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1、先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3-1 3-1 先进制造工艺技术概论先进制造工艺技术概论3-2超高速加工技术超高速加工技术3-3超精密加工技术超精密加工技术 第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3-4快速原型制造技术快速原型制造技术 3-5现代特种加工技术现代特种加工技术 3-6微细加工技术微细加工技术 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术教学时数：教学时数：14学时学时教学目标：教学目标：Q通过本章的学习，了解先进制造工艺技术的基本特征及通过本章的学习，了解先进制造工艺技术的基本特征及发展
2、趋势发展趋势;Q掌握先进制造工艺技术中超高速加工技术、超精密加工掌握先进制造工艺技术中超高速加工技术、超精密加工技术、特种加工技术、快速原型制造技术以及微细加工技术、特种加工技术、快速原型制造技术以及微细加工技术的基本概念、关键支撑技术及发展应用技术的基本概念、关键支撑技术及发展应用 ；Q通过实例分析了解这些先进技术手段在日常生活以及现通过实例分析了解这些先进技术手段在日常生活以及现代机械产品中的实际应用。代机械产品中的实际应用。Q通过本章的学习，使学生获得先进制造工艺技术的基本通过本章的学习，使学生获得先进制造工艺技术的基本知识，为进一步学习专业课程打下坚实的基础。知识，为进一步学习专业课程
3、打下坚实的基础。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术教学要求：教学要求：Q了解先进制造工艺技术的定义、内涵及现状了解先进制造工艺技术的定义、内涵及现状 。Q掌握超高速加工技术相关的基础知识，了解其现状及应用掌握超高速加工技术相关的基础知识，了解其现状及应用 。Q掌握超精密加工技术相关的基础知识，了解其现状及应用掌握超精密加工技术相关的基础知识，了解其现状及应用 。Q了解快速原型制造技术相关内容，掌握几种典型的快速原型了解快速原型制造技术相关内容，掌握几种典型的快速原型工艺方法工艺方法 。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术
4、先进制造工艺技术3.1.13.1.1机械制造工艺的定义和内涵机械制造工艺的定义和内涵 机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和过程。过程。按其功能的不同，机械制造工艺分为三个阶段：零按其功能的不同，机械制造工艺分为三个阶段：零件毛坯的成形准备阶段，包括原材料切割、焊接、铸造、件毛坯的成形准备阶段，包括原材料切割、焊接、铸造、锻压加工成形等；机械切削加工阶段，包括车削、钻削、锻压加工成形等；机械切削加工阶段，包括车削、钻削、铣削、刨削、镗削、磨削加工等；
5、表面改性处理阶段，铣削、刨削、镗削、磨削加工等；表面改性处理阶段，包括热处理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等。包括热处理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等。图图3.13.1为机械制造工艺流程图为机械制造工艺流程图 。3-13-1先进制造工艺技术概论先进制造工艺技术概论先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术图3.1 机械制造工艺流程图先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.1.23.1.2先进制造工艺的发展趋势先进制造工艺的发展趋势 (1)(1)加工精度和加工速度不断提高加工精度和加工速度不断提高 （2 2）材料科学
6、促进制造工艺变革）材料科学促进制造工艺变革 （3 3）自自动动化化和和数数字字化化工工艺艺装装备备的的发发展展提提高高了了机机械加工的效率械加工的效率 （4 4）优质清洁表面工程技术获得进一步发展）优质清洁表面工程技术获得进一步发展 3.1.33.1.3先进制造工艺的特点先进制造工艺的特点 （1 1）优质）优质（2 2）高效）高效 （3 3）低耗）低耗 （4 4）洁净）洁净 （5 5）灵活）灵活 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.2.13.2.1超高速加工技术的内涵和特点超高速加工技术的内涵和特点 超高速加工技术是指采用超硬材料的刀具磨具和能超
7、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高精度、高自动化、高柔性的制可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、造设备，以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量地现代制造加工技术。加工精度和加工质量地现代制造加工技术。2.2.超高速加工的特点超高速加工的特点（1 1）大幅度提高切削、磨削效率，减少设备使用台数）大幅度提高切削、磨削效率，减少设备使用台数（2 2）切削力、磨削力小，工件加工精度高）切削力、磨削力小，工件加工精度高（3 3）加工能耗低，节省制造资源）加工能耗低，节省制造资源（4 4）简化
8、了工艺流程，降低生产成本）简化了工艺流程，降低生产成本 1.1.超高速加工的定义超高速加工的定义3-2超高速加工技术超高速加工技术先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.2.23.2.2超高速切削的关键技术超高速切削的关键技术1.1.刀具技术刀具技术 超超高高速速切切削削对对刀刀具具的的要要求求：高高硬硬度度、高高强强度度和和耐耐磨磨性性；韧韧性性高高，抗抗冲冲击击能能力力强强；高高的的热热硬硬性性和和化化学学稳稳定定性性；抗抗热冲击能力强等。热冲击能力强等。常用的刀具材料有：常用的刀具材料有：涂涂层层刀刀具具：在在刀刀具具基基体体上上涂涂覆覆金金属
9、属化化合合物物薄薄膜膜，以以获获得得远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。远高于基体的表面硬度和优良的切削性能。金金属属陶陶瓷瓷刀刀具具：与与硬硬质质合合金金刀刀具具相相比比可可承承受受更更高高的的切切削削速速度度，陶陶瓷瓷刀刀具具与与金金属属材材料料的的亲亲和和力力小小，热热扩扩散散磨磨损损小小，其高温硬度优于硬质合金，故耐磨损、耐高温其高温硬度优于硬质合金，故耐磨损、耐高温 立立方方氮氮化化硼硼（CBNCBN）刀刀具具：突突出出优优点点是是热热稳稳定定性性好好，化化学惰性大学惰性大 聚聚晶晶金金刚刚石石（PCDPCD）刀刀具具：摩摩擦擦因因数数低低，耐耐磨磨性性极极强强，具有良好的导热性具
10、有良好的导热性 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术刀柄结构刀柄结构(1)BIG-PLUS(1)BIG-PLUS刀柄系统刀柄系统 结结构构上上采采用用7 7：2424锥锥度度，其其结结构构设设计计可可减减小小刀刀柄柄装装入入主主轴轴时时（锁锁紧紧前前）与与端端面面的的间间隙隙，锁锁紧紧后后可可利利用用主主轴轴内内孔孔的的弹弹性性膨膨胀胀对对该该间间隙隙进进行行补补偿偿，使使刀刀柄柄与与主主轴轴端端面面贴贴紧紧，下下半半部部为为普通普通BTBT刀柄。刀柄。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术(2)(2)德国的
11、德国的HSKHSK刀柄系统刀柄系统HSKHSK：德德阿亨工业大学阿亨工业大学(90(90年代年代)双面加紧双面加紧1996 1996 德国德国DINDIN标准标准20012001年年 ISO12164ISO12164先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2.2.超高速切削机床超高速切削机床 电主轴（内装式电机主轴）电主轴（内装式电机主轴）：无壳体电机：无壳体电机 转子转子 空心套在主轴上空心套在主轴上 定子（带冷却套）定子（带冷却套）主轴壳体主轴壳体=电机机座电机机座 1 1，2 2，5 5密封圈；密封圈；3 3定子定子；4 4转子；转子；6 6旋转变
12、压器转子；旋转变压器转子；7 7旋转变压器定子；旋转变压器定子；8 8螺母螺母 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 高速精密轴承技术高速精密轴承技术陶瓷轴承：日陶瓷轴承：日东北大学东北大学 30000 r/min30000 r/min磁悬浮轴承：工作原理是利用电磁力将转子悬浮于磁悬浮轴承：工作原理是利用电磁力将转子悬浮于空间的一种新型高性能智能化轴承。德空间的一种新型高性能智能化轴承。德GMNGMN公司公司 400004000070000r/min 70000r/min 空气轴承：日空气轴承：日东芝东芝ASV4ASV4加工中心加工中心30000 r
13、/min 30000 r/min 国内电主轴：洛阳轴承研究所国内电主轴：洛阳轴承研究所 （加工中心（加工中心 铣铣 车）车）先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术快速进给系统快速进给系统高速度高速度 进给速度不低于进给速度不低于20 m/min20 m/min高加速度高加速度 1 12g2g或更高高精度或更高高精度 高可靠性高可靠性 高安全性高安全性 直线电动机传动直线电动机传动 （昂贵（昂贵 应用技术不完善）应用技术不完善）(10m/s(10m/s 2 210g)10g)直线电机从原理上就是将普通的旋转电机沿过轴线的平直线电机从原理上就是将普通的旋转
14、电机沿过轴线的平面剖开，并展成一直线而成。由定子演变而来的一侧为直线面剖开，并展成一直线而成。由定子演变而来的一侧为直线电机的初级，有转子演变而来的一侧为直线电机的次极。当电机的初级，有转子演变而来的一侧为直线电机的次极。当交流电通入绕组时，就会在直线电机的初、次极之间产生磁交流电通入绕组时，就会在直线电机的初、次极之间产生磁场，使其相对运动。场，使其相对运动。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术高速加工机床直线电机原理图高速加工机床直线电机原理图 支承制造技术支承制造技术 指指超超高高速速加加工工机机床床的的支支承承构构件件，如如床床身身、立立柱柱
15、、箱箱体、工作台、底座、拖板和刀架等的制造技术。体、工作台、底座、拖板和刀架等的制造技术。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术一一:改革床身结构改革床身结构 GiddingGidding和和LewisLewis公司在其公司在其RAMRAM高速加工中心上将高速加工中心上将立柱与底座合为一个整体，使机床整体刚性得以提高；立柱与底座合为一个整体，使机床整体刚性得以提高；二二:使用高阻尼特性材料使用高阻尼特性材料,如聚合物混凝土。如聚合物混凝土。日本牧野高速机床的主轴油温与机床床身的温度日本牧野高速机床的主轴油温与机床床身的温度通过传感控制保持一致，协调了主
16、轴与床身的热变形。通过传感控制保持一致，协调了主轴与床身的热变形。3.3.超高速切削机理超高速切削机理4.4.超高速切削工艺超高速切削工艺传统加工传统加工 低转速、大切深、缓进给、单行程低转速、大切深、缓进给、单行程 高速加工高速加工 高高转速、中（小）切深、快进给、多行程转速、中（小）切深、快进给、多行程工艺特点工艺特点先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.2.33.2.3超高速磨削的相关技术超高速磨削的相关技术 超高速磨削（超高速磨削（V150m/sV150m/s）是近年迅猛发展的一项先是近年迅猛发展的一项先进制造技术，被誉为进制造技术，被誉为
17、“现代磨削技术的最高峰现代磨削技术的最高峰”。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术1.1.超高速磨削用砂轮超高速磨削用砂轮 硬度及其选择硬度及其选择普通磨具硬度低、普通磨具硬度低、磨粒易脱落磨粒易脱落 超硬磨具无硬度项指标。超硬磨具无硬度项指标。磨具的强度磨具的强度高速回转时，抵抗因离心力的作高速回转时，抵抗因离心力的作用而自身破碎的能力。用而自身破碎的能力。磨具的形状和尺寸及其基体材料磨具的形状和尺寸及其基体材料根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。基体材料：基体材料：金属结合剂金属结合剂 铁或铜合
18、金铁或铜合金；树脂结合剂；树脂结合剂 铝及合金或电木铝及合金或电木；陶瓷结合剂多采用陶瓷结合剂多采用陶瓷陶瓷。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术（a a）电镀电镀CBNCBN砂轮砂轮 （b b）MSL CBNMSL CBN砂轮砂轮普通电镀砂轮与普通电镀砂轮与MSLMSL砂轮砂轮 MSL CBNMSL CBN砂轮锋利，空屑空间大，不易堵塞，在砂轮锋利，空屑空间大，不易堵塞，在于电镀砂轮相同的加工条件下，磨削力、功率消耗、于电镀砂轮相同的加工条件下，磨削力、功率消耗、磨削温度会更低，甚至可接近冷态切削。但其制造成磨削温度会更低，甚至可接近冷态切削。但其
19、制造成本极高，仍处于实验室研究阶段本极高，仍处于实验室研究阶段 。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术高速砂轮的结构和形状优化高速砂轮的结构和形状优化 高高速速磨磨削削砂砂轮轮的的基基体体设设计计必必须须考考虑虑高高转转速速时时离离心心力力的的作作用用。在在图图3.93.9中中，砂砂轮轮以以铝铝合合金金为为基基体体，腹腹板板为为一一个个变变截截面面等等力力矩矩体体，优优化化的的基基体体没没有有单单独独大大的的法法兰兰孔孔，而而是是用用多多个个小小的的螺螺孔孔代代替替，以以充充分分降降低低基基体体在在法法兰兰孔孔附附近近的的应应力力。基体外缘的尺寸，则
20、主要根据应用场合而定。基体外缘的尺寸，则主要根据应用场合而定。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.2.43.2.4超高速加工技术的应用超高速加工技术的应用1.1.超高速切削技术的应用超高速切削技术的应用 （1 1）航空航天工业领域）航空航天工业领域 表表3.2 3.2 军用飞机使用各种结构材料的重量百分比军用飞机使用各种结构材料的重量百分比铝合金铝合金钛合金钛合金复合材料复合材料先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术速度速度603m/min 603m/min 进给速度进给速度 9600mm/min9600
21、mm/min 铝合金薄壁件铝合金薄壁件 （厚（厚0.2mm 0.2mm 高高20mm)20mm)先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术7075铝合金零件（毛坯铝合金零件（毛坯1818kg 零件零件14.5kg 2388*2235*82.6)主轴主轴18000r/min，进给进给2.42.7m/min刀具直径刀具直径1820mm先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术（2 2）汽车、摩托车工业领域）汽车、摩托车工业领域（3 3）模具工具工业领域）模具工具工业领域刀具 PCD CBN 金属陶瓷可切削硬度60HRC或更
22、高的材料德国44%模具公司、日本30%模具公司优势：提高了加工速度 （周期短）高质量表面（小进给），省去修光工序。简化工序（淬火后可切削）模具修复（可用原NC程序）先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术（4 4）超精密微细切削加工领域）超精密微细切削加工领域 (a)(a)石墨电机石墨电机 （b b）气轮机叶片气轮机叶片 （c c）薄壁铜电机薄壁铜电机几种典型零件的超高速加工几种典型零件的超高速加工 【应用案例应用案例】先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2.2.超高速磨削技术的应用超高速磨削技术的应用 （1
23、1）高效深磨）高效深磨 高效深磨技术是一种集砂轮高速度、高进给速度高效深磨技术是一种集砂轮高速度、高进给速度(0.5(0.510m/min)10m/min)和大切深和大切深(0.1(0.130mm)30mm)为一体的高效率为一体的高效率磨削技术。高效深磨的磨削速度范围一般在磨削技术。高效深磨的磨削速度范围一般在6060250m/s250m/s之间。之间。（2 2）超高速精密磨削）超高速精密磨削 超高速精密磨削是采用超高速精密磨床，并通过精密超高速精密磨削是采用超高速精密磨床，并通过精密修整微细磨料磨具，采用亚微米级以下的切深和洁净的修整微细磨料磨具，采用亚微米级以下的切深和洁净的加工环境来获得
24、亚微米级以下的尺寸精度。加工环境来获得亚微米级以下的尺寸精度。（3 3）难磨材料的超高速磨削）难磨材料的超高速磨削 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3-3超精密加工技术超精密加工技术 3.3.1 3.3.1 概述概述 1.1.超精密加工技术的内涵超精密加工技术的内涵 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2、精密和超精密加工技术的重要性精密和超精密加工技术的重要性先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键精密和超精密加工是先进
25、制造技术的基础和关键 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.3.超精密加工技术的国内外发展现状超精密加工技术的国内外发展现状 日日本本著著名名学学者者谷谷口口纪纪男男教教授授在在所所著著纳纳米米技技术术的的应应用用和和基基础础超超精精密密、超超微微细细加加工工和和能能束束加加工工一一书书中中，从从综综合合加加工工精精度度出出发发，将将加加工工的的发发展展分分为为普普通通加加工工、精精密密加加工工、高高精精密密加加工工和和超超精精密密加加工工四四个个阶阶段段，并并预预计计在在20002000年年加加工工精精度度可可达达到到纳纳米米级级。超超精精密密加
26、加工工提提出出以以后后，首先受到了日本的重视。首先受到了日本的重视。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 整机采用了盒式结构，加工区域形成封闭空间，自成系整机采用了盒式结构，加工区域形成封闭空间，自成系统，不受外界影响；采用热对称结构、石材等低、热变形复统，不受外界影响；采用热对称结构、石材等低、热变形复合材料，从结构上使热变形得到抑止；采用冷却液沐浴、恒合材料，从结构上使热变形得到抑止；采用冷却液沐浴、恒温冷却液循环、热源隔离等措施，以保证整个机床处于恒温温冷却液循环、热源隔离等措施，以保证整个机床处于恒温状态，形成局部恒温环境，再将机床安装在恒温
27、室内，可达状态，形成局部恒温环境，再将机床安装在恒温室内，可达到更好的恒温效果；整个机床本身采用隔振结构，放在防震到更好的恒温效果；整个机床本身采用隔振结构，放在防震地基上，可获得更好的防震效果。这台机床放映了现代超精地基上，可获得更好的防震效果。这台机床放映了现代超精密设备的最好水平。密设备的最好水平。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术大型光学金刚石车床大型光学金刚石车床LODTMLODTM 立式结构，止推轴承，立式结构，止推轴承，7 7路路高分辨率双频激光测量系统，高分辨率双频激光测量系统，4 4路激光检测横梁上溜板的路激光检测横梁上溜板的运动
28、，运动，3 3路激光检测刀架路激光检测刀架上下运动位置在线测量和误上下运动位置在线测量和误差补偿，各发热部件用大差补偿，各发热部件用大量恒温水冷却，用大的地基，量恒温水冷却，用大的地基，地基周围有防振沟，且整个地基周围有防振沟，且整个机床用机床用4 4个大空气弹簧支承。个大空气弹簧支承。美国美国先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 我国我国的超精密加工技术在的超精密加工技术在2020世纪世纪7070年代末期有了长年代末期有了长足进步，足进步，8080年代中期出现了具有世界水平的超精密机床年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件，并向专业化批量生产
29、发展。和部件，并向专业化批量生产发展。已有多所大学和研已有多所大学和研究机构进行深入研究。但我国在超精密加工的效率、精究机构进行深入研究。但我国在超精密加工的效率、精度、可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面度、可靠性，特别是规格（大尺寸）和技术配套性方面与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。与国外比，与生产实际要求比，还有相当大的差距。未来未来超精密加工技术发展趋势是向更高精度、更高超精密加工技术发展趋势是向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不测一体化方向发
30、展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.3.2 3.3.2 超精密加工的主要方法超精密加工的主要方法1.1.超精密切削加工超精密切削加工 超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密车削，超精密切削加工主要指金刚石刀具超精密车削，用于加工有色金属材料及其合金，以及光学玻璃、石用于加工有色金属材料及其合金，以及光学玻璃、石材和碳素纤维等非金属材料，加工对象是精度要求很材和碳素纤维等非金属材料，加工对象是精度要求很高的镜面零件。高的镜
31、面零件。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术刀刃形式刀刃形式先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2.2.超精密磨料加工超精密磨料加工 超超精精密密磨磨料料加加工工是是指指利利用用细细粒粒度度（8080400400）的的磨磨粒粒或或微微粉粉磨磨料料进进行行砂砂轮轮磨磨削削、砂砂带带磨磨削削、研研磨磨、抛抛光光等等超超精精密密加加工工的的总总称称，即即利利用用磨磨料料进进行行的的超超精精密密加加工。工。（1 1）超精密磨削砂轮）超精密磨削砂轮磨料粒度及其选择磨料粒度及其选择多选用多选用180180240240普
32、通普通磨料、磨料、170/200170/200325/400325/400超硬磨料的磨粒和各种超硬磨料的磨粒和各种粒度的微粉。粒度的微粉。结合剂及其选择结合剂及其选择将磨料粘合在一起，形成将磨料粘合在一起，形成一定的形状，并有一定的一定的形状，并有一定的强度。强度。树脂结合剂、陶瓷树脂结合剂、陶瓷结合剂和金属结合剂结合剂和金属结合剂先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术硬度及其选择硬度及其选择普通磨具硬度低、普通磨具硬度低、磨粒易脱落磨粒易脱落 超硬磨具无硬度项指标。超硬磨具无硬度项指标。磨具的强度磨具的强度高速回转时，抵抗因离心力的高速回转时，抵抗因
33、离心力的作用而自身破碎的能力。作用而自身破碎的能力。磨具的形状和尺寸及其基体材料磨具的形状和尺寸及其基体材料根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。根据机床规格和加工情况选择磨具的形状和尺寸。基体材料：基体材料：金属结合剂金属结合剂 铁或铜合金铁或铜合金；树脂结合剂；树脂结合剂 铝及合金或电铝及合金或电木木；陶瓷结合剂多采用；陶瓷结合剂多采用陶瓷陶瓷。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术（2 2）砂轮修整）砂轮修整整形整形对砂轮进行微量切削，使砂对砂轮进行微量切削，使
34、砂轮达到所要求的几何形状精轮达到所要求的几何形状精度，并使磨料尖端细微破碎，度，并使磨料尖端细微破碎，形成锋利的磨削刃。形成锋利的磨削刃。修锐修锐去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有去除磨粒间的结合剂，使磨粒间有一定的容屑空间，并使磨刃突出于一定的容屑空间，并使磨刃突出于结合剂之外，形成切削刃。结合剂之外，形成切削刃。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术电解修整（锐）法电解修整（锐）法利用电化学个腐蚀利用电化学个腐蚀作用作用蚀除金属结合剂蚀除金属结合剂用于金属结合剂砂轮用于金属结合剂砂轮的修锐的修锐砂轮接电源正极砂轮接电源正极先先进进制制造造技技术术基基础
35、础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术（3 3）磨削用量）磨削用量砂带速度砂带速度对闭式磨削，粗磨时为对闭式磨削，粗磨时为12122020m/s，精磨为精磨为25253030m/s.工件速度工件速度粗磨选粗磨选202030m/min30m/min，精磨选精磨选20m/min20m/min以下以下 接触压力接触压力一般选取一般选取5050300N300N先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.2.33.2.3超精密加工机床超精密加工机床1、精密主轴、精密主轴在滑动轴承与轴颈在滑动轴承与轴颈表面之间输入高压润滑表面之间输入高压润滑剂以承受外载
36、荷，使运剂以承受外载荷，使运动副表面分离的润滑方动副表面分离的润滑方法成为流体静压润滑。法成为流体静压润滑。液体静压轴承主轴液体静压轴承主轴先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2 2、床身和精密导轨、床身和精密导轨 床身和导轨的材料床身和导轨的材料先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术运动件的导轨面上下、运动件的导轨面上下、左右均在静压空气的左右均在静压空气的约束下，约束下，比气浮导轨比气浮导轨的刚度和运动精度高，的刚度和运动精度高，静压空气压力静压空气压力4 46 6大大气压。气压。常用平导轨，运动导轨常用
37、平导轨，运动导轨的底平面和两侧导轨有的底平面和两侧导轨有压缩空气，使滑板或工压缩空气，使滑板或工作台浮起，工作台的浮作台浮起，工作台的浮起是气浮作用，但侧面起是气浮作用，但侧面是气体静压作用。美国是气体静压作用。美国PneumoPneumo公司的公司的MSGMSG325325使用气浮导轨。使用气浮导轨。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术（3 3）微量进给装置）微量进给装置（4 4）机床的稳定性）机床的稳定性 先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.3.43.3.4超精密加工技术的应用超精密加工技术的应用
38、1.1.超精密切削加工技术的应用超精密切削加工技术的应用先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2.2.超精密磨削加工技术的应用超精密磨削加工技术的应用 超超精精密密磨磨削削可可用用于于钢钢铁铁及及其其合合金金等等金金属属材材料料，如如耐耐热热钢钢、钛钛合合金金、不不锈锈钢钢等等合合金金钢钢，特特别别是是经经过过淬淬火火等等处处理理的的淬淬硬硬钢钢，也也可可用用于于磨磨削削铜铜、铝铝及及其其合合金金等等有有色色金金属属。陶陶瓷瓷、玻玻璃璃、石石英英、半半导导体体、石石材材等等硬硬脆脆非非金金属属材材料料都都比比较较难难加加工工，超超硬硬磨磨料料砂砂轮轮磨
39、磨削是其主要的超精密加工方法。削是其主要的超精密加工方法。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3-4快速原型制造技术快速原型制造技术 3.4.13.4.1RPMRPM技术的原理和特点技术的原理和特点 基于基于“材料逐层堆积材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的制造理念，将复杂的的三维加工分解为简单的材料二维添加三维加工分解为简单的材料二维添加的组的组合。合。在在CAD模型的直接驱动下，快速制造模型的直接驱动下，快速制造任意任意复杂形状的三维实体。复杂形状的三维实体。先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2 2、快
40、速原型制造的基本过程、快速原型制造的基本过程CADCAD建模建模由由CADCAD软件设计出所需零件的计软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型算机三维曲面或实体模型分层分层将三维模型沿一定方向（通常为将三维模型沿一定方向（通常为Z Z向）向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称离散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层）为分层）层面信息处理层面信息处理根据每层轮廓信息，进行工根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码动生成数控代码先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术层面加工与粘接层面加工与粘接成形机制造一系
41、列层片并自动成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物将它们联接起来，得到三维物理实体理实体层层堆积层层堆积后处理后处理清理零件表面，去除清理零件表面，去除辅助支撑结构辅助支撑结构先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3.4.23.4.2典型的典型的RPMRPM工艺方法工艺方法1 1立体印刷立体印刷 SLA基本原理图基本原理图 基于液态光敏树脂的光聚合原理。基于液态光敏树脂的光聚合原理。过程、原理过程、原理激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表激光聚集到液态光固化材料（如光固化树脂）表面逐点扫描，令其有规律地固化（由点到线到面）面逐点扫描
42、，令其有规律地固化（由点到线到面）完成一个层面的建造完成一个层面的建造 升降移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一升降移动一个层片厚度的距离，重新覆盖一 层液态材料层液态材料先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术 第二层就牢固地粘贴到第一层上，由此层层迭第二层就牢固地粘贴到第一层上，由此层层迭 加成为一个三维实体。加成为一个三维实体。进行第二层扫描，再建造一个层面进行第二层扫描，再建造一个层面后处理后处理剥离、固化（紫外烘剥离、固化（紫外烘30min以上）、修补、以上）、修补、
43、打磨抛光等打磨抛光等先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术选择性液体固化工艺选择性液体固化工艺SLASLA立体光刻立体光刻（SLA-Stereo Lithography Apparatus)SLA-Stereo Lithography Apparatus)立体印刷立体印刷，光成形光成形 光固化立体造型光固化立体造型 (Stereo Lithography),(Stereo Lithography),激光光印刷激光光印刷 （Laser PhotolithographyLaser Photolithography先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章
44、章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术应用案例应用案例西安交大西安交大23h原型原型2天硅橡胶模天硅橡胶模3天内天内3万万元元传统（从设计思想到实物）传统（从设计思想到实物）10件件30天天10万万元元先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术SLASLA方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。也是技术上最为成熟的方法。特点：特点：SLA SLA 工艺成形的零件精度较高，能达到工艺成形的零件精度较高，能达到0.1mm0.1mm；产品透明美观，可直接做力学实验产品透明美观，可直接做力
45、学实验。局限性：局限性：需要支撑需要支撑 树脂收缩导致精度下降树脂收缩导致精度下降 光固化树脂价格昂贵光固化树脂价格昂贵 有一定的毒性有一定的毒性 产品不能溶解，不利于环保产品不能溶解，不利于环保先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术2 2、分层实体制造（、分层实体制造（LOM）LOM原理图原理图 采用激光或刀具对片材进行切割采用激光或刀具对片材进行切割原理、过程原理、过程首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线 将不属于原型的材料切割成网格状将不属于原型的材料切割成网格状 （碎片）（碎片）片材表面涂覆上一层热熔胶片材表
46、面涂覆上一层热熔胶通过升降平台的移动和箔材的送给通过升降平台的移动和箔材的送给热压辊辗压将后铺的箔材与先前的层片粘接在一起热压辊辗压将后铺的箔材与先前的层片粘接在一起层层迭加、剥除、后置处理层层迭加、剥除、后置处理（防潮、抛光、涂覆）（防潮、抛光、涂覆）(LaminatedObjectManufacturing)先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术分分层层实实体体制制造造先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术工艺特点：工艺特点：工艺简单，成型速度快，工艺简单，成型速度快，易于制造大型零件易于制造大型零件片材上
47、切割截面轮廓，而不用扫描整个截面片材上切割截面轮廓，而不用扫描整个截面 零件的零件的精度较高，激光切精度较高，激光切0.1mm0.1mm，刀具切刀具切0.15mm0.15mm不存在材料相变，不易引起翘曲变形不存在材料相变，不易引起翘曲变形 材料广泛，成本低，用材料广泛，成本低，用纸制原料纸制原料还有利于环保还有利于环保 力学性能差，只适合做外形检查。力学性能差，只适合做外形检查。不能直接做不能直接做塑料工件塑料工件先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术应用案例应用案例北北京京殷殷化化激激光光快快速速成成型型及及模模具具公公司司先先进进制制造造技技术术基
48、基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术3 3、选择性激光烧结（、选择性激光烧结（SLS）利用利用粉末状材料（金属或非金属）粉末状材料（金属或非金属）成形成形原理、过程原理、过程SLS基本原理图基本原理图 工作台上铺上一层粉末工作台上铺上一层粉末（可加粘结剂）（可加粘结剂）很好密实度和平整度很好密实度和平整度 用激光器在上面扫描出零件截面用激光器在上面扫描出零件截面高强度的高强度的COCO2 2激光器激光器 有选择地将粉末熔化或粘接，形成一个层面有选择地将粉末熔化或粘接，形成一个层面利用滚子铺粉压实利用滚子铺粉压实后置处理后置处理去附去附粉、打磨等粉、打磨等先先进进制制造造技技术
49、术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术SLS工艺原理图工艺原理图先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术工艺特点：工艺特点：表面粗糙度不好，不宜做薄壁件表面粗糙度不好，不宜做薄壁件 材料适应面广材料适应面广 制造制造能直接使用的能直接使用的金属零件金属零件塑料、零件、陶瓷、蜡塑料、零件、陶瓷、蜡 SLSSLS工艺不需加支撑工艺不需加支撑 精度不高精度不高平均精度为平均精度为0.150.150.2mm0.2mm先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术4 4、熔融沉积成型（、熔融沉积成型（FDM）(
50、Fused Deposition Modeling)原理、过程原理、过程FDM基本原理图基本原理图 将热熔性材料通过喷头加热器熔化将热熔性材料通过喷头加热器熔化（ABSABS、尼龙或蜡等尼龙或蜡等）喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动同时将熔化的材料挤出同时将熔化的材料挤出 材料凝固冷却，与周围的材料凝结形成一个层面材料凝固冷却，与周围的材料凝结形成一个层面 后置处理后置处理先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术先先进进制制造造技技术术基基础础第第3 3章章 先进制造工艺技术先进制造工艺技术工艺特点：工艺特点：使用、维护简单