精密加工和特种加工.ppt

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1、Chapter 4 Precision and special machining technology 精密加工是指在精精密加工是指在精车、精、精镗、精、精铰、精磨的基、精磨的基础上，旨在上，旨在获得比普通磨削更高精度（得比普通磨削更高精度（IT6IT5或更或更高）和更小的表面粗糙度（高）和更小的表面粗糙度（Ra0.10.01m）的研）的研磨、珩磨、超磨、珩磨、超级光磨和抛光等加工，从广光磨和抛光等加工，从广义上上讲，它它还包括刮削、包括刮削、宽刀刀细刨和金刨和金刚石刀具切削等。石刀具切削等。精密加工精密加工精密加工：加工精度精密加工：加工精度为 1um，Ra 0.1以下以下 包括：精整加工

2、、光整加工包括：精整加工、光整加工精整加工：切除很薄的材料精整加工：切除很薄的材料层，提高加工精度，减小，提高加工精度，减小Ra 包括：研磨、珩磨包括：研磨、珩磨光整加工：不切除或切除极薄的材料光整加工：不切除或切除极薄的材料层，减小，减小Ra 包括：超包括：超级光磨，抛光光磨，抛光 用刮刀刮除工件表面薄层的加工方法用刮刀刮除工件表面薄层的加工方法 在普通精刨和精铣基础上由手工操作在普通精刨和精铣基础上由手工操作 刮削余量为刮削余量为0.05.4mm 平面刮削平面刮削的直线度的直线度可达可达0.0lmm/m 刮刮 研研 利用研磨工具和研磨剂，从工件表面磨利用研磨工具和研磨剂，从工件表面磨去一层

3、极薄的工件材料的精整加工方法去一层极薄的工件材料的精整加工方法研磨是在良好的预加工基础上对工件进研磨是在良好的预加工基础上对工件进行微量切削的，尺寸误差和形状误差可行微量切削的，尺寸误差和形状误差可达达m，Ra为为0.025m以下。以下。研磨剂由磨料、研磨液及辅料调配而成研磨剂由磨料、研磨液及辅料调配而成研磨余量一般为研磨余量一般为0.010.03mm 研磨研磨 研磨研磨研磨设备简单 可提高尺寸精度和形可提高尺寸精度和形 状精度，但不能提高状精度，但不能提高 位位置精度。置精度。生生产效率低，加工余量效率低，加工余量 0.01 0.03 mm 研磨研磨剂易易飞溅，污染染 环境境 l平面、圆柱面

4、、圆平面、圆柱面、圆锥面、螺纹、齿面、锥面、螺纹、齿面、配合面配合面 l精密零件的终加工，精密零件的终加工，如量块、钢球、光如量块、钢球、光学元件、半导体晶学元件、半导体晶体体 工艺特点工艺特点 应用应用 利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩利用珩磨工具对工件表面施加一定压力，珩磨工具同时作相对旋转和直线往复运动，磨磨工具同时作相对旋转和直线往复运动，磨除工件表面极小余量的一种精整加工方法除工件表面极小余量的一种精整加工方法 多在精磨或精镗的基础上在珩磨机上进行，多在精磨或精镗的基础上在珩磨机上进行，单件小批量生产也可在立式钻床上进行单件小批量生产也可在立式钻床上进行 多用于加工圆柱孔多用于

5、加工圆柱孔 珩磨余量一般为珩磨余量一般为0.020.15mm（铸铁）或（铸铁）或0.005 0.08mm（钢件）。磨削轨迹应成均匀而不重复（钢件）。磨削轨迹应成均匀而不重复的交叉网纹的交叉网纹 珩磨珩磨 珩磨方法珩磨方法油石是由磨料制成油石是由磨料制成的，相当砂的，相当砂轮，磨，磨料更微料更微细。珩磨珩磨头与主与主轴浮浮动连接，可沿孔壁自接，可沿孔壁自动导向。向。原理原理 l生产效率高，加工余量生产效率高，加工余量比研磨大比研磨大l尺寸精度和形状精度高尺寸精度和形状精度高，Ra 0.2 0.05uml不能提高位置精度不能提高位置精度 l珩磨表面耐磨珩磨表面耐磨l珩磨头结构复杂珩磨头结构复杂l主

6、要用于大孔、主要用于大孔、深孔的精整加工深孔的精整加工l大批大量生产和大批大量生产和单件小批生产中单件小批生产中都有应用都有应用 工艺特点工艺特点 应用应用 是指用极是指用极细磨粒的油石，以恒定磨粒的油石，以恒定压力（力（520Mpa）和复）和复杂相相对运运动对工件工件进行微量磨削，以降低表面粗糙度行微量磨削，以降低表面粗糙度为主要主要目的的光整方法。目的的光整方法。外外圆超精加工超精加工时，注入光磨液，形成油膜。工件以，注入光磨液，形成油膜。工件以较低的低的速度（速度（v=630 m/min）旋）旋转，油石一方面以，油石一方面以550Hz的的频率、率、1 6mm的振幅作往复振的振幅作往复振动

7、，另一方面以，另一方面以0.10.15mm/r的的进给量量纵向向进给；油石；油石对工件表面的工件表面的压力，力，靠靠调节上面的上面的压力力弹簧来簧来实现。超级光磨超级光磨 只能切除微观凸锋，一般不留或只留很小的加工余量只能切除微观凸锋，一般不留或只留很小的加工余量（0.0030.01mm）。加工）。加工Ra可小于可小于0.012m，表面质量高。，表面质量高。加工余量小，生产率高。加工余量小，生产率高。常用于大批大量生产中加工曲轴、凸轮轴的轴颈外圆、飞轮、常用于大批大量生产中加工曲轴、凸轮轴的轴颈外圆、飞轮、离合器盘的端平面以及滚动轴承的滚道等。离合器盘的端平面以及滚动轴承的滚道等。用涂有抛光膏

8、的软轮（即抛光轮）高速旋转用涂有抛光膏的软轮（即抛光轮）高速旋转对工件进行微弱切削，从而降低工件表面粗对工件进行微弱切削，从而降低工件表面粗糙度，提高光亮度的一种光整加工方法糙度，提高光亮度的一种光整加工方法 软轮用皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成，具软轮用皮革、毛毡、帆布等材料叠制而成，具有一定的弹性，以便工作时能按工件表面形状有一定的弹性，以便工作时能按工件表面形状变形，增大抛光面积或加工曲面。抛光膏由较变形，增大抛光面积或加工曲面。抛光膏由较软的磨料（氧化铁、氧化铬等）和油脂（油酸、软的磨料（氧化铁、氧化铬等）和油脂（油酸、硬脂酸、石蜡、煤油等）调制而成硬脂酸、石蜡、煤油等）调制而成 抛光

9、抛光 抛光时线速度一般为抛光时线速度一般为3050m/s。软轮与工件之间应有一定压力软轮与工件之间应有一定压力一般在磨削或精车、精铣、精刨一般在磨削或精车、精铣、精刨的基础上进行，不留加工余量的基础上进行，不留加工余量抛光后抛光后Ra可达可达0.10.012m，并，并可明显地增加光亮度可明显地增加光亮度不能提高尺寸精度、形状精度和位置精度不能提高尺寸精度、形状精度和位置精度容易对曲面进行加工，多用于表面的修饰加工容易对曲面进行加工，多用于表面的修饰加工及电镀前的预加工。及电镀前的预加工。比较抛光抛光超级光磨超级光磨研磨研磨珩磨珩磨加工质量加工质量提高光提高光亮程度亮程度降低降低 Ra既降低既降

10、低 Ra，又提高尺寸、，又提高尺寸、形状精度形状精度应用范围应用范围加工各种表面加工各种表面孔孔工具设备工具设备简单简单稍复杂稍复杂复杂复杂生产效率生产效率高高低低较高较高特种加工解决各种解决各种难切削材料的加工切削材料的加工问题。如硬如硬质合金、合金、钦合金、耐合金、耐热钢、不、不锈钢、淬硬、淬硬钢、金、金刚石、宝石、石、宝石、石英以及石英以及钨、硅等各种高硬度、高、硅等各种高硬度、高强度、高度、高韧性、高脆性的金属及性、高脆性的金属及非金属材料的加工。非金属材料的加工。解决各种特殊复解决各种特殊复杂表面的加工表面的加工问题。如如喷气气涡轮机叶片、整体机叶片、整体涡轮、冷拔模上特殊断面的型孔

11、炮管内、冷拔模上特殊断面的型孔炮管内膛膛线，喷油嘴油嘴喷丝头上的小孔、窄上的小孔、窄缝等的加工。等的加工。解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。如如对表面表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺量和精度要求很高的航天航空陀螺仪、伺服、伺服阀，以及，以及细长轴、薄壁零件、薄壁零件、弹性元件等低性元件等低刚度零件的加工。度零件的加工。特种加工与机械加工利用能源：电能、电化学能、光能及声能等；利用能源：电能、电化学能、光能及声能等；工具材料：硬度可以比工件材料的硬度低；工具材料：硬度可以比工件材料的硬度低；切削力：加工时一般没有明显的切削力；切削力

12、：加工时一般没有明显的切削力；切削速度：加工去除工件材料速度比切削加工低。切削速度：加工去除工件材料速度比切削加工低。机械切削加工的本质和特点：机械切削加工的本质和特点：一是靠刀具材料比工件更硬：一是靠刀具材料比工件更硬：二是靠机械能把工件上多余的材料切除。二是靠机械能把工件上多余的材料切除。电火花加工（电火花加工（EDM）Electrical Discharge Machining 电火花加工又称放电加工、电火花加工又称放电加工、电蚀加工，是一种基于工具电蚀加工，是一种基于工具和工件之间不断脉冲放电产和工件之间不断脉冲放电产生的局部、瞬时的高温将金生的局部、瞬时的高温将金属蚀除掉的加工方法属

13、蚀除掉的加工方法 当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下某当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，产一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，形成一个小凹坑除掉一小部分金属，形成一个小凹坑 电火花加工电火花加工的基本原理的基本原理电火花加工基本原理特点及应用电火花加工基本原理特点及应用 电火花加工原理电火花加工原理电火花加工电火花加工表面局部放大表面局部放大电火花加工电火花加工 电火花电火花 加工的加工的 条件条件 工具电极和工件电极之间必须工具电极和工件电极之

14、间必须始终保持一定的放电间隙，这始终保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米约为几微米至几百微米 火花放电必须是瞬时的脉冲性放火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间（一般为电，放电延续一段时间（一般为10-710-3s）后，需停歇一段时间）后，需停歇一段时间 火花放电必须在有一定绝缘火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行性能的液体介质中进行 电火花加电火花加工的过程工的过程电火花腐蚀是一个物理微观过程，电火花腐蚀是一个物理微观过程，这一微观过程是电场力、磁力、这一微观过程是电场力、磁力、热力、液体动力、电化学和胶体热力、液体

15、动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程化学等综合作用的过程这一过程大致分为四个连续的阶段：极间这一过程大致分为四个连续的阶段：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；电热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；电极材料的抛出；极材料的抛出；加工表面微观形貌圆滑、无刀痕沟纹等缺陷加工表面微观形貌圆滑、无刀痕沟纹等缺陷 适合于任何难切削材料的加工适合于任何难切削材料的加工 电火花加工电火花加工的特点的特点可以加工特殊及复杂形状的零件可以加工特殊及复杂形状的零件 没有机械切削力，工件不会产生受力变形没有机械切削力，工件不会产生受力变形 直

16、接利用电能加工，便于实现自动化控制直接利用电能加工，便于实现自动化控制 工艺适应面宽、灵活性大，可与其他工艺结合工艺适应面宽、灵活性大，可与其他工艺结合 加工速度较慢加工速度较慢；存在电极损耗和二存在电极损耗和二次放电；主要加工金属等导电材料次放电；主要加工金属等导电材料 局限性局限性 电火花加工样品返回返回电火花加工电火花加工的工艺方法的工艺方法电火花电火花穿孔成型穿孔成型电火花电火花线切割线切割电火花磨电火花磨削与镗削削与镗削电火花电火花同步共轭同步共轭回转加工回转加工电火花电火花高速小高速小孔加工孔加工电火花电火花表面强化表面强化与刻字与刻字线切割加工线切割加工的工作原理的工作原理利用移

17、动的细金属导利用移动的细金属导线（钼丝或铜丝）作线（钼丝或铜丝）作电极，靠脉冲火花放电极，靠脉冲火花放电对工件进行切割电对工件进行切割 高速走丝电火花线切割机床高速走丝电火花线切割机床 线切割加线切割加工的装置工的装置低速走丝电火花线切割机床低速走丝电火花线切割机床 线切割机床都已采用不同水平的微机数控系统线切割机床都已采用不同水平的微机数控系统 电火花线切割电火花线切割储丝筒储丝筒导轮导轮电极丝电极丝工件工件电火花线切割原理图XY高速走丝线切割机床高速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床慢速走丝线切割机床由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的

18、工件窄缝和复杂形状的工件 由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，从而对加工精度的影响较小电极丝的损耗少，从而对加工精度的影响较小 采用水或水基工作液不会引燃起火，采用水或水基工作液不会引燃起火，容易实现安全无人运转容易实现安全无人运转 在实体部分开始切割时，需加工穿丝用的预孔在实体部分开始切割时，需加工穿丝用的预孔 穿丝孔穿穿丝孔直径大小的孔直径大小的选择，应便于便于钻孔或孔或镗孔加工，不孔加工，不宜宜过大或大或过小，一般在小，一般在3-10mm范范围内内选择，并取整，并取整数直径。数直径。由于穿由于穿丝孔常用作加工基准，因此，穿孔常用

19、作加工基准，因此，穿丝孔的加工一孔的加工一般在具有般在具有较高精度的机床上高精度的机床上进行，也可采用行，也可采用电火花穿火花穿孔，以保孔，以保证穿穿丝孔的位置、尺寸精度。孔的位置、尺寸精度。高速小孔加工工艺高速小孔加工工艺 管状电极回转并沿轴向管状电极回转并沿轴向进给，进给，15MPa高压工作液高压工作液（去离子水、乳化液等）排（去离子水、乳化液等）排屑屑,加工速度达加工速度达60mm/min左左右，孔深径比可超过右，孔深径比可超过100。国外公司样品直径为国外公司样品直径为3mm,深度达深度达330mm。加工各类模具加工各类模具各类材料的切断各类材料的切断试制新产品试制新产品加工薄片零件、

20、特殊难加工材料零件加工薄片零件、特殊难加工材料零件加工电火花成型加工用的电极加工电火花成型加工用的电极线切割加工的应用范围线切割加工的应用范围 线切割机床的主要应用A微细结构和复杂形状B高硬度导电材料成型加工C模具形面及型腔加工C模具形面及型腔加工电解加工电解加工electrochemical machining 利用电极在电解液中发生的电化学作用利用电极在电解液中发生的电化学作用对金属材料进行成形加工的一种工艺对金属材料进行成形加工的一种工艺 电解电解 加工加工 的的 基本基本 原理原理 当两金属片接上电源并插入任何导电的当两金属片接上电源并插入任何导电的溶液（如水中加入少许溶液（如水中加入

21、少许CuClCuCl2 2）中，即）中，即形成通路，导线和溶液中均有电流流过形成通路，导线和溶液中均有电流流过 如果所接的是直流电源，则溶液中的离子将如果所接的是直流电源，则溶液中的离子将作定向移动，正离子移向阴极，在阴极上得作定向移动，正离子移向阴极，在阴极上得到正离子而进行还原反应。负离子移向阳极，到正离子而进行还原反应。负离子移向阳极，在阳极表面失掉正离子而进行氧化反应在阳极表面失掉正离子而进行氧化反应 电解加工概述电解加工概述电解液中的电化学反应电解液中的电化学反应在阴、阳电极表面发生得失电子在阴、阳电极表面发生得失电子的化学反应称之为电化学反应的化学反应称之为电化学反应 利用这种电利

22、用这种电化学作用对化学作用对金属进行加金属进行加工（包括电工（包括电解和镀覆）解和镀覆）的方法即电的方法即电化学加工化学加工 1.利用阳极金属的溶解作用去除金属材料利用阳极金属的溶解作用去除金属材料 电解电解 加工加工 的的 分类分类 主要有电解加工、电解抛光、电解主要有电解加工、电解抛光、电解研磨、电解倒棱、电解去毛刺等研磨、电解倒棱、电解去毛刺等 2.利用利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工阴极金属的沉积作用进行镀覆加工 主要有电铸、电镀、电刷镀、主要有电铸、电镀、电刷镀、涂镀、复合电镀等涂镀、复合电镀等 3.3.电解电解电解电解加工与其加工与其他加工方法结合他加工方法结合完成的电化学复完成

23、的电化学复合加工合加工 主要有电解磨削、电解主要有电解磨削、电解电火花复合加工、电化电火花复合加工、电化学阳极机械加工等学阳极机械加工等 适应范围广，凡是能够导电的材料都可适应范围广，凡是能够导电的材料都可以加工，并且不受材料力学性能的限制以加工，并且不受材料力学性能的限制 电解电解 加工加工 的的 特点特点 加工质量高，在加工过程中没有机加工质量高，在加工过程中没有机械切削力的存在，工件表面无变质械切削力的存在，工件表面无变质层、无残余应力，也无毛刺及棱角层、无残余应力，也无毛刺及棱角 加工过程不需要划分阶段，可以同加工过程不需要划分阶段，可以同时进行大面积加工，生产效率高时进行大面积加工，

24、生产效率高 但电化学加工对环境有一定程度的污染，必但电化学加工对环境有一定程度的污染，必须对电化学加工废弃物进行处理，以免对自须对电化学加工废弃物进行处理，以免对自然环境造成污染和对人类健康进行危害然环境造成污染和对人类健康进行危害 利用金属在电解液中的电化学利用金属在电解液中的电化学阳极溶解将工件加工成形阳极溶解将工件加工成形 电解电解 加工加工 的的 基本基本 原理原理 电解加工电解加工 加工范围广，不受金属材料加工范围广，不受金属材料本身力学性能的限制本身力学性能的限制电解加工的特点电解加工的特点 生产效率高生产效率高可以达到较好的表面粗糙度和可以达到较好的表面粗糙度和0.1mm左右的平

25、均加工精度左右的平均加工精度加工过程不存在机械切削力加工过程不存在机械切削力阴极工具在理论上不会耗损阴极工具在理论上不会耗损 优优 点点 不易达到较高的加工精度，不易达到较高的加工精度，加工稳定性也较差加工稳定性也较差附属设备多，占地面积大，附属设备多，占地面积大，机床要抗腐蚀，造价高机床要抗腐蚀，造价高加工复杂型腔和型面时，工具电加工复杂型腔和型面时，工具电极的设计和修正比较麻烦极的设计和修正比较麻烦电解产物易造成环境污染电解产物易造成环境污染局限性局限性 电解电解 加工加工 的的 应用应用 用于难加工材料用于难加工材料用于加工批量大的零件用于加工批量大的零件用于相对复杂形状的零件用于相对复

26、杂形状的零件选用电解加工选用电解加工 工艺的三原则工艺的三原则 电解加工电解加工 的应用的应用 深孔扩深孔扩孔加工孔加工数控数控电解电解加工加工型孔型孔加工加工型腔型腔加工加工套料套料加工加工电解电解抛光抛光电解电解蚀刻蚀刻电解倒棱电解倒棱去毛刺去毛刺叶片叶片加工加工电解整电解整体叶轮体叶轮齿轮电解齿轮电解去毛刺去毛刺由电化学阳极溶解作用和机械由电化学阳极溶解作用和机械加工作用结合起来对金属工件加工作用结合起来对金属工件表面进行加工的复合工艺技术表面进行加工的复合工艺技术 电化电化 学机学机 械复械复 合加合加 工的工的 原理原理 主要是靠电化学的作用来去除金属，机主要是靠电化学的作用来去除金

27、属，机械作用只是为了更好地加速这一过程械作用只是为了更好地加速这一过程 包括电解磨削、电解珩磨、电解研包括电解磨削、电解珩磨、电解研磨、电化学机械抛光、电化学机械磨、电化学机械抛光、电化学机械加工等加工工艺加工等加工工艺 电化学机械复合加工电化学机械复合加工 附加一个中间电极，工附加一个中间电极，工 件接正极，砂轮不导件接正极，砂轮不导 电，电，只起刮除钝化膜的只起刮除钝化膜的 作用，作用，电解作用在中间电解作用在中间 电极和电极和工件之间进行，工件之间进行，从而从而大大增加导电面积大大增加导电面积 中极法中极法 电解磨削电解磨削 中极法中极法 电解电解 磨削磨削 电解磨削原理示意图电解磨削原

28、理示意图常用的电化学机械复合加工方式，常用的电化学机械复合加工方式，除电解磨削外，对于高硬、脆性、除电解磨削外，对于高硬、脆性、韧性材料的内孔、深孔、薄壁套韧性材料的内孔、深孔、薄壁套筒，可以采用电解珩磨工艺方法，筒，可以采用电解珩磨工艺方法，进行珩磨或抛光进行珩磨或抛光 常见电常见电 化学机化学机 械复合械复合 加工方加工方 式简介式简介 对于不锈钢、钛合金等对于不锈钢、钛合金等 难加工材料的大平面精难加工材料的大平面精密磨削和抛光，可采用密磨削和抛光，可采用电解研磨方案。磨料既电解研磨方案。磨料既可固定于研磨材料（无可固定于研磨材料（无纺布、羊毛毡）上，也纺布、羊毛毡）上，也可游离于研磨材

29、料与加可游离于研磨材料与加工表面之间，在阴极的工表面之间，在阴极的带动下，磨粒在工件表带动下，磨粒在工件表面运动，去除钝化膜，面运动，去除钝化膜，同时形成网纹，达到较同时形成网纹，达到较 低的表面粗糙度低的表面粗糙度 电解研电解研 磨加工磨加工 超声波超声波加工加工频率超过频率超过16000Hz的声波称为超声波的声波称为超声波超声波能传递很强的能量超声波能传递很强的能量当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频当超声波经过液体介质传播时，将以极高的频率压迫液体质点振动，在液体介质中连续地形率压迫液体质点振动，在液体介质中连续地形成压缩和稀疏区域，由于液体基本上不可压缩，成压缩和稀疏区域，由于液体

30、基本上不可压缩，由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现由此产生压力正、负交变的液压冲击和空化现象，从而引起固体物质分散、破碎等效应象，从而引起固体物质分散、破碎等效应通过不同介质时，在界面上发生波速通过不同介质时，在界面上发生波速突变，产生波的反射和折射现象突变，产生波的反射和折射现象超声波加工的原理超声波加工的原理 超声波的特性在液体介质中传播时，在界面上产生在液体介质中传播时，在界面上产生液压冲击液压冲击空化现象空化现象形成真空，产形成真空，产生气泡生气泡空泡闭合，形空泡闭合，形成压力成压力高频上下运动：高频上下运动：f f 16kHz16kHz利用超声波的特性进行加工的工艺称为超声加工

31、利用超声波的特性进行加工的工艺称为超声加工 超声加工是利用工具端面作超声振动，超声加工是利用工具端面作超声振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的通过磨料悬浮液加工脆硬材料的超声加工是磨粒在超声振动作用下的机超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的械撞击和抛磨作用以及超声空化作用的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的综合结果，磨粒的撞击作用是主要的超声加工是基于局部撞击作用，因此越是脆硬的超声加工是基于局部撞击作用，因此越是脆硬的材料，越易进行超声加工。而选择工具材料时则材料，越易进行超声加工。而选择工具材料时则应使之既能撞击磨拉，又不致使自身受到破坏应使之既能撞击磨拉，又不

32、致使自身受到破坏 超声加工原理图超声加工原理图 加工精度高、表面粗糙度小、加工质量好加工精度高、表面粗糙度小、加工质量好工具和工件无需复杂的相对运动，超工具和工件无需复杂的相对运动，超声加工机床结构简单声加工机床结构简单工件表面宏观切削力很小，切削应力、切工件表面宏观切削力很小，切削应力、切削热很小，不会引起变形和烧伤削热很小，不会引起变形和烧伤适合加工各种硬脆材料，特别适合加工各种硬脆材料，特别是不导电的非金属材料是不导电的非金属材料 超声波加工的特点超声波加工的特点 工具可用软材料工具可用软材料超声加工设备包括超超声加工设备包括超声发生器、声发生器、超声振动系统、超声振动系统、机床本体、机

33、床本体、磨料、磨料、工作液循环系统工作液循环系统 超声加工机床超声加工机床超声波加工装置的构成及关键部件超声波加工装置的构成及关键部件 超声波超声波 发生器发生器 作用是将工频交流电转变为有作用是将工频交流电转变为有一定功率输出的超声频电振荡，一定功率输出的超声频电振荡，以提供工具端面往复振动和去以提供工具端面往复振动和去除被加工材料的能量除被加工材料的能量基本要求：输出功率和频率在一基本要求：输出功率和频率在一定范围内连续可调，最好能具有定范围内连续可调，最好能具有对共振频率自动跟踪和自动微调对共振频率自动跟踪和自动微调的功能；还要求结构简单、工作的功能；还要求结构简单、工作可靠、价格便宜、

34、体积小等可靠、价格便宜、体积小等有电子管式、晶体管式有电子管式、晶体管式作用作用高频电振荡高频电振荡机械能机械能换能器长度换能器长度=k/2k/2种类种类压电效应式压电效应式磁致伸缩式磁致伸缩式超声换能器超声换能器 换能器换能器 将高频电能转变将高频电能转变为机械能，使工为机械能，使工具端面作高频率具端面作高频率小振幅的振动以小振幅的振动以进行加工进行加工 压电陶瓷换能器压电陶瓷换能器 磁致伸缩换能器磁致伸缩换能器镍棒长度应等于镍棒长度应等于超声波半波长或其超声波半波长或其整数倍，使之处于整数倍，使之处于共振状态共振状态（20kHz的换能器，其长度的换能器，其长度 为为125mm）几种变幅杆几

35、种变幅杆 声学头的固定声学头的固定 选择振幅为零的波节点选择振幅为零的波节点 工工具具：45钢钢等等韧韧性性材材料料 磨料工磨料工 作液及其作液及其循环系统循环系统磨料可以靠人工输送和磨料可以靠人工输送和更换，也可利用小型离更换，也可利用小型离心泵注入心泵注入工作液常用的是水；为了提工作液常用的是水；为了提高表面质量，有时也用煤油高表面质量，有时也用煤油或机油或机油磨料常用碳化硼、磨料常用碳化硼、碳化硅或氧化铝等碳化硅或氧化铝等加工加工型孔、型腔型孔、型腔主要用于对脆硬材料加工圆孔、型主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等孔、型腔、套料、微细孔等 加工圆孔、加工圆孔、加工型腔加

36、工型腔超声波加工的应用超声波加工的应用 加工异形孔、套料加工、加工微细孔加工异形孔、套料加工、加工微细孔 切割切割 加工加工 用普通机械加工切割脆硬用普通机械加工切割脆硬的半导体材料很困难，采的半导体材料很困难，采用超声切割较为有效用超声切割较为有效超声切割超声切割单晶硅片单晶硅片软钢刃刀片，软钢刃刀片，厚度厚度0.127mm，间距间距1.14mm成批切槽刀具成批切槽刀具 切割成的切割成的 陶瓷模块陶瓷模块 复合复合 加工加工 用超声加工与其它加工方法用超声加工与其它加工方法相结合进行复合加工，以提相结合进行复合加工，以提高加工速度和表面质量高加工速度和表面质量超声电解复超声电解复 合加工小孔

37、合加工小孔 手携式电解超声手携式电解超声 复合抛光原理图复合抛光原理图 超声振动超声振动 切削加工切削加工 超声波超声波焊接焊接利用高频振动产生的撞击能量，利用高频振动产生的撞击能量，去除工件表面的氧化膜杂质，露去除工件表面的氧化膜杂质，露出新鲜的本体，在两个被焊工件出新鲜的本体，在两个被焊工件表面分子的撞击下，亲和、熔化表面分子的撞击下，亲和、熔化并粘接在一起并粘接在一起 焊尼龙、塑料制品，表面易产生氧化焊尼龙、塑料制品，表面易产生氧化层的难焊接金属材料，如铝制品等；层的难焊接金属材料，如铝制品等；利用超声波化学镀工艺还可以在陶瓷利用超声波化学镀工艺还可以在陶瓷等金属表面挂锡、挂银及涂覆熔化

38、的等金属表面挂锡、挂银及涂覆熔化的金属薄层金属薄层 超声波超声波清洗清洗主要基于超声振动在液体中产主要基于超声振动在液体中产生的交变冲击波和空化作用生的交变冲击波和空化作用清洗喷油嘴、清洗喷油嘴、喷丝板、微型喷丝板、微型轴承、仪表齿轴承、仪表齿轮、手表机芯、轮、手表机芯、印刷电路板、印刷电路板、集成电路微电集成电路微电子器件等子器件等超声清洗装置超声清洗装置 高能束加工高能束加工激光也是一种光，它具有一般光的激光也是一种光，它具有一般光的共性，也有它独有的特性，它具有共性，也有它独有的特性，它具有单色性好、相干性好、方向性好以单色性好、相干性好、方向性好以及亮度高、强度高等特性及亮度高、强度高

39、等特性 激光激光 束加束加 工的工的 工作工作 原理原理 其工作原理就是利用光的能量经过透镜其工作原理就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，聚焦后在焦点上达到很高的能量密度，靠光热效应，使被照射工件的加工区域靠光热效应，使被照射工件的加工区域达数千度甚至上万度的高温，将材料瞬达数千度甚至上万度的高温，将材料瞬时熔化、汽化，在热冲击波作用下蚀除时熔化、汽化，在热冲击波作用下蚀除物被抛射出去，达到相应的加工效果物被抛射出去，达到相应的加工效果 激光束加工激光束加工激光束加工激光束加工 激光束加工激光束加工 功率密度高达功率密度高达1081010W/cm2，几乎，几乎可加工任何材

40、料可加工任何材料激光激光 束加束加 工的工的 特点特点 激光光斑可聚焦到微米级，输出功率激光光斑可聚焦到微米级，输出功率可调节，可用于精密微细加工可调节，可用于精密微细加工所用工具为激光束，是非接触加工，所用工具为激光束，是非接触加工，所以没有明显的机械力，没有工具损所以没有明显的机械力，没有工具损耗；加工速度快，热影响区小耗；加工速度快，热影响区小加工装置简单，不需要复杂的真空装置加工装置简单，不需要复杂的真空装置还可进行焊接、热处理、表面强化或涂覆还可进行焊接、热处理、表面强化或涂覆激光束加工的应用激光束加工的应用 激光激光 打孔打孔 利用激光几乎可在任何材料上打微利用激光几乎可在任何材料

41、上打微型小孔，目前已应用于火箭发动机型小孔，目前已应用于火箭发动机和柴油机的燃料喷嘴加工、化学纤和柴油机的燃料喷嘴加工、化学纤维喷丝扳打孔、钟表及仪表中的宝维喷丝扳打孔、钟表及仪表中的宝石轴承打孔、金刚石拉丝模加工等石轴承打孔、金刚石拉丝模加工等 激光打孔适合于自动化连续打孔激光打孔适合于自动化连续打孔 激光打孔由于能量在时空内高度集中，加工能激光打孔由于能量在时空内高度集中，加工能力强、效率高，几乎可用于所有材料打孔；打力强、效率高，几乎可用于所有材料打孔；打孔孔径范围大，还可打斜孔，且不需抽真空孔孔径范围大，还可打斜孔，且不需抽真空 激光激光 切割切割 激光切割原理与激光打孔原理基本相激光

42、切割原理与激光打孔原理基本相同，所不同的是，激光切割工件，激同，所不同的是，激光切割工件，激光束要相对移动光束要相对移动 激光切割可切割各种激光切割可切割各种二维图形的工件二维图形的工件。激光切割可用于切割激光切割可用于切割各种各样的材料各种各样的材料，如，金属，非金属；，如，金属，非金属；无机物，皮革；无机物，皮革；激光对被切割材料几乎不产生机械冲击和压力，适宜于切激光对被切割材料几乎不产生机械冲击和压力，适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等既割玻璃、陶瓷和半导体等既硬脆的材料硬脆的材料。激光光斑小、切缝窄，便于自动控制，所以更适宜于对激光光斑小、切缝窄，便于自动控制，所以更适宜于对细细小部件小部

43、件作各种精密切割。作各种精密切割。切割速度快，热影响区小，因而热变形小切割速度快，热影响区小，因而热变形小 割缝窄，割缝质量好，切口边割缝窄，割缝质量好，切口边缘平滑，无塌边、无切割残渣缘平滑，无塌边、无切割残渣 切边无机械应力，工件变形极小。切边无机械应力，工件变形极小。激光切割激光切割的特点的特点无刀具磨损，没有接触能量损耗，也不需无刀具磨损，没有接触能量损耗，也不需要更换刀具，切割过程易于实现自动控制要更换刀具，切割过程易于实现自动控制 激光束聚集后功率密度高，能切割各种材料激光束聚集后功率密度高，能切割各种材料 可在大气层中或任何气体环境中可在大气层中或任何气体环境中进行切割，无需真空

44、装置进行切割，无需真空装置 加加 工工 原原 理理 在真空条件下，利用聚集后能量密度在真空条件下，利用聚集后能量密度极高的电子束，以极高的速度（当加极高的电子束，以极高的速度（当加速电压为速电压为50V时，电子速度可达时，电子速度可达1.6105km/s）冲击到工件表面极小的）冲击到工件表面极小的面积上，在极短的时间（面积上，在极短的时间（10-6s）内，）内，其能量的大部分转换为热能，使被冲其能量的大部分转换为热能，使被冲击部分的工件材料达到几千摄氏度以击部分的工件材料达到几千摄氏度以上的高温，从而引起材料的局部熔化上的高温，从而引起材料的局部熔化和汽化，以实现加工目的和汽化，以实现加工目的

45、 电子束加工原理及特点电子束加工原理及特点 电子束加工电子束加工 电子束加工原理图电子束加工原理图 加工加工 特点特点 能够极其细微地聚焦能够极其细微地聚焦 电子束能量密度很高电子束能量密度很高 生产率很高生产率很高 控制方便，容易实现自动化控制方便，容易实现自动化 对环境无污染，加工表面化学纯度高对环境无污染，加工表面化学纯度高 加工材料范围广泛加工材料范围广泛 设备投资大，应用有一定的局限性设备投资大，应用有一定的局限性 在极微细束斑在极微细束斑上能达到上能达到106109W/cm2 能加工小深孔（深径比能加工小深孔（深径比10:110:1）高速高速 打孔打孔 最小直径可达最小直径可达0.

46、003 mm0.003 mm左右左右 已在航空航天、电子、化纤以及已在航空航天、电子、化纤以及制革等工业生产中得到广泛应用制革等工业生产中得到广泛应用 可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料 电子束加工的应用电子束加工的应用 加工弯加工弯 孔、型面和孔、型面和 特殊面特殊面 加工喷丝头异型孔、复杂加工喷丝头异型孔、复杂型面、锥孔、斜孔，甚至型面、锥孔、斜孔，甚至加工弯孔和曲面加工弯孔和曲面加工喷丝头加工喷丝头异形孔异形孔 加工曲面加工曲面 加工弯孔加工弯孔 加工加工 原理原理在真空条件下，将由离子源产生在真空条件下，将由离子源产生的离子经过电场加速，获得具有的离子经过

47、电场加速，获得具有一定速度的离子投射到材料表面，一定速度的离子投射到材料表面，产生溅射效应和注入效应产生溅射效应和注入效应离子束加工原理及特点离子束加工原理及特点由于离子带正电荷，离子质量是电子的由于离子带正电荷，离子质量是电子的数千倍或数万倍，所以离子一旦获得加数千倍或数万倍，所以离子一旦获得加速，则能具有比电子束大得多的撞击动速，则能具有比电子束大得多的撞击动能，离子束是靠机械撞击动能来加工的能，离子束是靠机械撞击动能来加工的 离子束加工离子束加工 加工加工 特点特点高精度：离子束流密度和离子能量高精度：离子束流密度和离子能量可以精确控制，加工精度可达纳米可以精确控制，加工精度可达纳米级，是所有特种加工方法中最精密、级，是所有特种加工方法中最精密、最微细的加工方法最微细的加工方法 高纯度、无污染：在真空中进行，高纯度、无污染：在真空中进行，所以污染少、纯度高所以污染少、纯度高 宏观压力小：靠离子轰击材料表面的原子，宏观压力小：靠离子轰击材料表面的原子，加工应力、热变形等极小，加工质量高，加工应力、热变形等极小，加工质量高，适用于各种材料和低刚度零件的加工适用于各种材料和低刚度零件的加工 成本高、效率低：设备费用高，成本高、效率低：设备费用高，生产成本也高，而且加工效率低生产成本也高，而且加工效率低