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1、金属切削加工方法与设备教案本讲稿第一页，共十八页8.1 电火花成型加工技术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 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，进行小孔磨削或成型磨削的电火花磨削。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 本讲稿第二页，共十八页8.1.1 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脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方
2、法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。图8-1 电火花成型加工原理图1 主轴；2 电极；3 工作油槽；4 工件；5 工作液装置；6 脉冲电源本讲稿第三页，共十八页8.2 激光加工技术8.2.1 激光的特性（1）亮度强度高（2）单色性好（3）相干性好（4）方向性好8.2.2 激光加工的工作原理图8-2 激光加工的工作原理示意图1 激光器；2 光阑；3 反射镜；4 聚焦镜；5 工件；6 工作台；7 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。本讲稿第四页，共十八页 8.2.3 激光加工1激光加工的特点加工易变形的薄板及弹性零件等。能加工的材料范围广,如各种金属材料，以
3、及陶瓷、石英、玻璃、金刚石及半导体等。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，深度与直径之比可达50100）。不需要加工工具。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，寻找合理的加工参数才能达到所需要求。本讲稿第五页，共十八页2激光加工的应用（1）激光打孔（2）激光切割（3）激光焊接（4）激光表面处理本讲稿第六页，共十八页 8.3 超声波加工8.3.1 超声波加工的工作原理 超声波是指频率 f16000Hz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，使工件成型的一种方法。图8-3超声加工原理示意图1 工具；2 工件；3 磨料悬浮液；
4、4、5 变杆；6 换能器；7 超声发生器本讲稿第七页，共十八页1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。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 Ra值可达10.1 m，加工精度可达0.010.02mm，而且可以加工薄壁、窄缝、低刚度零件。2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。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光整加工。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、超声振动切削加工等复合加工方法，8.3.2
5、超声加工本讲稿第八页，共十八页 8.4 高速与超高速切削技术8.4.1 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、不同工件材料有不同的高速加工范围，一般认为应是常规切削速度的510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。图8-4 超高速切削概念示意图本讲稿第九页，共十八页1高速与超高速切削的特点（1）可减少工序、提高生产效率（2）切削力低、热变形小（3）加工精度高（4）加工能耗低、节省制造资源2高速加工技术的发展与应用 高速切削加工技术的发展经
6、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4个发展阶段。8.4.2 高速与超高速切削本讲稿第十页，共十八页1高速主轴 高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件。目前高速主轴的转 速范围为1000025000r/min，加工进给速度在10m/min以上。图8-5 电主轴结构8.4.3 高速切削加工的关键技术本讲稿第十一页，共十八页20世纪90年代，工作台的快速进给多采用大导程滚珠丝杠和增加进给伺服电动机的转速来实现，其加速度可达0.6 g；在采用先进的液压丝杠轴承，优化系统的刚度与阻尼特性后，其进给速度可达到4060m/min。图8-6 直线电机驱动系统原理图1 定子冷却板；2 滚动
7、导轨；3 动子冷却板；4 输电线路；5 工作台；6 位置检测系统；7 动子部分；8 定子部分2快速进给系统本讲稿第十二页，共十八页3高性能的CNC控制系统CNC控制系统采用多个32位甚至64位CPU，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。相应地，伺服系统则发展为 数字化、智能化和软件化，从而保证了高进给速度加工的要求。4先进的机床结构高速切削机床床身必须具有足够的刚度、强度和高的阻尼特性及高的热稳定性。图8-7 六杆机床结构示意图 本讲稿第十三页，共十八页高速切削通常使用的刀具材料有以下几种：（1）硬质合金涂层刀具5高速切削的刀具系统本讲稿第十四页，共十八页（2）陶瓷刀具本讲稿第十五页，共十八页（3）聚晶金刚石刀具本讲稿第十六页，共十八页（4）立方氮化硼刀具本讲稿第十七页，共十八页 为了满足高速旋转下不降低刀柄的接触精度，一些新型的双定位刀柄已在高速切削机床上得到应用 图8-8 德国HSK刀柄系统本讲稿第十八页，共十八页