的的的的小小小小孔孔孔孔加加加加工工工工和和和和窄缝切割。窄缝切割

91、。窄缝切割。窄缝切割。 q 激光加工特点激光加工特点70加工速度快，效率高。加工速度快，效率高。加工速度快，效率高。加工速度快，效率高。 激激激激光光光光加加加加工工工工不不不不仅仅仅仅可可可可以以以以进进进进行行行行打打打打孔孔孔孔和和和和切切切切割割割割，也也也也可可可可进进进进行行行行焊焊焊焊接、热处理等工作。接、热处理等工作。接、热处理等工作。接、热处理等工作。 激激激激光光光光加加加加工工工工可可可可控控控控性性性性好好好好，易易易易于于于于实实实实现现现现自自自自动动动动控控控控制制制制。加加加加工工工工设设设设备昂贵。备昂贵。备昂贵。备昂贵。q 激光加工应用激光加工应用 激光打孔

92、激光打孔激光打孔激光打孔 广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料，和硬质合金、不锈钢等金属材料玻璃等非金属材料，和硬质合金、不锈钢等金属材料玻璃等非金属材料，和硬质合金、不锈钢等金属材料玻璃等非金属材料，和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工。的小孔加工。的小孔加工。的小孔加工。71 激光打孔具有高效率、激光打孔具有高效率、激光打孔具有高效率、激光打孔具有高效率、低成本的特点，特别适合低成本的特点，特别适合低成本的特点，特别适合低成本的特点，

93、特别适合微小群孔加工。微小群孔加工。微小群孔加工。微小群孔加工。 焦点位置对孔的质量焦点位置对孔的质量焦点位置对孔的质量焦点位置对孔的质量影响：若焦点与加工表面影响：若焦点与加工表面影响：若焦点与加工表面影响：若焦点与加工表面之间距离很大，则激光能之间距离很大，则激光能之间距离很大，则激光能之间距离很大，则激光能量密度显著减小，不能进量密度显著减小，不能进量密度显著减小，不能进量密度显著减小，不能进行加工。如果焦点位置偏行加工。如果焦点位置偏行加工。如果焦点位置偏行加工。如果焦点位置偏离加工表面离加工表面离加工表面离加工表面1mm1mm，可以进可以进可以进可以进行加工，此时加工出孔的行加工，此

94、时加工出孔的行加工，此时加工出孔的行加工，此时加工出孔的断面形状随焦点位置不同断面形状随焦点位置不同断面形状随焦点位置不同断面形状随焦点位置不同而发生变化。而发生变化。而发生变化。而发生变化。 图7-72 焦点位置对孔形状影响72 激光焊接激光焊接激光焊接激光焊接 激激激激光光光光焊焊焊焊接接接接与与与与打打打打孔孔孔孔相相相相比比比比，激激激激光光光光焊焊焊焊接接接接所所所所需需需需能能能能量量量量密密密密度度度度较较较较低低低低，因因因因不不不不需需需需将将将将材材材材料料料料气气气气化化化化蚀蚀蚀蚀除除除除，而而而而只只只只要要要要将将将将工工工工件件件件的的的的加加加加工工工工区区区区

95、烧熔使其粘合在一起。烧熔使其粘合在一起。烧熔使其粘合在一起。烧熔使其粘合在一起。 优优优优点点点点：没没没没有有有有焊焊焊焊渣渣渣渣，不不不不需需需需去去去去除除除除工工工工件件件件氧氧氧氧化化化化膜膜膜膜，可可可可实实实实现现现现不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。 激光切割激光切割激光切割激光切割 激激激激光光光光切切切切割割割割具具具具有有有有切切切切缝缝缝缝窄窄窄窄、速速速速度度度度快快快快、热热热热影影影影响响响响区区区区小小小小

96、、省省省省材材材材料料料料、成成成成本本本本低低低低等等等等优优优优点点点点，并并并并可可可可以以以以在在在在任任任任何何何何方方方方向向向向上上上上切切切切割割割割，包包包包括内尖角。括内尖角。括内尖角。括内尖角。 可可可可以以以以切切切切割割割割钢钢钢钢板板板板、不不不不锈锈锈锈钢钢钢钢、钛钛钛钛、钽钽钽钽、镍镍镍镍等等等等金金金金属属属属材材材材料料料料，以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。73 激光热处理激光热处理激光热处理激光热处理 原原原原理理理理：照照照照射

97、射射射到到到到金金金金属属属属表表表表面面面面上上上上的的的的激激激激光光光光使使使使表表表表面面面面原原原原子子子子迅迅迅迅速速速速蒸蒸蒸蒸发发发发，由由由由此此此此产产产产生生生生微微微微冲冲冲冲击击击击波波波波会会会会导导导导致致致致大大大大量量量量晶晶晶晶格格格格缺缺缺缺陷陷陷陷形形形形成成成成，达到硬化。达到硬化。达到硬化。达到硬化。 优优优优点点点点：快快快快速速速速、不不不不需需需需淬淬淬淬火火火火介介介介质质质质、硬硬硬硬化化化化均均均均匀匀匀匀、变变变变形形形形小小小小、硬化深度可精确控制。硬化深度可精确控制。硬化深度可精确控制。硬化深度可精确控制。 7.3.5 7.3.5

98、超声波加工超声波加工q 工作原理工作原理 利利利利用用用用工工工工具具具具端端端端面面面面作作作作超超超超声声声声（161625kHz25kHz）振振振振动动动动，使使使使工工工工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。74 变幅杆超声波发生器超声波加工原理图振动方向工具换能器工作液喷嘴工件超超超超声声声声波波波波发发发发生生生生器器器器将将将将工工工工频频频频交交交交流流流流电电电电能能能能转转转转变变变变为为为为有有有有一一一一定定定定功功功功率率率率输

99、输输输出出出出的的的的超超超超声声声声频频频频电电电电振振振振荡荡荡荡，通通通通过过过过换换换换能能能能器器器器将将将将超超超超声声声声频频频频电电电电振振振振荡荡荡荡转转转转变变变变为为为为超超超超声声声声机机机机械械械械振振振振动动动动，此此此此时时时时振振振振幅幅幅幅一一一一般般般般很很很很小小小小，再再再再通通通通过过过过振振振振幅幅幅幅扩扩扩扩大大大大棒棒棒棒（变变变变幅幅幅幅杆杆杆杆）使使使使固固固固定定定定在在在在变变变变幅幅幅幅杆杆杆杆端端端端部部部部的的的的工工工工具具具具振振振振幅幅幅幅增大到增大到增大到增大到0.010.010.15mm0.15mm。 75超声波加工机床超

100、声波加工样件76 适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体、宝石、金刚石等陶瓷、半导体、宝石、金刚石等陶瓷、半导体、宝石、金刚石等陶瓷、半导体、宝石、金刚石等 。 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。工具与工件不需作复杂的相对

101、运动，机床结构简单。工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度可达尺寸精度可达尺寸精度可达尺寸精度可达0.010.010.05mm 0.05mm 。 加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易变形零件。变形零件。变形零件。变形零件。 生产效率较低。采用超声复合

102、加工（如超声车削，超生产效率较低。采用超声复合加工（如超声车削，超生产效率较低。采用超声复合加工（如超声车削，超生产效率较低。采用超声复合加工（如超声车削，超声磨削，超声电解加工，超声线切割等）可提高加工效声磨削，超声电解加工，超声线切割等）可提高加工效声磨削，超声电解加工，超声线切割等）可提高加工效声磨削，超声电解加工，超声线切割等）可提高加工效率。率。率。率。q 超声波加工特点及应用超声波加工特点及应用77谢谢 谢！谢！ 爱国者导弹爱国者导弹先进制造技术先进制造技术79图7-18 Moore金刚石车床回转工作台工件刀具主轴传动带主轴电机空气垫刀具夹持器80 T形布局的金刚石车床81单晶金刚

103、石单晶金刚石456.46.412AA66A-A35RR=1.64.86.46.45B16B-B110120RR=0.51.2B000000000 金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度金刚石车刀结构和刀具角度82金刚石车床金刚石车床加工加工4.5mm陶瓷球陶瓷球 金刚石车床及其加工照片金刚石车床及其加工照片8384 用于磨削管件的用于磨削管件的用于磨削管件的用于磨削管件的砂带磨床砂带磨床砂带磨床砂带磨床（带有行星系统）带有行星系统）带有行星系统）带有行星系统）85磨粒磨粒规格涂层规格涂层粘接剂粘接剂基带基带静电植

104、砂砂带结构静电植砂砂带结构砂带磨削结构砂带磨削结构86单晶金刚石铣刀刀头形状单晶金刚石铣刀刀头形状87 电火花加工原理图电火花加工原理图进给系进给系统统放电间隙放电间隙工具电极工具电极工件电极工件电极直流脉冲直流脉冲电源电源工作液工作液88电火花加工机床电火花加工机床89 电解加工原理图电解加工原理图电解液电解液直流电直流电源源泵泵工件阳极工件阳极阴极进给阴极进给工具阴极工具阴极90 电子束加工原理图电子束加工原理图控制栅极控制栅极加速阳极加速阳极电子束斑点电子束斑点旁热阴极旁热阴极聚焦系统聚焦系统工件工件工作台工作台91激光器激光器激光器激光器工件工件工件工件工作台工作台工作台工作台 光阑光阑光阑光阑反射镜反射镜反射镜反射镜聚焦镜聚焦镜聚焦镜聚焦镜电源电源激光加工原理激光加工原理92激光焊接车身激光焊接车身93激光切割激光切割94