机械制造基础精选文档.ppt

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1、机械制造基础本讲稿第一页，共十八页特种加工具有以下特点：（1）工具材料的硬度可大大低于工件材料的硬度；（2）不是主要依靠机械能，而是用其他能量去除金属材料；（3）加工过程中不存在明显的机械切削力；（4）可以有选择的将各种加工方法复合成新的工艺方法，保证加工精度和提高加工效率。4.特种加工对机械制造工艺技术的影响（1）改变了对材料可加工性的认识（2）改变了零件的典型工艺路线（3）对零件的结构设计带来了很大的影响（4）改变了对传统的结构工艺性好与坏的判断（5）大大缩短了新产品的试制周期。5.特种加工的分类分为电火花加工、电化学加工、激光加工、电子束加工、离子束加工和超声加工等。本讲稿第二页，共十八

2、页4.1.2电火花加工1.电火花加工原理电火花加工是指在一定介质中，通过工具电极和工件电极之间不断产生的脉冲性火花放电，并瞬时产生高温把金属蚀除掉，对工件进行加工的一种方法。电火花加工过程一般可分为介质电离击穿、能量转换、蚀除抛出和极间介质消电离四个阶段。2.电火花加工的特点（1）可加工任何硬、脆、韧、软、高熔点、高强度的导电材料。（2）适用于加工小孔、薄壁、窄槽以及各种复杂截面的型孔和型腔等，且加工质量好。（3）一次安装完成粗加工、半精加工和精加工。（4）加工时不受热变形的影响。（5）易于实现加工的自动化。（6）只能对导电材料进行加工。本讲稿第三页，共十八页3.电火花加工的应用（1）电火花穿

3、孔和型腔加工1）电火花穿孔加工常用于加工冷冲模、拉丝模、喷嘴和喷丝孔等零件上的各种型孔、小孔和微孔。2）电火花型腔加工主要用于锻模、压铸模、挤压模、注塑模等型腔加工，以及叶轮、叶片等曲面加工。（2）电火花线切割加工线切割加工的基本原理是利用连续移动的细金属丝作工具电极，工件为阳极，对工件进行脉冲火花放电，按预定的轨迹进行切割加工。工作原理如图所示。电火花线切割机床分为两大类：一类是高速走丝电火花线切割机床；另一类是低速走丝电火花线切割机床。本讲稿第四页，共十八页电火花线切割加工与电火花穿孔成形加工相比，既有共性的地方，又具有显著的特性：1）生产准备时间和加工周期短，生产成本低。2）可加工微细异

4、形孔、窄缝和形状复杂的工件。材料利用率高。3）加工精度较高。4）易于实现微机控制，自动化程度高。5）生产效率不高，且不能加工盲孔类零件和阶梯表面。线切割加工主要用于各种冲模、塑料模、挤压模、粉末冶金模等模具的加工；用于电火花成形加工用的工具电极加工；用于加工品种多，数量少的零件，特殊难加工材料的零件，各种型孔、特殊齿轮凸轮、样板、成型刀具等；用于试制新产品时直接割出零件。因此，电火花线切割加工广泛用于电子仪器、精密机床、轻工、军工等部门。本讲稿第五页，共十八页4.1.3电解加工1.电解加工的基本原理电解加工是利用金属工件在电解液中产生阳极溶解的电化学原理来对工件进行成形加工的一种方法。2.电解

5、加工的特点（1）加工范围广。（2）能一次加工出形状复杂的型面和型腔。（3）生产效率高。（4）能获得较好的加工精度。（5）加工过程中，工具电极可长期使用。（6）不易达到较高的加工精度和加工稳定性。（7）不能加工非导电材料。（8）不适用单件小批量生产。（9）加工设备投资较大，容易污染环境。3.电解加工的应用可加工各种模具的复杂型腔、各种型孔、各种型面、枪炮的膛线，以及电解抛光、电解磨削、电解倒棱去毛刺、电解切割等。本讲稿第六页，共十八页4.1.4激光加工1.激光加工的原理激光加工是指利用光能经过透镜聚焦后，形成能量密度很高的激光束，照射在工件的加工表面上，依靠光热效应来加工各种材料的一种加工方法。

6、（1）工作物质只有能实现粒子数反转的物质才能作为激光器的工作物质。（2）激励能源是把工作物质中多余一半的原子从低能级激发到高能级上去，实现工作物质粒子数反转。（3）谐振腔主要作用是使工作物质所产生的受激辐射建立起稳定的振荡状态，从而实现光放大。2.激光加工的特点（1）加工范围广。（2）用于精密微细加工。（3）易实现自动化。（4）加工性能好。（5）精微加工时，精度难保证。（6）工作时，操作者应戴防护眼镜。本讲稿第七页，共十八页3.激光加工的应用（1）激光打孔主要用于在特殊零件或特殊材料上孔的加工。具有速度极快、生产效率极高的特点。（2）激光切割可以切割金属、陶瓷、玻璃、半导体材料、布、纸、橡胶、

7、木材等各种材料，切割效率高，切缝窄，并可十分方便地切割出各种曲线形状。（3）激光焊接具有时间短、效率高、热影响区小、无喷渣、被焊材料不易氧化和焊缝质量高等特点，既可以焊接同种材料，也可以焊接异种材料，还可透过玻璃焊接。（4）激光表面热处理可以对铸铁、中碳钢、甚至低碳钢等材料进行激光表面淬火，并且具有工件表层的加工速度极快、内部受热极小、工件不产生热变形等特点，特别适合于形状复杂零件的加工。本讲稿第八页，共十八页4.1.5电子束加工1.电子束加工原理下图为电子束加工原理图，它由高压电源、电子枪系统、真空系统和控制系统等组成。2.电子束加工的特点（1）可用来加工微细深孔、窄缝和半导体集成电路等。（

8、2）加工材料范围广。（3）特别适合于高纯度半导体材料和易氧化的金属及合金的加工。（4）工件不易产生宏观应力和变形。（5）加工过程易于实现自动化。（6）加工设备复杂，投资较大。3.电子束加工的应用（1）电子束高速打孔及型面加工（2）电子束焊接（3）电子束刻蚀本讲稿第九页，共十八页4.1.6超声波加工1.超声波加工原理超声波加工是利用作超声频振动的工具端面，带动工件和工具之间的磨料悬浮液，冲击和抛磨加工硬脆材料的一种成型方法。加工原理如图所示。2.超声波加工的特点（1）加工范围广。（2）加工机床的结构较简单，操作维修方便。（3）加工精度好。3.超声波加工的应用（1）型孔、型腔加工（2）切割加工（3

9、）超声清洗（4）超声焊接本讲稿第十页，共十八页4.2数控机床4.2.1数控机床的组成、工作原理和特点1.数控机床的基本概念数控是指用数字和符号构成的指令来自动控制机床的运动及其加工过程。数控机床是指采用数字程序进行控制的机床。数控机床经历了五次更新换代。第一代数控系统采用电子管元件构成的专用数控装置；第二代数控系统采用晶体管和印制板电路的数控装置；第三代数控系统采用中、小规模集成电路的数控装置；以上三代数控系统属于第一阶段，称为数字控制系统，简称NC系统。第四代数控系统采用大规模集成电路的小型通用计算机控制的系统；即CNC系统。第五代数控系统采用微型计算机控制的系统。从1970年到现在属于第二

10、阶段。是采用微机数控系统，即MNC系统。本讲稿第十一页，共十八页2.数控机床的组成（1）程序载体是指在操作者与数控机床之间建立某种联系的中间媒介物。功用是用于记载数控机床加工零件所需的程序。常用的有磁带、软盘和闪存盘等。（2）输入装置其作用是将程序载体上含有加工信息的程序，完整、正确地传送至数控机床的CNC中。可以是磁带读入机、软盘驱动器和有专用程序支持的计算机接口。还可以MDI方式输入。在先进的数控机床上，还可以利用CAD/CAM软件，用通信方式由计算机直接传送给数控装置。（3）CNC单元是数控机床的运算和控制系统，一般由输入、处理和输出三个部分组成。它的功用是接收由输入装置输入的加工信息，

11、并将其代码加以识别、储存、处理与运算后，输出相应的指令脉冲送给伺服系统，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动。本讲稿第十二页，共十八页（4）伺服系统伺服系统是数控机床的执行部分。其功用是接受数控系统输出的指令脉冲信号，将其转换成机床移动部件的运动，并对进给运动速度和定位精度加以控制。（5）位置反馈系统其功用是为了提高数控机床的加工精度。中、小型数控机床的数控系统没有专用的位置反馈系统，是利用坐标轴伺服电机的角位移反馈信号，间接获取坐标轴的位置反馈信号，这种数控系统称半闭环控制系统。具有位置反馈系统的数控机床，称闭环控制系统。（6）机床本体机床本体是数控机床的机械结构，是数控机床的主体。数控机床采

12、用了高性能主轴部件及传动系统，机械结构具有较高刚度和耐磨性、热变形小、更多地采用高效传动部件（如滚珠丝杠、静压导轨、滚动导轨）等。本讲稿第十三页，共十八页3.数控机床的工作原理（1）工艺规划工艺规划就是制定合理的加工工艺。（2）数学处理数学处理主要是在确定了加工方案后，根据零件的几何形状、走刀路径以及设定的坐标系，计算粗、精加工刀具运动轨迹的坐标值，以获得刀位数据。（3）编制程序单在完成上述工艺规划及数学处理工作后，即可以编制程序单。程序编制还可采用计算机自动编程。（4）输入程序把信息代码，存储在信息载体上如磁带、软盘和闪存盘等），然后将信息载体送到输入装置，输入装置读出信息并送入数控装置；也

13、可以采用MDI方式输入；还可以利用计算机和数控机床的接口直接进行通信，实现零件程序的输入和输出。本讲稿第十四页，共十八页（5）程序校验与试运行程序输入后必须经过校验与试运行，才能对零件进行正式加工。4.数控机床的特点（1）生产柔性大（2）加工精度高（3）生产效率高（4）减轻劳动强度、改善劳动条件（5）良好的经济效益本讲稿第十五页，共十八页4.2.2数控机床的分类1.按工艺用途分类（1）普通数控机床一般是指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，可分为数控车床、数控钻床、数控铣床、数控镗床、数控磨床等。（2）加工中心是指在一般数控机床上加装一个刀库和自动换刀装置，集铣、钻、镗所有功

14、能于一体的数控机床。（3）多坐标数控机床是指数控装置同时控制的轴数超过三个的机床。2.按控制运动轨迹分类（1）点位控制数控机床点位控制数控机床的数控装置只控制刀具或机床的工作台从一点准确移动到另一点，而对它们的运动轨迹没有严格要求，并且在运动和定位过程中不进行任何加工。本讲稿第十六页，共十八页（2）直线控制数控机床其数控装置不仅要控制刀具或机床的工作台从一点准确移动到另一点，而且还要控制移动速度和轨迹，实现平行于坐标轴的直线进给运动，在移动部件移动时进行切削加工。常见的有数控车床、数控铣床等。（3）轮廓控制数控机床其数控装置能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行严格的连续控制。它不仅要控制移动部

15、件从一点准确移动到另一点，而且还要控制整个加工过程每一点的速度和位移量，使其加工出符合图纸要求的形状复杂的零件。常见的有数控铣床、数控车床、加工中心等。本讲稿第十七页，共十八页3.按控制方式分类（1）开环控制数控机床其不带反馈装置，只按照数控装置的指令脉冲进行工作，对移动部件的实际位移不进行检测和反馈。这种系统结构简单、调试方便、价格低廉、易于维修，但精度较低.所以多用于经济型数控机床上。（2）闭环控制数控机床闭环控制系统在机床移动部件上装有位置检测装置。这种系统加工精度高、移动速度快。但安装调试比较复杂，且位置检测装置造价较高，所以多用于高精度数控机床和大型数控机床上。（3）半闭环控制数控机床半闭环控制系统是在开环控制伺服电动机轴上装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机的转角间接地检测出移动部件的位移（或角位移），并反馈给数控装置的比较器，与输入指令进行比较，用差值控制运动部件。这种系统测量装置简单，安装调试十分方便，并具有良好的系统稳定性，但精度低于闭环控制系统。所以多用于中档数控机床上。本讲稿第十八页，共十八页