1、數(shù)控技術(shù),教師 吳志超,第五章 特種加工,內(nèi)容,2,特種加工方法及特點 電火花加工 電火花線切割加工 電化學加工 超聲加工 激光加工 水射流加工,特種加工方法及特點,3,對機械制造部門提出的新要求： 解決各種難切削材料的加工問題 解決各種特殊復雜表面的加工問題 解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題,特種加工技術(shù)的產(chǎn)生原因,切削加工的本質(zhì)和特點： 刀具材料比工件更硬 機械能把工件上多余的材料切除,特種加工技術(shù)的特點 不是主要依靠機械能，而是主要用其他能量去除材料； 工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克剛”； 加工過程中工具和工件之間不存在明顯的機械切削力；,要解決機械制

2、造部門面臨的一系列工藝問題，僅僅依靠傳統(tǒng)的切削加工方法很難實現(xiàn)，甚至根本無法實現(xiàn)，人們相繼探索研究新的加工方法，因而產(chǎn)生特種加工技術(shù),特種加工技術(shù)的特點,特種加工與傳統(tǒng)切削加工的不同點,主要依靠機械能以外的能量(如電、化學、光、聲、熱等)去除材料；多數(shù)屬于“熔溶加工”的范疇。 工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克剛”； 加工過程中工具和工件之間不存在明顯的機械切削力； 主運動的速度一般都較低；理論上，某些方法可能成為“納米加工”的重要手段； 加工后的表面邊緣無毛刺殘留，微觀形貌“圓滑”,特種加工種類,特種加工種類,特種加工種類,常用特種加工方法 的特點及適用范圍,常用特種加工方法

3、 的特點及適用范圍,常用特種加工方法 的特點及適用范圍,特種加工對機械制造工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響,提高了材料的可加工性 材料的可加工性不再與硬度、強度、韌性、脆性等成直接關(guān)系，對電火花、線切割加工而言，淬火鋼比未淬火鋼更易加工。特種加工方法使材料的可加工范圍從普通材料發(fā)展到硬質(zhì)合金、超硬材料和特殊材料。 改變了零件的典型工藝路線 以前的典型工藝路線是先加工后淬火，特種加工的工藝路線是先淬火后加工,改變了試制新產(chǎn)品的模式 特種加工可以直接加工出各種標準和非標準件，各種特殊、復雜的二次曲面體零件，省去設(shè)計制造相應刀具、夾具、量具、模具、工裝，大大縮短了試制周期。 快速成型技術(shù)，成為試制新產(chǎn)品的必要也是

4、重要手段。,特種加工對機械制造工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響,特種加工對產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來很大的影響 各種復雜沖模過去采用拼鑲結(jié)構(gòu),有了特種加工可以作成整體結(jié)構(gòu) 花鍵的齒根加工,用拉削方法時,刀齒只能是清棱清角的齒根；電解加工時,非采用小圓角的齒根不可,特種加工對機械制造工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響,重新衡量傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝性的好壞 過去認為工藝性很壞的小孔、窄縫等，因為有了特種加工方法，現(xiàn)代產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中可以大量采用 特種加工已經(jīng)成為微細加工和納米加工的主要手段,特種加工對機械制造工藝技術(shù)產(chǎn)生的影響,17,電火花加工,電火花加工原理,利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放

5、電加工或電蝕加工 英文簡稱EDM Electrical Discharge Machining,電火花加工原理示意圖1-自動進給調(diào)節(jié)裝置 2-工具 3-工作液 4-工件 5-工作液泵 6-脈沖電源,電火花加工原理,可以加工特殊及復雜形狀的零件 由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有機械加工的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細加工。 由于可以簡單地將工具電極的形狀復制到工件上，因此特別適用于復雜表面形狀工件的加工，如復雜型腔模具加工等。 數(shù)控電火花加工可以簡單形狀的電極加工復雜形狀零件。,電火花加工的優(yōu)點,適合于難切削材料的加工 用軟的工具（多采用紫銅或石墨）加工硬韌的工件，甚至可以加工類似

6、聚晶金剛石、立方氮化硼一類超硬材料。 工具電極較容易加工。,主要用于加工金屬等導電材料，一定條件下也可以加工半導體和非導體材料。,加工表面微觀形貌圓滑，工件的棱邊、尖角處無毛刺、塌邊；,工藝靈活性大，本身有“正極性加工”（工件接電源正極）和“負極性加工”（工件接電源負極）加工之分；還可與其他工藝結(jié)合，形成復合加工，如與電解加工復合；,電火花加工的優(yōu)點,電火花加工的局限性,加工效率低 一般是采用機械加工去除大部分余量，然后再進行電火花加工以求提高生產(chǎn)率。,存在電極損耗和二次放電 電極損耗多集中在尖角或底面，最近的機床產(chǎn)品已能將電極相對損耗比降至0.1，甚至更??；電蝕產(chǎn)物在排除過程中與工具電極距離

7、太小時會引起二次放電，形成加工斜度，影響成型精度。二次放電甚至會使得加工無法繼續(xù)。,主要用于加工金屬材料,一定條件下才可以加工半導體和非導體材料,電火花成形加工的設(shè)備,1、機床的主體,主觸頭 床身 立柱 工作臺 工作液槽,2、脈沖電源,（1）作用：輸出足夠能量的單向脈沖電流來產(chǎn)生電 火花放電來蝕除金屬。,（2） 脈沖電源的參數(shù),電源幅值 脈沖亮度 脈沖間歇,電規(guī)準：電流、電壓、脈寬、脈寬間隙,3、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng),（1）作用：確保工件與電極之間在加工過程中始終保持 一定的放電間隙，并且能自動補償放電蝕除 金屬后間隙增大的部分。,（2）基本要求：,足夠的穩(wěn)定性 較高的靈敏度和快速反應能力,（3）

8、自動進給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的種類,電動液壓式 伺服電動機式 步進電動機式 力矩電動機式,4、工作液循環(huán)過濾系統(tǒng),（2）過濾工作方式：,自然沉淀法 靜電過濾法 離心過濾法 介質(zhì)過濾法,（1）作用：是排除電火花加工過程中不斷產(chǎn)生的電蝕產(chǎn) 物，提高電蝕過程的穩(wěn)定性和加工速度。減 小電極損耗確保加工精度和表面質(zhì)量。,（4）強迫循環(huán)的工作方式,沖油式、抽油式,（5）工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)的工作原理,5、機床附件,（1）平動頭,應用范圍及特點：在型腔加工時使用，可實現(xiàn)粗、中、 精加工在單個極的條件下一次完成。,基本工作原理：利用偏心套調(diào)節(jié)偏心距離，實現(xiàn)平動量 的調(diào)節(jié)，工作是平動頭上的電極作以偏 心量的平動運動。,（2）

9、電極夾具,作用：是把工具電極裝夾固定在主軸上，并能調(diào)節(jié)電 極的軸線與主軸軸線重合或平行。,裝夾及調(diào)整裝置,十字鉸鏈式電極裝夾調(diào)節(jié)裝置 球面鉸鏈式電極裝夾調(diào)節(jié)裝置 標準鉆夾頭裝夾 標準螺紋夾頭裝夾,滑枕式電火花成型機床,電火花機床圖片(多軸),龍門式電火花成型機床,電火花加工中心,脈沖電源,工作臺,數(shù)控電火花加工機床,應用特點,加工適應性強 無論硬、脆、軟、耐熱材料，只要導電就行 小孔、薄壁、窄槽、復雜截面 同一臺電火花機床上，只需要修改參數(shù)即可完成粗、半精、精加工 可用于 穿孔加工凹模、擠壓模、粉末冶金模等異形孔及微孔 型腔加工注射模、壓塑模、吹塑模、壓鑄模、鍛模及拉深模等型腔 強化金屬表面凸

10、凹模的刃口 磨削平面及圓弧面,電火花穿孔,電火花型腔加工,工件,進給方向,進給方向,工作液,工具電極,工件,工具電極,工件,其它加工方法：磨削,內(nèi)圓,平面,外圓,其它加工方法,銑鍵槽,表面強化,鏜中心孔,其它加工方法,復雜內(nèi)表面,齒輪加工,螺紋加工,48,電火花線切割加工,電火花線切割加工原理,電火花線切割加工（Wire Cut EDM,簡稱WEDM）是在電火花加工基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種工藝方法，其基本原理是利用移動的細金屬導線（銅絲或鉬絲）作電極，對工件進行脈沖火花放電、切割成形。,電火花線切割原理圖,工作液,泵,噴嘴,工件,絲筒,脈沖電源,步進電機,數(shù)控裝置,工作臺,電極絲,（1）無需特定形

11、狀的工具電極，節(jié)約了電極設(shè)計、制造費用，縮短了生產(chǎn)準備時間,（2）由于加工表面的幾何輪廓由CNC控制的運動獲得，容易獲得復雜的平面形狀,（3）電極絲在加工中不斷移動，使電極絲損耗較少，有利于提高加工精度,線切割加工的特點,（4）由于電極絲較細，可以加工微細異形孔、窄縫和復雜形狀工件，由于切縫很窄，金屬去除量少，可對工件套料加工，材料利用率高，節(jié)約貴重金屬,（5）不同工件只需編制不同程序，易實現(xiàn)自動化,（6）不能加工盲孔類零件表面和階梯形表面（立體形狀表面）,加工各種硬質(zhì)合金和淬火鋼的沖模、拉絲模、冷拔模、樣板、成形刀具、各種形狀復雜的零件、窄縫和柵網(wǎng)等。將許多同樣零件疊起來加工，并獲得一致的尺

12、寸，加工精密細小零件其經(jīng)濟效果尤其顯著。,線切割加工的應用,優(yōu)點(與電火花相比),省掉了成型的工具電極 可以加工微細異形孔、窄縫、復雜形狀的工件 加工量小，材料利用率高，生產(chǎn)率高 電極絲單位長度損耗較小，對加工精度影響較小 成本低，加工自動化程度高,線切割平面零件,線切割立體零件,線切割異型零件,加工模具 加工電火化成形加工用的電極 加工零件,分類：慢走絲機床和快走絲機床,慢走絲機床,慢走絲機床特點,運絲的速度為35m/min，最高為15m/min。 電極為黃銅、紫銅等直徑為0.030.35，電極絲單向運動且為一次使用，電極絲尺寸一致性好。 加工精度可達0001 mm，所加工表面的表面粗糙度達

13、 Ra0.3m。 工作液主要采用去離子水和煤油。 切割速度目前能達到 350 平方米min 運絲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，能夠設(shè)定并調(diào)整絲的張力，導向裝置，能進行斷絲檢測。最新的線切割機床還有自動穿絲和自動斷絲功能。,電極絲運行速度快（300700m/min），加工速度較高，排屑容易，機構(gòu)比較簡單，價格相對便宜，因而在我國應用廣泛。 鉬絲作為電極，雙向循環(huán)往復運動，電極絲直徑為0l02 mm。 工作液常用乳化液。 由于其運絲速度快容易引起機床的較大振動，絲的振動也大，從而影響加工精度。它的一般加工精度為0.0150.02mm，所加工表面粗糙度1.252.5 m。,快走絲機床,線切割加工工藝及應用,合理選擇

14、切割路線,切割起始點與切割路線安排,穿絲孔,在一塊毛壞上切割兩個（或兩個以上）工件時，應從不同的預制孔開始加工，而不應一次連續(xù)切割出來 切割孔槽類工件時可采用多次切割法，以減少變形，保證加工精度 第一次粗加工時留0.1-0.5的精加工余量，以補償變形，第二次精加工要達到精度要求。,引入和切出方式的選擇,在線切割加工中，引入點通常與工件切割起點不重合，這就需要一段從引入點切割到切割起點的引入切割段。當切割起點選在切割圖形的交點上時，引入切割段通常采用直線方式；當切割起點選在切割圖形的表面上時，對于無補償?shù)那懈?，引入切割段通常采用圓弧方式，并與切割起始段相切，對于帶補償?shù)那懈?，引入切割段在圓弧方式

15、引入前需增加用于建立補償?shù)闹本€段,切出方式的選擇,一般工件輪廓切割完后，還需增加一段切出切割段。與引入方式相同，切出方式也有直線和圓弧兩種,切入方式的選擇,f= d2+ 式中：f偏移量； d電極絲直徑； 單邊放電間隙。,偏移量的計算,電化學加工,65,電化學加工,歷史 1834年：法拉第發(fā)現(xiàn)電化學作用原理 20世紀3050年代才開展大規(guī)模應用 關(guān)鍵：法拉第定律 第一定律在鍍液進行電鍍時(電解)陰極上所“附積”的金屬重量(或陽極所溶蝕者)與所通過的電量成正比。 第二定律在不同鍍液中以相同的電量進行電鍍時，其各自附積出來的重量與其化學當量成正比 上述第一定律中的“電量”，即為電流強度與時間的乘積，

16、理論單位是庫倫。,電化學加工應用,利用陽極溶解 電解：通過電化學反應從工件表面去除金屬 利用陰極上的沉積作用 電鍍：在工件表面沉積金屬：材料表面裝飾保護 電鑄：在陰極上沉積實現(xiàn)附著加工 復合加工,1、電解加工,原理 陽極溶解：溶解速度與電流密度有關(guān) 工作液高速沖走電解腐蝕物,（）,（）,（）,（）,工藝特點,對工件材料的適應能力強 適應性強：只要導電，無論軟、硬、脆 加工過程無機械作用力 工具電極理論上無消耗（陰極） 表面質(zhì)量好于電火花加工 加工效率高于電火花加工 加工精度較低,電解加工實例：穿孔,電解加工實例：切斷,電解加工實例：型腔,電解加工實例：其它,型面加工：電解加工整體葉輪,型面加工

17、：電解加工整體葉輪,電解磨削,工藝特點 加工范圍廣 各種硬、韌金屬材料 工件表面粗糙度與砂輪磨粒粗細無關(guān) 切削溫度低，不易變形、裂紋 切削力很小，可加工剛度差的零件 加工效率高于普通磨削510倍 加工精度略低于普通磨削,電鑄加工：Electro Forming,電鍍和電刷鍍原理,直流電源,鍍液,鍍筆,盤子,工件,電刷鍍工作原理,電鍍原理,電鍍和電刷鍍產(chǎn)品,電鍍和電刷鍍產(chǎn)品,各種電化學方法的比較,80,超聲加工,超聲加工（Ultra Sonic Machining）,超聲波：高于16000Hz 超聲波在各種介質(zhì)中傳播，其運動軌跡都按余弦函數(shù)規(guī)律變化 超聲波可在氣體、液體和固體介質(zhì)中傳播，其傳播速

18、度與頻率、波長、介質(zhì)密度等有關(guān) 超聲波可傳遞很強的能量 超聲波會產(chǎn)生反射、干涉和共振現(xiàn)象 超聲波在液體介質(zhì)中傳播時，可在界面上產(chǎn)生強烈的沖擊和空化現(xiàn)象，強化了加工過程的進行,超聲加工原理,超聲加工是磨料懸浮液中的磨粒，在超聲振動下的沖擊、拋磨和空化現(xiàn)象綜合切蝕作用的結(jié)果。其中，以磨粒不斷沖擊為主 由此可見，脆硬的材料，受沖擊作用愈容易被破壞，故尤其適于超聲加工,超聲加工的工藝特點,適合加工各種硬脆材料 玻璃、陶瓷、寶石、石英、鍺、硅、石墨等不導電的非金屬材料 淬火鋼、硬質(zhì)合金、不銹鋼、鈦合金等硬質(zhì)或耐熱導電的金屬材料，但加工效率較低。 加工質(zhì)量較好 由于去除工件材料主要依靠磨粒瞬時局部的沖擊作

19、用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應力、切削熱更小，不會產(chǎn)生變形及燒傷 表面粗糙度較低，可達Ra0.630.08um 尺寸精度可達0.03mm 適于加工薄壁、窄縫、低剛度零件。,超聲加工的工藝特點,工具材料 工具可用較軟的材料、做成較復雜的形狀 不需要工具和工件作比較復雜的相對運動，便可加工各種復雜的型腔和型面 超聲加工機床 結(jié)構(gòu)比較簡單，操作、維修也比較方便。 生產(chǎn)率較低 超聲加工的面積不夠大，而且工具頭磨損較大，故生產(chǎn)率較低。,成形孔加工,異形孔加工,型腔加工,雕刻,切割,外螺紋,內(nèi)螺紋,表面研磨和拋光,應用實例,激光加工,86,激光加工特點,非接觸加工。激光可視作“光刀”，無“刀具”磨

20、損，無“切削力”作用于工件 可對多種金屬、非金屬加工，特別是高硬度、高脆性及高熔點材料 與數(shù)控系統(tǒng)配合組成激光加工中心，實現(xiàn)多種加工目的 激光束能量密度高，是局部加工，加工速度快，熱影響區(qū)小，工件變形小，后續(xù)加工量小 生產(chǎn)效率高，加工質(zhì)量穩(wěn)定可靠,激光加工原理,采用激光加工必然性,激光加工，如：焊接、切割、打孔、打標、熱處理和微加工等，解決了許多常規(guī)方法無法解決的難題 大大提高了工作效率和加工質(zhì)量，是先進加工系統(tǒng)必不可少 發(fā)達國家的制造業(yè)已經(jīng)步入“光加工”時代,激光加工方法,切割 對鋁、銅、鎳、陶瓷等材料進行切割加工出各種圖形，切割深度2.5mm可 打孔 最小孔徑0.03mm，并可對其他金屬如

21、：鋁、銅、非金屬金剛石、硬質(zhì)合金、陶瓷、塑料上打孔 標記 能在多種金屬材料上做簡單的文字、數(shù)字標記 焊接 可對鋁、銅、金、銀、鎳等金屬材料進行點焊、對焊或密封焊 接，焊接熔深2.5mm,激光切割,激光切割特色 切縫窄，工件變形小 非接觸 與計算機配合高速加工 切割非金屬是其它方法不可比的,激光打孔,速度快，效率高，尤其高密度群孔加工 大深徑比，傳統(tǒng)不大于1：10，激光在碳鋼上 加工0.25mm的小孔深徑比達1：65 可加工硬脆軟材料 可在難加工材料上加工斜孔,激光標記,便于對原材料、半成品、在制品、產(chǎn)品進行分類 便于使用、防止假冒 激光標記特點 可標記條形碼、數(shù)字符號圖案,激光焊接,速度快，效率高，深度大，變形小 大深寬比，5：1，最大10：1 可焊接難熔材料 可進行微型焊接,激光雕刻,適用于多種金屬/非金屬材料 復雜平面藝術(shù)圖形,三維激光內(nèi)雕刻,在計算機控制下利用激光作為加工手段，在各種形狀的透明水晶玻璃中雕刻出各種立體圖案、文字、人物肖像等的設(shè)備。 激光內(nèi)雕技術(shù)主要用于水晶工藝品的激光內(nèi)雕刻有傳