先进制造技术复习讲义整理.doc

第1讲先进制造技术
1、数字化制造包含三大部分：以设计为中心的数字制造，以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。

2、并行工程：一种集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的系统方法。

要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成木、进度计划和用户要求。

3、反求工程：对用作参考物的样品作快速测量，并反求为可被3D软件接受的数据模型，进而作修改和详细设计，达到快速开发新产品的目的。

4、虚拟制造技术：以计算机支持的仿真技术为前提，对设计、制造等生产过程进行统一建模，在产品设计阶段，实时地、并行地模拟出产品未来制造过程及其对产品设计的影响，预测产品性能、制造成本和可制造性，从而更有效、更经济和更灵活地组织生产，减少或避免设计错误，缩短开发周期和节省开发成木。

5、电了商务是将业务数据数字化，并将数字信息的使用和计算机的业务处理同Internet进行集成，成为一种全新的业务操作模式。

第2讲特种加工
1、切削加工的木质和特点：
（1）靠刀具材料比工件更硬；
（2）靠机械能把工件上多余的材料切除。

2、特种加工的特点
（1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量去除金属材料；
（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克刚”；
（3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。

3、特种加工与传统切削加工的不同点
（1）主要依靠机械能以外的能量（如电、化学、光、声、热等）去除材料；多数属于“熔溶加工”的范畴。

（2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度，即能做到“以柔克刚”；
（3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力；
（4）主运动速度一般都较低；理论上，某些方法可能成为“纳米加工”的重要手段；（5）加工后的表面边缘无毛刺残留。

微观形貌“圆滑”。

4、特种加工对机械制造工艺技术产生的影响
（1）提高了材料的可加工性
（2）改变了零件的典型工艺路线，以前的典型工艺路线是先加工后淬火，特种加工的工艺路线是先淬火后加工。

（3）改变了试制新产品的模式
5、电化学加工原理
以电化学阳极溶解的方式来实现对工件进行加工的。

加工时工件接正极，工具接负极。

工件相应的部分产生阳极溶解，工具阴极不断地向阳极工件进给，工具的形状就相应地“复制” 在工件上，从而达到加工的目的。

6、电化学加工的特点
（1）应用范围广：导电的材料均可加，不受材料的性能的限制；
电解加工（阳极溶解） 电化学抛光（阳
极溶解） 用于形状尺寸加工 用于表面加工
电镀（阴极沉积）
电铸（阴极沉积）
用于表面加工 用于形状尺寸加工 电极磨削（阳极溶解、机械磨削）
电解放电加工（阳极溶解、电火花 用于形状尺寸加工
用于形状尺寸加工
（2） 加工的质量高：无机械切削力，工件表面无残余应力、飞边、毛刺和棱角;
（3） 一次完成加工，加工的面积大，效率高；
（4） 对环境有一定的污染。

7、电化学加工的分类
类别加工方法及原理
8、a 阳极溶解来进行加工.，eg 电解加工和电化学抛光
b 阴极沉积来进行加工，eg 电镀、电铸
c 电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工，eg 电解磨削、电化学阳极机械 加工
9电解加T.常用的直流电源为硅整流电源和晶闸管整流电源
10、电解加工特性
%1 杂散腐蚀：衡量电解加工精度高低的指标。

在其他条件相同的情况下，保证严格按工具电极的形状加工。

杂散腐蚀小，成形精度高。

%1 电流效率：不同的电解液在阳极表面生成钝化层厚度不同，阳极的溶解效率不
同。

不同的电解液电流效率不同。

%1 加工速度的非线性：加工速度与电流密度的关系曲线。

由于钝化作用和电极I'可隙
的 影响。

12、 加工参数与加工精度
a 加工精度的含义：复制精度、重复精度。

1） 复制精度：工件尺寸形状与工具电极尺寸形状的符合程度。

影响主要因素是沿工件加工 表面的间隙的均匀性。

2） 重发精度：加工一批零件的尺寸形状的变化程度。

影响主要因素是工具电极的损耗状况、 极间间隙的稳定性。

13、 电解加工主要应用在深孔加工、叶片（型面）加工、锻模（型腔）加工、管件内孔抛光、各 种型孔的倒圆和去毛刺、整体叶轮的加工等方面
14、 平衡间隙与工件形状、电解液的流|仰、流畅和电解液在极间达到的流速、电流密度和进
15、 给速度相关，平衡间隙小，复制精度高。

平衡间隙的越稳定，重复精度越高。

表面质量与加工参数的关系
1） 表面质量：微观几何形状的粗糙度，加工过程中对工件表面的烧伤、晶界腐蚀、微 裂纹、流纹等物理化学性能。

2） 工件材料、金相组织和热处理的影响：金相组织复杂，电位相差大，粗糙度差，单 一均匀组织和相应处理，粗糙度好，物理化学性能好；
3） 小间隙和高电流密度时组织均匀、溶解均匀，粗糙度好。

4） 小间隙和高间隙电压，低浓度电解液，表面质量好。

5）适当的流速、均匀的流场，表面质量好；
6）严格控制温度，温度低，钝化严重，温度高易产生溶解不均匀和剥落；
7）选择与工件材料相适应的电解液，表面质量好。

16、电解加工工艺
a加工原则
1）不宜单件加工；
2）采用传统加工方法无法实现的，高硬度、高强度、高韧性和高脆性材料；
3）形状结构复杂、薄壁、刚性差的零件。

b型孔加工
1）加工对象：多边形孔、椭圆、半圆等异形的通或盲孔。

2）加工方法：端面进给，采用正流向。

2.型腔加工
1）加工对象：异形的通或盲内腔。

2）加工方,法：端面进给或侧|何进给，采川成型精度高的电解液。

c型面加工
1）加工对象：异形的外成形面的加工。

2）加工方法：端面进给或侧向进给，采用成型精度高的电解液。

d去毛刺和倒圆
1）加工对象：零件的最终修正和后续工序的加工，工件材料一般为硬韧性材料。

2）加工方法：工具阴极接近工件，工作时两者相对静止，尖端电流密度大实现加工。

e抛光
1）加工对象：零件表面的光整加工。

2）加工方法：大间隙、低电流密度，静止电解液，工具阴极搅动。

注：1）不改变工件形状，只降低表面粗糙度和改善表面物理力学性能。

2）工具结构简单。

3）影响抛光质量的因素：电解液的成分、浓度、温度；电流密度；搅拌的方法与形式, 工件材料的原始状态。

17、电解磨削
电解磨削是电解加T•的一种特殊形式，是电解与机械的复合加工方法。

它是靠金属溶解（占95%〜98%）和机械磨削（占2%〜5%）的综合作用来实现加工的。

原理：导电砂轮与工件压力接触，其上的磨粒去除工件表面的氧化膜，再分开通电供给电解液发生电化学反应去除金属多料，多次重复该过程实现加工。

特点：①磨削力小，生产率高。

②加工精度高，表面加工质量好。

③设备投资较高。

18、电解研磨
原理：机械研磨的基础上附加电解作用的加工工艺方法。

特点：①生产效率高、去除材料快；②影响加工效率的因素：电解液、电压和电流密度、磨料的方式（粘固和流动）、转速工作液供给速度、工具与工件的压力等；③应用：模具和不锈钢容器等。

19、电解土行磨
原理：机械靖磨的基础上附加电解作用的加工工艺方法。

特点：
%1生产效率高、去除材料快；
%1加工质量高，无毛刺、飞边等缺陷；
%1应用：高硬度、高强度和易变形的精密的孔和简形零件
20、电镀成型原理及特点
原理：与电解加工相反，利用电解液中的金属阳高了在外加电场的作用下在阴极沉积成型的方法。

21、电铸成型原理及特点
原理：与电镀原理相似，它是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成型加工的，即在原模上通过电化学方法沉积金属，然后分离以制造或复制金属制品。

特点：（1）复制精度高，可做出机械加工不可能加工出的细微形状，一般不需抛光即可使用。

（2）母模材料不限于金属。

（3）表面硬度高，电铸型腔使用寿命长。

（4）电铸可获得高纯度的金属制品
22、电铸与电镀区别
（1）电镀时要求得到与基体结合牢固的金属镀层，以达到防护、装饰等目的。

（2）电铸时要求电铸层与原模分离，其厚度也远大于电镀层。

23、电铸槽材料选取：以不与电解液作用引起腐蚀为原则。

24、涂镀（刷镀、无漕镀）原理及特点
原理：在金属工件表面局部快速电化学沉积材料的方法。

工作时，工件接电源负极，镀笔接电源正极，镀笔包含电镀液与工件作相对运动。

特点：
（1）设备特点：无漕、机构简单、体积小、重量轻、应用广；
（2）镀液特点：金属有机物水溶液，溶解度大、稳定；
（3）工艺特点：镀笔与工件保持一定的相对运动，结晶为断续结晶过程，操作方便。

25、涂镀表面须预处理：1）去毛刺、修平划伤和腐蚀斑点（油石）；2）除油、除锈；3）电净、活化处理。

26、激光加工的原理与特点
a激光是一种强度高、方向性好、单色性好的相干光。

在高温下，将材料瞬时急剧熔化和汽化，高速喷射出来，产生方向性很强的冲击。

激光加工（如图2.9所示）是工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击抛出的综合过程。

b激光加工的特点
1）几乎可以加工所有的金属和非金属材料。

2）可进行微细和精密加工：激光能聚焦成极小的光斑，如微细窄缝和微型孔的加工。

3）远离激光器的隔离室或其它地点进行加工：可用反射镜将激光束进行传输。

4）无需用刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。

5）无需加工工具和特殊环境，便于日动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。

27、激光加工基本设备由激光器、导光聚焦系统和加工机（激光加工系统）三部分组成。

28、激光加工的应用
1）激光打孔2）激光切割3）激光打标4）激光焊接5）激光表面处理
29、 4.1超声波加工的原理与特点
a加工原理
利用振动频率超过16 000 Hz的工具头，通过悬浮液磨料对工件进行成型加工的一种方
法
b特点
1）适合于加工各种硬脆材料，特别是某些不导电的非金属材料，如玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。

可以加工.淬火钢和硬质合金等材料，但效率相对较低。

2）工具材料硬度很高，故易于制造形状复杂的型孔。

3）加工时宏观切削力很小，不会引起变形、烧伤。

表面粗糙度Ra值很小，可达0.2 um, 加工精度可达0.05-0.02 mm,而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度的零件。

4）加工机床结构和工具均较简单，操作维修方便。

5）生产率较低。

这是超声波加工的一大缺点。

30、空化现象：当工具端面以很大的加速度离开工件表面时，加工I'可隙内形成负压和局部真空，在磨料液内形成很多微空腔；当工具端面以很大的加速度接近工件表面时，空泡闭合, 引起极强的液压冲击波，从而使脆性材料产生局部疲劳，引起显微裂纹。

31、超声波加工设备：一般都由高频发生器、超声振动系统（声学部件）、机床木体和磨料工作液循环系统等部分组成。

32、电子束加工：在其空条件下，将具有很高速度和能量的电了束聚焦到被加工材料上，电子的动能绝大部分转变为热能，使材料局部瞬时熔融、汽化蒸发而去除。

33、离子束加工：在真空条件下，将离了源产生的离了束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。

34、离了带正电荷，质量比电了大数千倍乃至数万倍，在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，比电了束具有更大的撞击动能。

是靠微观机械撞击能量转化为热能进行加工的。

35、当离子束射到材料表面时，发生的撞击效应、溅射效应和注入效应。

可分为四类：1）离了刻蚀2）离了溅射沉积3）离了镀（又称离了溅射辅助沉积）4）离了注入
36、离子束加工特点
（1）是当前特种加工中最精密、最微细的加工。

离了刻蚀可达纳米级精度，离了镀膜可控制在亚微米级精度，离了注入的深度和浓度亦可精确地控制。

（2）在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合金和半导体材料进行加To
（3）是靠离了轰击材料表面的原了来实现的，是一种微观作用，加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。

37、应用
主要应用于刻蚀加工（如加工空气轴承的沟糟，加工极薄材料等）、镀膜加工（如在金属或非金属材料上镀制金属或非金属材料）、注入加工（如某些特殊的半导体器件）等。

38、超高压水射流切割（水刀）
1.加工原理
运用液体增压原理，通过特定的装置（增压口或高压泉），将动力源（电动机）的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水在通过小孔喷嘴（又一换能装置），再将压力能转变成动能，从而形成高速射流（wj）。

因而又常叫高速水射流。

2.组成
1）超高压发生系统（液压站、供水装置、水处理系统、增压器、组合式单向阀、蓄能器等）;
2）切割工作台（水箱、X及Y轴滚珠丝杆和直线导轨、Z轴升降机构）；
3）自动控制系统（工业计算机、电器控制电路、伺服电机等）；
4）切割头装置及供砂装置。

3.水切割的特点
1）冷态切割，无残留热应力、变形和改性；
2）非接触加工，切削力小，无加工应力，加工质量、精度高；
3）无刀具加工，加工范围广，适应于所有的材料；
4）能进行采用传统加工方法无法加工的对象。

5）切口平整，无热变形，无边缘毛刺，切割速度快，效率高，无污染。

4.分类
1）按增压方式分：用泵直接加压（低于180MPa）,增压器式；
2）磨料供给方式分：前混、后混。

第3讲快速成型技术
1快速成型制造技术（Rapid Prototyping & Manufacturing, RPM）快速成型（RP）—般来讲多属于堆积成形，通过离散的区域得到堆积的约束、路径及方法，通过材料叠加堆积而形成三维实体模型。

2快速成形加工的方法
1）光固化立体成形
2）叠层实体制造
3）选择性激光烧结
4）熔融沉积成形
3三维印刷即快速成形技术的一神，它是一种数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑•料等可粘合材料，通过逐层打印方式来构造实体的技术。

2快速模具制造：以RPM生成的实体模型作为模芯或模套，结合精铸、粉末烧结或电极研磨等技术可快速制造出产品所需要的功能模具。

3直接快速制造金属模具的工艺流程
a准备模具的三维CAD数据模型b激光快速成形c逐层铺粉d去粉e去粘接剂f烧结冷却第4讲高速切削技术
1高速切削是一个相对概念，是相对常规切削而言，用较高的切削速度对工件进行切削。

一般认为应是常规切削速度的5〜10倍。

高速切削的速度范围与加工方法和工件材料密切相关。

2高速切削的特征图
单位时间切除量
表面质量
-切削力
刀具寿命
切削速度
3高速切削的优点
a高单位时间切除率，降低加工成本；
b iWj加工表面质量，提高加工精度；
c低切削力，降低加工系统力变形；
d高激励频率，避免自激振荡；
e切削热由切屑带走，减少工件热变形;
f减少后续工序，降低加工成本。

4高速切削的切削刀具特点：“三高一•专”，即高效率、高精度、高可靠性和专用化。

5高速切削刀具装卡系统
要求：a最小的动不平衡量b最小的径向偏差c高刚性d传递高扭矩e高精度f换刀时的高重复精度g高转速下的安全性
解决方案：用空心短锥柄（HSK系列）取代快换锥柄（SK系列）+通过主轴端面进行轴向定位+主轴和空心锥柄的胀塞配含
6对高速切削机床要求
a床身等固定部件的高刚度和高抗振性；b主轴的高转速和高加速度；c进给系统的高进给速度和高加速度；d主轴轴承的高刚度和高抗振性；e优化的切屑下落及运送系统；f可靠的安全防护系统。

7高速电机主轴
a驱动电机与主轴的一体化；
b转速至8（）.000r/min,用于小直径刀具的高速切削；
c高转速范围内的高扭矩输出；
d首选球轴承、液压轴承、气压轴承或磁轴承。

8高速切削对进给系统的要求
a高进给速度：＞20m/min
b高进给加速度：＞0.5 g
第5讲现代设计技术
1现代设计技术，以满足应市产品的质量、性能、时间、成本/价格综合效益最优为目的，以计算机为辅助设计（CAD）技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段, 研究、改进、创新产品活动过程所用到的技术群体的总称。

2设计的类型
按设计任务要求分为a开发性设计b应用性设计c变形设计
3现代设计的软件系统由时间维、逻辑维、方法维组成。

4并行设计，以缩短产品的开发周期、降低成木、提高质量、成功率为目标，把先进的管
理思想和先进的自动化技术结合来，采用集成化的、并行化的思想设计产品及相关过程。

5反求工程，以先进产品设备的实物、样件、软件（包括图样、程序、技术文件）或形象（图像，图片等）作为研究对象。

应用现代设计方法、生产工程学，材料学和相关专业知识进行系统分析和研究，探索掌握关键技术，进而开发出同类的更为先进的产品技术（它包括几何反求，材料反求，工艺反求）。

反求对象的数字化方法及技术
1）接触式数据采集方法
（1）触发式数据采集：测头的探针。

（2）连续式数据采集：采用模拟量开关采样头，连续取点。

（3）磁场法：将被测物置于磁场中，手持触针在物体表面采样，简单（磁电数字信号）。

（2）非接触式数据采集方法
1）激光三角法：曲面数据采样
特点：
%1触针不与工件接触，不受松软材料尖角、凹坑无影响；
%1数据采样速度快；
%1价格贵，垂直壁表面特征会影响精度，杂散反射。

2）距离法：利用光传播时间来测量被测实物与参考平面的距离。

种类有：脉冲波、调幅连续波、调频连续波。