【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 雕刻是一門(mén)古老的藝術(shù) ， 傳統(tǒng)工藝都是從外部刻起；激光卻可以在不損傷工件外表面的情況下深人其內(nèi)部進(jìn)行操作 。 1996年 8月在美國(guó)丹佛舉行的國(guó)際工程光學(xué)學(xué)會(huì)年會(huì)上 ， 俄羅斯學(xué)者展示了一件高科技工藝品 。 它是一塊比普通磚稍厚的玻璃磚 ， 里面雕刻著克里姆林官內(nèi)幾座教堂式建筑 ， 而磚表面則完整無(wú)缺 ， 顯示了激光雕刻的神氣魅力 。 激光加工技術(shù) ∨ ∧ 60 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 圓柱面雕刻機(jī) 激光加工技術(shù) ∨ ∧ 61 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 激光加工實(shí)例 激光加工技術(shù) ∨ ∧ 62 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 激光加工實(shí)例 激光加工技術(shù) ∨ ∧ 63 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 電子束加工技術(shù) 利用陰極發(fā)射電子 ，經(jīng)加速 、 聚焦成電子束 ， 直接射到放置于真空室中的工件上 ， 按規(guī)定要求進(jìn)行加工 。 1－工作臺(tái) 2－加工室 3－電磁透鏡 4－陽(yáng)極 5－柵極 6－燈絲 7－電源 8－電子束 9－偏轉(zhuǎn)線圈 10－工件 11－電子束斑點(diǎn) 排氣 排氣 2 10 11 ∨ ∧ 64 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 電子束加工的兩類(lèi)方法： ?電子束高能量密度加工 (熱效應(yīng) ） 利用電子束熱效應(yīng)進(jìn)行電子束加工 ， 有熱處理 、 區(qū)域精煉 、 熔化 、 蒸發(fā) 、 穿孔 、 切槽 、 焊接等 。 ?電子束低能量密度加工 （ 化學(xué)效應(yīng) ） 幾乎不會(huì)引起表面溫升 ， 入射的電子與高分子材料的分子碰撞時(shí) ， 會(huì)使它的分子鏈切斷或重新聚合 ， 從而使高分子材料的化學(xué)性質(zhì)和分子量產(chǎn)生變化 應(yīng)用 ： 電子束焊接 、 打孔 、 表面改性 、 固化 電子束加工技術(shù) ∨ ∧ 65 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 在真空條件下把 氬、氪、氙等惰性氣體通過(guò)離子源產(chǎn)生離子束，經(jīng)過(guò)加速、集速和聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以達(dá)到加工處理的目的。 離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子的質(zhì)量大千萬(wàn)倍，故離子束加速轟擊工件表面，將比電子束具有更大的能量。 離子束加工 ∨ ∧ 圖 69 離子束加工 設(shè)備 原理 1－陰極 2－陽(yáng)極 3－電離室 4－ 燈絲 5－ 真空抽氣口 6－ 氬氣入口 7－ 電磁線圈 8－ 離子束流 9－ 工件 10－ 陰極 66 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 1) 離子束刻蝕 /離子銑削 離子束加工 用能量為 ～ 5keV的氬離子轟擊工件 ， 將其表面的原子逐個(gè)剝離 (濺射效應(yīng) )， 這種工藝實(shí)質(zhì)上是一種原于尺度的 “ 切剝 ” 加工 。 ∨ ∧ 離子束刻蝕加工原理示意圖 1－ 離子源 2－ 吸極 3－ 離子束 4－ 工件 67 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 采用能量為 — 5keV的氬離子 ， 不過(guò)并非用其轟擊工件 ， 而是轟擊某種材料制成的靶 ， 離子將靶材原子擊出 ， 使其沉積在靶材附近的工件上 ， 使工件表面鍍上一層薄膜 。 2）離子束濺射沉積鍍膜技術(shù) 離子束加工 ∨ ∧ 離子束鍍膜加工原理示意圖 1－ 離子源 2－ 吸極 3－ 離子束 4－ 工件 5－ 靶材 68 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 在真空室中將離子源產(chǎn)生的離子引出 ， 并在電場(chǎng)中加速 ， 形成幾十至幾萬(wàn)電子伏能量的離子束 ， 利用 沉積原子和轟擊離子 之間一系列的物理化學(xué)作用 ， 在常溫下合成各種優(yōu)質(zhì)的薄膜 。 3）離子束輔助鍍膜 離子束加工 ∨ ∧ 1－ 離子源 2－ 吸極 3－ 離子束 4－ 工件 5－ 靶材 離子束輔助鍍膜原理示意圖 69 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 將所添加的粒子在高真空中離子化 ， 然后將其加速到幾萬(wàn)至幾兆電子伏特 ， 直接轟擊被加工材料 ， 高能離子鉆進(jìn)被加工材料的表層 ， 改變了工件表面層的化學(xué)成分 ， 從而改變了工件表面層的機(jī)械性能 。 4）離子注入技術(shù) 離子束加工 ∨ ∧ 離子束注入加工原理示意圖 1－ 離子源 2－ 吸極 3－ 離子束 4－ 工件 5－ 靶材 70 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 高壓水射流加工 是一種用水作為攜帶能量的載體 ，用高速水射流對(duì)各類(lèi)材料進(jìn)行切割 、 穿孔和表層板料去除的加工方法 ， 其水噴射的 流速要達(dá)到音速的 2— 3倍 。 高壓水射流加工技術(shù) ∨ ∧ 圖 611 水射流裝置示意圖 1— 增壓器 2— 泵 3— 混合過(guò)濾器 4— 供水器 5— 蓄能器 6— 控制器 7— 閥 8— 噴嘴 9— 射流 10— 工件 11— 排水道 12— 噴口至工件表面距離 13— 液壓裝置 71 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 數(shù)控高壓水力切割機(jī) 高壓水射流加工技術(shù) ∨ ∧ 72 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 系統(tǒng)配備 6軸機(jī)器人及可供部件重復(fù)定位的工作臺(tái)，可完成特殊 3維切割及修邊 。 高壓水射流加工技術(shù) 機(jī)器人水刀切割系統(tǒng) ∨ ∧ 73 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) END ∨ ∧ 74 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 第 6章復(fù)習(xí)思考題 (~) 1 物體成形方法有哪幾種 ？ 并舉例說(shuō)明 。 2 何謂先進(jìn)制造工藝技術(shù) ？ 其主要內(nèi)容是什么 ？ 3 簡(jiǎn)述 RPM的基本過(guò)程 。 4 RPM與傳統(tǒng)成形方式的區(qū)別主要表現(xiàn)在哪些方面 ？ 5 RPM的特點(diǎn)是什么 ？ 6 RPM的發(fā)展趨勢(shì) 是什么 ？ 7 簡(jiǎn)述 SLA法的工藝原理及特點(diǎn) 。 8 簡(jiǎn)述 LOM法的工藝原理及特點(diǎn) 。 ∧ ∨ 75 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 第 6章復(fù)習(xí)思考題 (~) 9. 簡(jiǎn)述 SLS法的工藝原理及特點(diǎn) 。 10. 簡(jiǎn)述 FDM法的工藝原理及特點(diǎn) 。 11. RPM技術(shù)在模具制造方面的應(yīng)用中 有哪些常用的工藝方法 ？ 12. 簡(jiǎn)述激光加工技術(shù)的原理和應(yīng)用 。 13. 簡(jiǎn)述電子束加工技術(shù)的原理和應(yīng)用 。 14. 簡(jiǎn)述離子束加工技術(shù)的原理和應(yīng)用 。 15. 簡(jiǎn)述水射流加工技術(shù)的原理和應(yīng)用 。 ∧ ∨ 76 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 超精密加工技術(shù) ? 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 ? 超精密加工技術(shù)的原理及特點(diǎn) ∨ ∧ 77 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 通常按加工精度劃分，可將機(jī)械加工分為 一般加工 精密加工 超精密加工 由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷發(fā)展，劃分的界限是變化的，過(guò)去的精密加工對(duì)今天來(lái)說(shuō)已經(jīng)是普通加工，因此，其劃分的界限是相對(duì)的，其具體數(shù)值是變化的。 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 ∨ ∧ 1. 超精密加工的范疇 78 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 1900 1920 1940 1960 1980 2023 加工精密/μm 102 101 10 101 103 102 105 104 0 . 00 5μm 年份 10μm 10μm 10μm 5μm 1μm 1μm 精 超 密 加 工 工 加 密 精 工 加 普 通 測(cè)量?jī)x器 （檢測(cè)設(shè)備） （ 系統(tǒng)誤差 和隨機(jī)誤差） 超精密研磨機(jī) （ 電子束掃描裝置 ） 超高精密磨床 超高精密研磨機(jī) 車(chē)床 、 銑床 游標(biāo)卡尺 精密車(chē)床 磨床、研磨機(jī) 機(jī)械比較儀 測(cè)微儀 千分尺 電子、氣動(dòng)測(cè)微儀 光學(xué)比較儀 精密坐標(biāo)鏜床 坐標(biāo)磨床 精密磨床 精密研磨機(jī) 光學(xué)透鏡磨床 精密金剛石磨床 光學(xué)磁尺 電動(dòng)比較儀 電子比較儀（非接觸式） 激光測(cè)長(zhǎng)儀 光纖技術(shù) 圓度測(cè)量?jī)x 表面測(cè)量?jī)x 光學(xué)透鏡精磨床 間歇轉(zhuǎn)發(fā)器 精密金剛石磨床 超精密磨床 激光高精度測(cè)長(zhǎng)儀 （多普勒多重干涉儀） 臺(tái)階測(cè)量?jī)x 超精密研磨機(jī) （ 電子束掃描裝置 ）超高精密磨床 超高精密研磨機(jī) 原子分子離子束加工 原子分子沉積加工 掃描電鏡、透射電鏡 電子束衍射離子分析儀 X射線測(cè)微分析儀 俄歇分析儀、 ESCAR 超晶格物質(zhì)合成加工 機(jī)床（加工設(shè)備） ∨ ∧ 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 79 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 要更精確地定義加工精度，除加工誤差本身外，還必 須說(shuō)明測(cè)定該誤差的幾何長(zhǎng)度或形貌頻率。 1. 超精密加工的范疇 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 ∨ ∧ 80 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 Langenbeck提出的定性分析微細(xì)加工時(shí)的曲線 圖 613 加工誤差與幾何長(zhǎng)度的關(guān)系 ∨ ∧ 81 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 超精密加工技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位的國(guó)家有美國(guó)、英國(guó)和日本。 美國(guó)主要研究以發(fā)展國(guó)防尖端技術(shù)為主要目標(biāo)。 日本的研究以民品應(yīng)用為主要對(duì)象。 我國(guó)的超精密加工技術(shù)在 70年代末期有了長(zhǎng)足進(jìn)步，80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。Ra= 。 在超精密加工的效率、精度可靠性，特別是規(guī)格和技術(shù)配套性方面與國(guó)外比還有相當(dāng)大的差距。 超精密加工技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 ∨ ∧ 82 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 高精度 ， 原子級(jí)精度的加工 。 大型化 ， 滿(mǎn)足航天航空 、 電子通信等領(lǐng)域的需要 。 微型化 ， 以適應(yīng)微型機(jī)械 、 集成電路的發(fā)展 。 超精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 ∨ ∧ 83 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 超精結(jié)構(gòu) 、 多功能模塊化 、 光機(jī)電一體化 、 加工檢測(cè)一體化方向發(fā)展 。 不斷出現(xiàn)新工藝和復(fù)合加工技術(shù) ， 被加工的材料范圍擴(kuò)大 。 在作業(yè)環(huán)境建造方面的諸如高性能的基礎(chǔ)隔振技術(shù)、凈化技術(shù)與環(huán)境溫控技術(shù)將有更大發(fā)展。 超精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 超精密加工技術(shù)的發(fā)展 ∨ ∧ 84 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 主要指金剛石刀具超精密車(chē)削 ,主要用于加工： ?軟金屬材料：銅 、 鋁及其合金 ， 以及等 ?非金屬材料 ： 光學(xué)玻璃 、 大理石和碳素纖維板 超精密切削加工 超精密加工技術(shù)的原理及特點(diǎn) 主要生產(chǎn)廠家 : ?美國(guó)的 莫爾精密 機(jī)床公司 ?普奈莫精密公司 ?90年代后，日本東芝機(jī)械 ∨ ∧ 莫爾特種金剛石車(chē)床 莫爾立式金剛石回輪車(chē)床 85 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) ?利用細(xì)粒度的 磨粒和微粉 主要對(duì) 黑色金屬 、 硬脆材料 等進(jìn)行加工 ， 是一種解決各種高尺寸精度 、 高表面質(zhì)量 、 高形狀精度的加工方法 ， 并能顯著地提高零件的加工效率 。 ?固結(jié)磨料加工 ?游離磨料加工 :加工時(shí)，磨?；蛭⒎鄢捎坞x狀態(tài)，如研磨時(shí)的研磨劑、拋光時(shí)的拋光液，其中的磨粒或微粉在加工時(shí)不是固結(jié)在一起的。 超精密磨削和磨料加工 超精密加工技術(shù)的原理及特點(diǎn) ∨ ∧ 86 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) （ 1）磨削技術(shù) 超精密磨削即是加工精度在 以下、表面粗糙度Rm在 以下的磨削方法。 超精密加工技術(shù)的原理及特點(diǎn) ∨ ∧ ?帶磨削 ?電解在線修整 ?雙端面精密磨 ?電泳磨削 87 第 6 章 先進(jìn)制造工藝技術(shù) 先進(jìn)制造系統(tǒng) 1）帶磨削技術(shù) 隨著砂帶制作質(zhì)量的迅速提高，砂帶上砂粒的等高性和微刃性較好，并采用帶有