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1、金属切削加工方法与设备教案第一页，本课件共有18页8.1 8.1 电火花成型加工技术电火花成型加工技术电火花加工方式分类电火花加工方式分类 利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成型加工。利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火花成型加工。利用轴向移动的金属丝做工具电极，工件按所需形状和尺寸利用轴向移动的金属丝做工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工 利用细管冲注高压水基工作液，作简单轴向进给运动的小孔加工。利用细管冲注高压水基工作液，作简单轴向进给运动的小孔加工。利用金属丝或成型导电磨轮作工具电极
2、，进行小孔磨削或成型磨削利用金属丝或成型导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成型磨削的电火花磨削。的电火花磨削。电火花共轭回转加工。电火花共轭回转加工。刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工 第二页，本课件共有18页8.1.1 8.1.1 电火花成型加工的基本原理电火花成型加工的基本原理 电火花成型加工是利用浸在工作液中的工具电极和工件电火花成型加工是利用浸在工作液中的工具电极和工件脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称又称放电加工或电蚀加工，英文简称放电加工或电蚀加工，英文简称E
3、DMEDM。图图8-1 8-1 电火花成型加工原理图电火花成型加工原理图1 1主轴；主轴；2 2电极；电极；3 3工作油槽；工作油槽；4 4工件；工件；5 5工作液装置；工作液装置；6 6脉冲电源脉冲电源第三页，本课件共有18页8.2 8.2 激光加工技术激光加工技术8.2.1 8.2.1 激光的特性激光的特性（1 1）亮度强度高）亮度强度高（2 2）单色性好）单色性好（3 3）相干性好）相干性好（4 4）方向性好）方向性好8.2.2 8.2.2 激光加工的工作原理激光加工的工作原理图图8-2 8-2 激光加工的工作原理示意图激光加工的工作原理示意图1 1激光器；激光器；2 2光阑；光阑；3
4、3反射镜；反射镜；4 4聚焦镜；聚焦镜；5 5工件；工件；6 6工作台；工作台；7 7电源电源激光加工是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。第四页，本课件共有18页 8.2.3 8.2.3 激光加工激光加工1 1激光加工的特点激光加工的特点加工易变形的薄板及弹性零件等。加工易变形的薄板及弹性零件等。能加工的材料范围广能加工的材料范围广,如各种金属材料，以及陶瓷、石英、玻璃、金刚石及如各种金属材料，以及陶瓷、石英、玻璃、金刚石及半导体等。半导体等。能进行非常微细的加工，如加工深而小的微孔和窄缝（直径可小至几微米，深能进行非常微细的加工，如加工深而小的微孔和窄缝（直径可小至几微米
5、，深度与直径之比可达度与直径之比可达5050100100）。）。不需要加工工具。不需要加工工具。通用性好。通用性好。加工精密微细时，其精度和表面粗糙度需反复试验，寻找合理的加工加工精密微细时，其精度和表面粗糙度需反复试验，寻找合理的加工参数才能达到所需要求。参数才能达到所需要求。第五页，本课件共有18页2 2激光加工的应用激光加工的应用（1 1）激光打孔）激光打孔（2 2）激光切割）激光切割（3 3）激光焊接）激光焊接（4 4）激光表面处理）激光表面处理第六页，本课件共有18页 8.3 8.3 超声波加工超声波加工8.3.1 8.3.1 超声波加工的工作原理超声波加工的工作原理 超声波是指频率
6、超声波是指频率f f1616000Hz000Hz的振动波。超声波加工的振动波。超声波加工是用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工，使是用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液加工，使工件成型的一种方法。工件成型的一种方法。图图8-38-3超声加工原理示意图超声加工原理示意图1 1工具；工具；2 2工件；工件；3 3磨料悬浮液；磨料悬浮液；4 4、5 5变杆；变杆；6 6换能器；换能器；7 7超声发生器超声发生器第七页，本课件共有18页1 1超声加工的特点超声加工的特点 适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料。适合于加工各种脆硬材料，特别是不导电的非金属材料。超声加工机床的结构比较简
7、单，操作、维修方便。超声加工机床的结构比较简单，操作、维修方便。切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，表面粗糙切削应力、切削热很小，不会引起变形及烧伤，表面粗糙R Ra a值可达值可达1 10.10.1 m m，加工，加工精度可达精度可达0.010.010.02mm0.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。2 2超声加工的应用超声加工的应用主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等。主要用于对脆硬材料加工圆孔、型孔、型腔、套料、微细孔等。能加工半导体材料。能加工半导体材料。用于一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模具型腔的最终抛磨
8、光整加工。用于一些淬火钢、硬质合金冲模、拉丝模、塑料模具型腔的最终抛磨光整加工。用于清洗、焊接和探伤用于清洗、焊接和探伤 。可进行超声电火花加工、超声电解加工、超声调制激光打孔、超声振动切削加工可进行超声电火花加工、超声电解加工、超声调制激光打孔、超声振动切削加工等复合加工方法，等复合加工方法，8.3.2 8.3.2 超声加工超声加工第八页，本课件共有18页 8.4 8.4 高速与超高速切削技术高速与超高速切削技术8.4.1 8.4.1 高速切削的概念与高速切削技术高速切削的概念与高速切削技术 高速加工是一个相对的概念，由于不同加工方式、不同工件材料有高速加工是一个相对的概念，由于不同加工方式
9、、不同工件材料有不同的高速加工范围，一般认为应是常规切削速度的不同的高速加工范围，一般认为应是常规切削速度的5 51010倍。概括地倍。概括地说，高速加工技术是指采用超硬材料的刀具、磨具和能可靠地实现高速说，高速加工技术是指采用超硬材料的刀具、磨具和能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加运动的自动化制造设备，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。工质量的现代制造加工技术。图图8-4 8-4 超高速切削概念示意图超高速切削概念示意图第九页，本课件共有18页1 1高速与超高速切削的特点高速与超高速切削的特点（1 1）可减少工序、提
10、高生产效率）可减少工序、提高生产效率（2 2）切削力低、热变形小）切削力低、热变形小（3 3）加工精度高）加工精度高（4 4）加工能耗低、节省制造资源）加工能耗低、节省制造资源2 2高速加工技术的发展与应用高速加工技术的发展与应用 高速切削加工技术的发展经历了高速切削的理论探高速切削加工技术的发展经历了高速切削的理论探索、应用探索、初步应用、较成熟地应用索、应用探索、初步应用、较成熟地应用4 4个发展阶段。个发展阶段。8.4.2 8.4.2 高速与超高速切削高速与超高速切削第十页，本课件共有18页1 1高速主轴高速主轴 高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件。目前高高速主轴单元是高速加工机床最
11、关键的部件。目前高速主轴的转速主轴的转 速范围为速范围为100001000025000r/min25000r/min，加工进给速，加工进给速度在度在10m/min10m/min以上。以上。图图8-5 8-5 电主轴结构电主轴结构8.4.3 8.4.3 高速切削加工的关键技术高速切削加工的关键技术第十一页，本课件共有18页2020世纪世纪9090年代，工作台的年代，工作台的快速进给多采用大导程滚快速进给多采用大导程滚珠丝杠和增加进给伺服电珠丝杠和增加进给伺服电动机的转速来实现，其加动机的转速来实现，其加速度可达速度可达0.60.6g g；在采用先；在采用先进的液压丝杠轴承，优化进的液压丝杠轴承，
12、优化系统的刚度与阻尼特性系统的刚度与阻尼特性后，其进给速度可达到后，其进给速度可达到404060m/min60m/min。图图8-6 8-6 直线电机驱动系统原理图直线电机驱动系统原理图1 1定子冷却板；定子冷却板；2 2滚动导轨；滚动导轨；3 3动子冷却板；动子冷却板；4 4输电线路；输电线路；5 5工作台；工作台；6 6位置检测系统；位置检测系统；7 7动子部分；动子部分；8 8定子部分定子部分2 2快速进给系统快速进给系统第十二页，本课件共有18页3 3高性能的高性能的CNCCNC控制系统控制系统CNCCNC控制系统采用多个控制系统采用多个3232位甚至位甚至6464位位CPUCPU，同
13、时配置功能强大的计，同时配置功能强大的计算处理软件，使工件加工质量在高速切削时得到明显改善。相应算处理软件，使工件加工质量在高速切削时得到明显改善。相应地，伺服系统则发展为地，伺服系统则发展为 数字化、数字化、智能化和软件化，从而保证了高智能化和软件化，从而保证了高进给速度加工的要求。进给速度加工的要求。4 4先进的机床结构先进的机床结构高速切削机床床身必须具有高速切削机床床身必须具有足够的刚度、强度和高的阻足够的刚度、强度和高的阻尼特性及高的热稳定性。尼特性及高的热稳定性。图图8-7 8-7 六杆机床结构示意图六杆机床结构示意图 第十三页，本课件共有18页高速切削通常使用的刀具材料有以下几种：高速切削通常使用的刀具材料有以下几种：（1 1）硬质合金涂层刀具）硬质合金涂层刀具5 5高速切削的刀具系统高速切削的刀具系统第十四页，本课件共有18页（2 2）陶瓷刀具）陶瓷刀具第十五页，本课件共有18页（3 3）聚晶金刚石刀具）聚晶金刚石刀具第十六页，本课件共有18页（4 4）立方氮化硼刀具）立方氮化硼刀具第十七页，本课件共有18页 为了满足高速旋转下不降低刀柄的接触精度，一些新型的为了满足高速旋转下不降低刀柄的接触精度，一些新型的双定位刀柄已在高速切削机床上得到应用双定位刀柄已在高速切削机床上得到应用 图图8-8 8-8 德国德国HSKHSK刀柄系统刀柄系统第十八页，本课件共有18页