精密机械制造技术5非典型加工与先进制造技术
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一、电火花加工
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1.电火花加工原理
利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生 的高温熔蚀工件的表面材料来实现加工。 图6-1为电火花加工装置原理图。
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2.电火花加工机床的组成
由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本 体及工作液循环过滤系统等。 电火花加工的电源应选择直流脉冲电源， 以形成明显的极效应。 图6-2是线切割机床的工作原理图
缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热
影响层等。
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二、电解加工
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1.电解加工原理
电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的 电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。 电解加工时，工件接电源的正极，工具接负极。
图6-3为电解加工的工作原理图。
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2.电子束加工设备主要由以下四部分组成：
电子枪系统：由电子发射阴极、控制栅极
和加速阳极组成，电子枪用来发射高速电子， 并初步聚焦，使电子加速。 控制系统：由聚焦装置、偏转装置和工作 台位移装置等组成。
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真空系统：形成真空环境。电子高速运动、 发射阴极不被氧化以及被加工表面不被氧化 等，均需要真空环境。 电源系统：提供各种控制电压和加速电压。
2.电解加工设备的组成
由机床本体、电源和电解液系统等部 分组成。
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11
电解加工的特点及应用
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工作电压低，电流大；不受加工材料的硬 度、强度、韧性的限制，可加工多种难切削金属材
料；加工效率比电火花成形加工高5~10倍；无机
械切削或切削热；平均加工公差可达±0.1mm； 附属设备多，占地面积大，造价高；电解液腐蚀机
各种难加工材料的加工 具有较低刚度或复杂曲面的特殊零件 产生和发展起来的。 的加工
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特种加工是利用化学的、物理的（电、声、 光、热、磁）、电化学的方法对材料进行加 工的
特种加工能解决大量的普通机械加工方法
难以解决甚至不能解决的问题
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4
非传统加工种类
化学加工（CHM） 电子束加工（EBM） 等离子体加工（PAM）
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七、快速成形技术
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1.概述
20世纪80年代中期发展起来的一种新技术---传统的加工方法是“去除”材料，而快速成形技 术则采用“增加”材料。
2.快速光造影系统（SLA）
SLA组成：CAD/CAM系统、光学系统及扫 描控制系统、光敏树脂、树脂容器及升降工作台以 及后固化装置等组成。
离子束溅射镀膜加工：离子被加速，打
在靶材上，靶材分离出原子或分子，附着 到工件表面形成镀膜。
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离子束加工种类
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离子束溅射注入加工：用高能离子轰击工
件表面，将离子打入工件表层，其电荷被中和， 成为置换原子或晶格间原子，留在工件表层，从 而改变了工件表层的材料成分和性能。
离子束加工对工件几乎没有热影响。
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电化学加工（ECM）
电化学机械加工（ECMM） 电液加工（EHM）
电火花加工（EDM）
电接触加工（RHM） 超声波加工（USM） 激光束加工（LBM） 离子束加工（IBM）
磨料流加工（AFM） 磨料喷射加工（AJM） 液体喷射加工（HDM）
以及各种复合加工
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电子束加工应用
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电子束光刻----光刻胶是高分子材料，按规定图形 对光刻胶进行电子束照射就会产生潜像。再将它浸 入适当的溶剂中，由于照射部分和未照射部分材料
的分子量不同，溶解速度不一样，就会使潜像显影
出来。
集成电路光刻工艺原理（图6-7）：
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21
电子束加工的应用范围
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3.其他类型的快速成形系统
图a采用塑料作原料，零件按照每层的形状由热
熔塑料堆砌而成；
图b采用固体粉末作原料，零件由大功率激光束
逐层扫描烧结而成；
图c采用固体粉末作原料，零件是逐层按所要求形 状粘接而成； 图d ，零件由一层层纸或尼龙布粘接而成。
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Click
to
edit
company
slogan
.
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第四节 柔性制造自动化技术与系统 第五节
18:10:41
一、柔性制造系统产生的背景 一、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ） 二、柔性制造系统的功能及适应范围 二、智能制造系统（ＩＭＳ） 先进生产模式 三、精良生产（ＬＰ） 四、敏捷制造（ＡＭ）
2
第一节
非传统加工
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科学技术的发展提出了许多传统切削加 工方法难以胜任的制造任务。 非传统加工法正是为完成这些制造任务 高强度、高硬度、高脆性或高熔点的
床，易污染环境。
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三、激光加工
1.激光加工概述
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激光特征：亮度高、方向性好、单色性好、 相干性好----利用光学系统可聚焦称极小的光斑， 获得极高能量密度和极高的温度。 影响激光加工的因素：输出功率与照射时
间；焦距、发散角与焦点位置；照射次数；工件材
料等。
图6-4为激光加工机示意图
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在真空条件下，利用惰性气体离子在电 场中加速而形成的高速离子流来实现微细加 工的工艺方法。 离子束加工是一种新兴的细微加工方法，
在亚微米至纳米级精度的加工中很有发展前
途。
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离子束加工种类
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离子束溅射去除加工：离子聚焦成细束
状，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，
实现原子或离子与母材的分离。
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分为电子束热加工和电子束化学加工
电子束热加工
利用电子束的热效应来实现加工的。如电子
束熔炼、电子束焊接、电子束打孔等（图5-1）
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电子束化学加工
功率密度非常低的电子束照射到工件表面 （高分子材料），入射电子与高分子相碰撞，使分 子链断裂或重新聚合，从而使高分子材料的分子量 和化学性质发生变化，这就是电子束的化学效应。 利用该效应可以进行化学加工。
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Hale Waihona Puke Baidu
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2.激光加工机的组成
激光加工机通常由激光器、电源、光学 系统和机械系统组成。
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3.激光加工的特点
不需要加工工具；激光束功率密度高，几乎
可以加工任何难加工的材料；工件无受力变形；激
光打孔、切割的速度很高，加工部位材料几乎不受 切削热的影响，热变形小；激光切割的切缝窄，切 割边缘质量好。
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不锈钢、耐热钢、合金钢、陶瓷、玻璃和宝石等 难加工材料的圆孔、异形孔和窄缝的加工，最小 孔径可达0.02~0.003mm。 用来焊接难溶金属、化学性能活泼的金属，以及 碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。 细微加工的光刻。
电子束加工用于精密加工时要考虑热的影响。
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六、离子束加工
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电火花加工的特点及应用
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电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加
工，不受材料的强度、硬度、脆性、韧性及熔 点的影响； 加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小
孔、窄缝的加工；
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电火花加工的特点及应用
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可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的
一次成形； 可以用来进行切断、切割，以及表面强化、刻 写、打印铭牌和标记等。
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四、超声波加工
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利用工具端面作超声频振动，使工作液中的
悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。
超声波加工适合于加工各种硬脆材料，特别是不
导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝
石、金刚石等。
图6-5为超声波加工的原理图
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五、电子束加工 1.电子束加工原理
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机械制造技术基础
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第五章 非传统加工与先进制造技术 第一节 非传统加工 第二节 细微制造技术
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第三节 超精密加工
一、电火花加工 二、电解加工 一、细微切削加工 三、激光加工 二、细微磨削加工 三、细微蚀刻 四、超声波加工 五、电子束加工 一、超精密加工概念 六、离子束加工 二、超精密加工的地位及意义 七、 快速成形技术 三、特点、应用范围及分类 四、超精密加工技术的影响因素
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一、电火花加工
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1.电火花加工原理
利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生 的高温熔蚀工件的表面材料来实现加工。 图6-1为电火花加工装置原理图。
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2.电火花加工机床的组成
由脉冲电源、自动进给调节装置、机床本 体及工作液循环过滤系统等。 电火花加工的电源应选择直流脉冲电源， 以形成明显的极效应。 图6-2是线切割机床的工作原理图
缺点：金属的去除率较低；存在重铸层和受热
影响层等。
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二、电解加工
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1.电解加工原理
电解加工是利用金属在电解液中发生阳极溶解的 电化学反应原理，将金属材料加工成形的一种方法。 电解加工时，工件接电源的正极，工具接负极。
图6-3为电解加工的工作原理图。
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2.电子束加工设备主要由以下四部分组成：
电子枪系统：由电子发射阴极、控制栅极
和加速阳极组成，电子枪用来发射高速电子， 并初步聚焦，使电子加速。 控制系统：由聚焦装置、偏转装置和工作 台位移装置等组成。
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真空系统：形成真空环境。电子高速运动、 发射阴极不被氧化以及被加工表面不被氧化 等，均需要真空环境。 电源系统：提供各种控制电压和加速电压。
2.电解加工设备的组成
由机床本体、电源和电解液系统等部 分组成。
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电解加工的特点及应用
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工作电压低，电流大；不受加工材料的硬 度、强度、韧性的限制，可加工多种难切削金属材
料；加工效率比电火花成形加工高5~10倍；无机
械切削或切削热；平均加工公差可达±0.1mm； 附属设备多，占地面积大，造价高；电解液腐蚀机
各种难加工材料的加工 具有较低刚度或复杂曲面的特殊零件 产生和发展起来的。 的加工
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特种加工是利用化学的、物理的（电、声、 光、热、磁）、电化学的方法对材料进行加 工的
特种加工能解决大量的普通机械加工方法
难以解决甚至不能解决的问题
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非传统加工种类
化学加工（CHM） 电子束加工（EBM） 等离子体加工（PAM）
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七、快速成形技术
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1.概述
20世纪80年代中期发展起来的一种新技术---传统的加工方法是“去除”材料，而快速成形技 术则采用“增加”材料。
2.快速光造影系统（SLA）
SLA组成：CAD/CAM系统、光学系统及扫 描控制系统、光敏树脂、树脂容器及升降工作台以 及后固化装置等组成。
离子束溅射镀膜加工：离子被加速，打
在靶材上，靶材分离出原子或分子，附着 到工件表面形成镀膜。
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离子束加工种类
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离子束溅射注入加工：用高能离子轰击工
件表面，将离子打入工件表层，其电荷被中和， 成为置换原子或晶格间原子，留在工件表层，从 而改变了工件表层的材料成分和性能。
离子束加工对工件几乎没有热影响。
LOGO
电化学加工（ECM）
电化学机械加工（ECMM） 电液加工（EHM）
电火花加工（EDM）
电接触加工（RHM） 超声波加工（USM） 激光束加工（LBM） 离子束加工（IBM）
磨料流加工（AFM） 磨料喷射加工（AJM） 液体喷射加工（HDM）
以及各种复合加工
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电子束加工应用
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电子束光刻----光刻胶是高分子材料，按规定图形 对光刻胶进行电子束照射就会产生潜像。再将它浸 入适当的溶剂中，由于照射部分和未照射部分材料
的分子量不同，溶解速度不一样，就会使潜像显影
出来。
集成电路光刻工艺原理（图6-7）：
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电子束加工的应用范围
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3.其他类型的快速成形系统
图a采用塑料作原料，零件按照每层的形状由热
熔塑料堆砌而成；
图b采用固体粉末作原料，零件由大功率激光束
逐层扫描烧结而成；
图c采用固体粉末作原料，零件是逐层按所要求形 状粘接而成； 图d ，零件由一层层纸或尼龙布粘接而成。
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第四节 柔性制造自动化技术与系统 第五节
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一、柔性制造系统产生的背景 一、计算机集成制造系统（ＣＩＭＳ） 二、柔性制造系统的功能及适应范围 二、智能制造系统（ＩＭＳ） 先进生产模式 三、精良生产（ＬＰ） 四、敏捷制造（ＡＭ）
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第一节
非传统加工
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科学技术的发展提出了许多传统切削加 工方法难以胜任的制造任务。 非传统加工法正是为完成这些制造任务 高强度、高硬度、高脆性或高熔点的
床，易污染环境。
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三、激光加工
1.激光加工概述
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激光特征：亮度高、方向性好、单色性好、 相干性好----利用光学系统可聚焦称极小的光斑， 获得极高能量密度和极高的温度。 影响激光加工的因素：输出功率与照射时
间；焦距、发散角与焦点位置；照射次数；工件材
料等。
图6-4为激光加工机示意图
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在真空条件下，利用惰性气体离子在电 场中加速而形成的高速离子流来实现微细加 工的工艺方法。 离子束加工是一种新兴的细微加工方法，
在亚微米至纳米级精度的加工中很有发展前
途。
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离子束加工种类
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离子束溅射去除加工：离子聚焦成细束
状，高速碰撞工件材料表面的原子或分子，
实现原子或离子与母材的分离。
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分为电子束热加工和电子束化学加工
电子束热加工
利用电子束的热效应来实现加工的。如电子
束熔炼、电子束焊接、电子束打孔等（图5-1）
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电子束化学加工
功率密度非常低的电子束照射到工件表面 （高分子材料），入射电子与高分子相碰撞，使分 子链断裂或重新聚合，从而使高分子材料的分子量 和化学性质发生变化，这就是电子束的化学效应。 利用该效应可以进行化学加工。
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Hale Waihona Puke Baidu
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2.激光加工机的组成
激光加工机通常由激光器、电源、光学 系统和机械系统组成。
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3.激光加工的特点
不需要加工工具；激光束功率密度高，几乎
可以加工任何难加工的材料；工件无受力变形；激
光打孔、切割的速度很高，加工部位材料几乎不受 切削热的影响，热变形小；激光切割的切缝窄，切 割边缘质量好。
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不锈钢、耐热钢、合金钢、陶瓷、玻璃和宝石等 难加工材料的圆孔、异形孔和窄缝的加工，最小 孔径可达0.02~0.003mm。 用来焊接难溶金属、化学性能活泼的金属，以及 碳钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。 细微加工的光刻。
电子束加工用于精密加工时要考虑热的影响。
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22
六、离子束加工
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电火花加工的特点及应用
LOGO
电火花加工适用于导电性较好的金属材料的加
工，不受材料的强度、硬度、脆性、韧性及熔 点的影响； 加工过程中不存在切削力，可适用于薄壁、小
孔、窄缝的加工；
18:10:41
8
电火花加工的特点及应用
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可用于各种复杂形状的型孔及立体曲面型腔的
一次成形； 可以用来进行切断、切割，以及表面强化、刻 写、打印铭牌和标记等。
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四、超声波加工
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利用工具端面作超声频振动，使工作液中的
悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工。
超声波加工适合于加工各种硬脆材料，特别是不
导电的非金属材料如玻璃、陶瓷、石英、玛瑙、宝
石、金刚石等。
图6-5为超声波加工的原理图
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五、电子束加工 1.电子束加工原理
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机械制造技术基础
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第五章 非传统加工与先进制造技术 第一节 非传统加工 第二节 细微制造技术
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第三节 超精密加工
一、电火花加工 二、电解加工 一、细微切削加工 三、激光加工 二、细微磨削加工 三、细微蚀刻 四、超声波加工 五、电子束加工 一、超精密加工概念 六、离子束加工 二、超精密加工的地位及意义 七、 快速成形技术 三、特点、应用范围及分类 四、超精密加工技术的影响因素