項目十一簡要了解現代制造技術【項目概述】

由于各種新材料、新結構、形狀復雜的精密機械零件大量涌現，對機械制造業提出了一系列迫切需要解決的新問題，傳統的加工方法已經不能滿足生產的要求，采用傳統加工方法十分困難，甚至無法加工，因此各種先進加工方法和特種加工技術便應運而生，并不斷獲得發展。本項目主要介紹了幾種常見的特種加工方法：電火花加工、電解加工、超聲波加工、激光加工的工作原理及其應用場合。3D打印技術分類、應用及特點。【教學目標】

1：能力目標：通過本項目的學習，學生可以了解常用的特種加工方法的種類及適用范圍。對3D打印技術有一個初步的了解。

2：知識目標：了解特種加工的概念、特點，電火花、線切割的工作原理及應用，3D打印技術分類、工作原理、特點。任務一了解特種加工技術基礎知識

知識模塊1特種加工簡介

特種加工，即將電、磁、聲、光、化學等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，從而實現材料切除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統加工方法統稱為特種加工。知識模塊2特種加工的特點

1.不用機械能，與加工對象的機械性能無關。

2.非接觸加工。

3.微細加工，工件表面質量高。

4.不存在加工中的機械應變或大面積的熱應變

5.兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互組合形成新的復合加工知識模塊3特種加工方法的分類特種加工方法的分類見表11-1所示。

任務二了解常用的幾種特種加工方法

知識模塊1數控電火花線切割加工

1電火花線切割加工的基本原理（如圖11-1所示）

2、數控線切割機床的分類根據電極絲的運行速度和運轉方式，數控線切割機床可分為以下三類：高速走絲線切割機床（WEDM－HS）低速走絲線切割機床（WEDM－LS）自旋轉式數控線切割機床

3、數控線切割機床的組成如圖11-2和圖11-3所示，數控線切割機床主要由機床本體、脈沖電源、工作液循環系統、數控系統和機床附件等組成。圖11-2高速走絲線切割裝置示意圖

圖11-3低速走絲線切割裝置示意圖動畫\線切割.flv3.2數控系統數控系統的主要作用是在電火花線切割加工過程中，按加工程序要求自動控制電極絲與工件的相對運動軌跡和進給速度，實現自動加工。數控系統的主要功能:

（1）軌跡控制功能通過插補運算，驅動步進電動機實現工作進給，精確控制電極絲與工件的相對運動軌跡，切割出符合形狀、尺寸要求的零件。（2）加工控制功能

①進給控制②短路退回③間隙補償④圖形的縮放、旋轉和平移⑤適應控制⑥自動找中心⑦信息顯示⑧自診斷功能等。知識模塊2電火花成型加工

1加工原理電火花成型加工原理如圖11-5所示。在工具電極4和工件1之間接一脈沖電源2，利用自動進給調節裝置3使工具電極與工件始終保持一很小的放電間隙，在脈沖電流的作用下，產生火花放電。

圖11-6電火花成型加工原理2、數控電火花成型加工機床數控電火花成型加工機床是一種高精度的自動化加工機床。如圖11-6所示，它由機床本體、脈沖電源、數控系統、工作液循環系統等組成。圖11-7數控電火花成型加工機床示意圖動畫\電火花加工.flv動畫\電火花加工原理.swf知識模塊3激光加工

1.激光激光（Laser，即LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation的縮寫）意思是利用受激輻射而得到的加強光。激光的特點：具有強度高、單色性好、相干性好和方向性好的基本特性。例如人工晶體紅寶石基本成分是氧化鋁，其中摻雜0.05%（質量分數）的氧化鉻，鉻離子就可以發射激光。2.激光的加工原理由于激光的強度高、方向性好、顏色單純，可以通過一系列的光學系統把激光束聚焦成一個極小的光斑（直徑僅有幾微米到幾十微米），獲得108～1010W/mm2的能量密度和10000℃以上的高溫，從而能在千分之幾秒甚至更短的時間內，使各種物質熔化和氣化，以達到蝕除被加工工件材料的目的。3.激光的加工特點及應用激光加工大多數基于光對非透明體材料的作用過程，其特點如下:

（1）激光的光斑小，能進行非常細微的加工。（2）激光的能量密度高，適用于用其他方法難加工的材料。（3）激光加工時，激光槍體與工件不接觸，加工變形小，熱變形也小。（4）激光能穿過透明體進行加工。（5）激光加工與電子束加工相比，不需要真空，也不需要對X射線進行防護。因此激光裝置簡單，工作性能良好。4.激光的種類激光根據其所用的發光材料不同，可分為固體激光、氣體激光、液體激光和半導體激光等。5.CO2激光切割機目前工業生產中用于大量切割加工的激光切割機，大多采用CO2氣體激光器，而各種細微、精密零件的切割加工則大多采用YAG固體激光器。

圖11-9軸流式CO2激光器組成示意圖1—激光束、2—冷卻水、3—反射鏡、4—聚焦透鏡、5—壓縮空氣、6—割嘴圖11-10激光割炬結構示意圖知識模塊4電解加工1、電解加工原理電解加工是利用金屬在電解液中發生陽極溶解的電化學反應原理，將金屬材料加工成形的一種方法。動畫\激光加工.flv圖11-11電解加工裝置示意圖知識模塊5超聲波加工1、超聲波加工的工作原理超聲波加工是利用超聲頻(10～25kHz)振動的工具端面沖擊工作液中的懸浮磨料，由磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現對工件加工的一種方法。

圖11—12超聲波加工的工作原理動畫\超聲波加工原理.avi2、超聲波加工的特點及應用（1）材料的去除是靠極小的磨料蝕除，因而加工效率不高。（2）能獲得較好的加工質量，一般尺寸精度可達0.05～0.01mm，表面粗糙度可達Ra0.4～0.1μm。（3）超聲波加工適宜加工各種硬脆材料，特別是電火花加工和電解加工難以加工的不導電材料和半導體材料，如玻璃、陶瓷、硅晶體、寶石、金剛石、石英等。（4）屬無屑加工，無污染。（5）在加工難切割材料時，將超聲振動與其它加工方法相結合可以取長補短，起到提高加工效率、加工精度及工件表面質量等效果。適宜超聲波加工的工件表面有各種型孔、型腔及成型表面等，還可以進行材料的切割。

動畫\電解加工.avi任務三了解3D打印技術知識模塊13D打印技術的概念和原理3D打印技術又稱“增材制造”誕生于20世紀80年代后期，源自美國研究照相雕塑和地貌成型技術，是一種與傳統材料去除加工方法相反，基于三維數字模型的，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料采用逐層制造方式將材料結合起來的工藝。目前應用較多的3D打印技術主要包：括光固化立體印刷（SLA）、熔融沉積制造（FDM）、選擇性激光燒結（SLS）和三維噴印（3DP）等。知識模塊2光固化立體印刷（SLA）

該技術以光敏樹脂為打印材料，通過計算機控制紫外激光的運動，沿著零件各分層截面對液體光敏樹脂逐點掃描，被掃描的光敏樹脂薄層產生聚合而固化，而未被掃描到的光敏樹脂仍保持液態。當一層固化完畢，工作臺移動一個層片厚度的距離，然后在上一層已經固化的樹脂表面再覆蓋一層新的液態樹脂，用以進行再一次的掃描固化。新固化的一層牢固地粘合在前一層上，如此循環往復，直到整個零件原型制造完畢。知識模塊3熔融沉積制造（FDM）該技術把絲狀的熱熔性材料（ABS樹脂、尼龍、蠟等）加熱熔化到半流體態，在計算機的控制下，根據截面輪廓信息，噴頭將半流態的材料擠壓出來，凝固后形成輪廓的薄層。一層完畢后，工作臺下降一個分層厚度的高度再成型下一層進行固化。這樣層層堆積黏結，自上而下形成一個零件的整體造型。FDM成型的零件強度好，易于裝配。知識模塊4選擇性激光燒結（SLS）預先在工作臺上鋪設塑料、蠟、陶瓷、金屬或其復合物的粉末，激光束在計算機控制下，通過掃描器以一定的速度和能量密度按層進行二維數據掃描；固化后工作臺下降一個分層厚度，再次鋪粉，開始一個新的循環，通過層層堆積獲得實體零件。該技術工藝簡單、打印材料選擇范圍廣。知識模塊5三維噴印（3DP）

是一種利用微滴噴射技術的打印技術，通過噴射黏結劑將