第三节特种加工方法零件表面是由若干个表面元素组成的。这些形状都要通过各种成形方法来完成。零件表面在由原材料或毛坯制造成为产品的过程中，按照质量M减小或增大的变化状态，可将获得方式分为：三种类型，不同类型将采用不同的工艺方法。m0，毛坯制造方法。铸造、锻造及模具成形（注塑、冲压等）工艺中，在成形前后，材料主要是发生形状变化，而质量基本不变。m＜0，切削加工方法。包括磨料磨削、特种加工等，在制造过程中通过材料逐渐被切除而获得需要的几何形状。m＞0，快速成型制造方法。在成形中通过材料累加获得所需形状，这种制造方法又称为材料累加法。的制造过程是指利用材料塑性变形的工艺来获得零件形状的方法，属无屑加工方法。包括铸造、锻造、冲压等毛坯制造方法。锻压设备包括锻造机、冲压机、挤压机和轧制机四大类。2、m＜0的制造过程制造过程是指从表面去除材料来获得零件形状的方法。包括切削加工和特种加工。切削加工是指零件在切削机床上，通过机床的传动系统，使零件与刀具按一定规律作相对运动，从而获得所需要的表面几何形状的方法。包括车、铣、钻、镗、刨、拉、磨等加工方法。在切削过程中，有力、变形、热、振动、磨损等现象发生，这些运动的综合决定了零件最终获得的几何形状及表面质量。特种加工是指利用电或化学等方法以完成零件材料的去除，从而获得所需要的表面几何形状。适合于加工超硬度、易碎等常规加工方法难加工的场合。特种加工近年来发展很快，按其加工原理可分成：电加工、超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、水射流等。2、m＜0的制造过程的制造过程是指通过材料逐渐堆积形成三维实体工艺方法。成形后与成形前相比m＞0，零件是逐渐生长出来的，称为快速成形制造（RPM）方法，又称“快速成形技术”RP,是20世纪80年代后期迅速发展起来的一种新型制造技术。3、m0的制造过程认识快速成形3、m0的制造过程集CAD/CAM、CNC、激光技术、新材料技术等先进技术于一体。CAD/CAM技术RP技术激光技术数控技术新材料技术图1-1传统加工与快速成型比较快速成形技术原理•借助计算机辅助设计取得原型或零件几何形状，以此建立数字化模型，•通过软件分层离散得到平面；利用计算机控制的机电集成制造系统，用激光束或其他方法将材料逐点、逐面地进行“三维堆积”成形；再经过后处理,使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求,达到快速、准确地制造原型或零件。图1-2快速成型过程喷粘结剂喷粘结剂喷热熔材料喷热熔材料三维产品（样品/模具）三维产品（样品/模具）表面处理表面处理构造三维模型构造三维模型模型近似处理模型近似处理切片处理切片处理激光激光喷射源喷射源固化树脂固化树脂切割箔材切割箔材烧结粉末烧结粉末依据计算机上构成的产品三维设计模型，对其进行分层切片，得到各层截面的轮廓。按照这些轮廓，激光束选择性地切割一层层的箔材（或固化一层层的液态树脂，或烧结一层层的粉末材料），或喷射源选择性地喷射一层层的粘结剂或热熔材料等，形成一个个薄层，并逐步迭加成三维实体。叶轮盘快速原形制作流程图构造三维模型模型近似处理成型方向选择切片处理前处理分层叠加成形后处理光固化原型－SLA叠层实体制造－LOM选择性激光烧结－SLS熔融沉积制造--FDM工件剥离或去支撑等强硬化处理表面处理典型快速成形系统典型的快速成型系统——光固化快速成型SLA液槽中盛满液态光固化树脂，激光束在偏转镜作用下，能在液态表面上扫描，扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制，光点打到的地方，液体就固化。图1-3光固化快速成型原理光固化快速成型典型的快速成型系统——光固化快速成型SLA典型的快速成型系统——叠层实体成型LOM图1-4叠层实体成型原理工艺原理：将单面涂有热溶胶的薄材通过加热辊加热粘接在一起；位于上方的激光切割器按照CAD分层模型所获数据，通过CO激光束在计算机控制下根据零件分层几何信息，将薄材切割出零件截面轮廓和工件外框，并在截面轮廓与外框之间多余的区域内切割出上下对齐的网叠层实体制造（LOM）图1-4叠层实体成型原理当本层完成后，再铺上一层薄材，用热压辊碾压并加热，以固化黏结剂使新铺上的一层牢固地粘接在已成形体上，再切割该层的轮廓，如此反复逐层切割、粘合、切割……直到加工完毕，最后去除切碎部分以得到完整的零件。典型的快速成型系统——叠层实体成型LOM典型的快速成型系统——叠层实体成型LOM典型的快速成型系统——选择激光烧结（SLS）图1-5SLS成型原理工艺原理：采用铺粉辊将一层粉末材料平铺在已成型零件的上表面，并加热至恰好低于该粉末烧结点的某一温度，控制系统控制激光束按照该层的截面轮廓在粉层上扫描，使粉末的温度升至熔化点，进行烧结并与下面已成型的部分实现粘接。典型的快速成型系统——选择激光烧结（SLS）图1-5SLS成型原理当一层截面烧结完后，工作台下降一个层的厚度，铺料辊又在上面铺上一层均匀密实的粉末，进行新一层截面的烧结，直至完成整个模型典型的快速成型系统——选择激光烧结（SLS）选择性激光烧结（SLS）采用机械加工方法获得零件的形状，是通过机床利用刀具将毛坯上多余的材料切除来获得的。根据机床运动的不同和刀具的不同，可分为不同的加工方法。刀具切削加工的方式有：车削加工；铣削加工；钻削加工；镗削加工；刨削加工；拉削加工；齿轮加工；螺纹加工等。磨料切削加工的方式有：磨削加工；珩磨加工；研磨加工；超精加工等。零件的加工方法2.1车削加工2.2铣削加工2.3刨、插、拉削加工2.4钻削加工2.5镗削加工2.6齿轮齿面的加工2.7复杂曲面加工2.8磨削加工车削方法的是工件旋转，形成主切削运动，车削时通过刀具相对工件实现不同的进给运动，可以获得不同的工件形状.加工后形成的工件表面主要是回转表面、螺纹面、端平面及偏心轴等。车削加工精度一般为IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。精车时，可达IT6～IT5，表面粗糙度可达Ra0.4～0.1μ特点有：工艺范围广、加工精度范围大、生产率高、可实现超精密加工、生产成本较低。2.1车削加工图1-6卧式车床的典型加工图1-5a车床所加工零件图1-5b车床所加工零件图1-5c车床所加工零件图1-5d车床所加工零件车圆柱面车圆锥面车成形面车螺纹攻螺纹滚压螺纹螺纹加工铣削的主切削运动是刀具的旋转运动，铣削刀具一般为多刃刀具。普通铣削一般只能加工平面、沟槽，用成形铣刀可加工固定的曲面；用数控铣可铣出复杂曲面。（图1-6ab周铣法，平面是由铣刀的外圆面上的刃形成（图1-7a）。端铣法，平面是由铣刀的端面刃形成（称为图1-7b）。2.2铣削加工图1-6a铣削加工图1-6b铣削加工图1-7铣削方式生产率较高多齿工作，旋转运动利于高速铣削。 容易产生振动由于多齿的切入、切出，形成冲击，切削过程不稳定， 易产生振动。 刀齿散热条件较好多齿工作，每个齿间隙时间，可以得到一定冷却，散热 条件较好。 切入、切出冲击限制表面质量的提高，也加剧了刀具的磨损和破损，往往导致硬质合金刀片的碎裂。 铣削方式铣削方式是指铣削时铣刀相对于工件的运动和位置关 系。不同的铣削方式对刀具寿命、cq9电子游戏在线官网工件的加工表面粗糙度、 铣削过程的平稳性及切削加工的生产率等都有很大的影响。 周铣法按照铣削时主运动速度方向与工件进给方向的相同或相反 分为：逆铣和顺铣。 逆铣：铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相反。 顺铣：铣刀旋转切入工件的方向与工件的进给方向相同。 图1-8 （1）对称铣削刀齿切入工件与切出工件的 切削厚度a 相同者称为对称铣削。（2）不对称铣削 刀齿切入时的切削厚度小于 或大于切出时的切削厚度者称为 不对称铣削。 （a）对称铣削 （b）和（c）不对称铣削 图1-9 端面铣削方式 2.3 刨、插、拉削加工 刨削时的主运动和进给运动均为直线运动,用于 加工各种平面和沟槽。 刨削比铣削平稳，加工精度一般可达IT8～IT7， 表面粗糙度为Ra6.3～1.6μ m,精刨Ra0.8～0.4μ 刨削速度不可能太高，故生产率较低。刨削加工 刨削加工 图1-10 刨削加工 插削加工 插削主要用于加工工件的内表面，如键槽、内 孔等，相当于立式刨削。 拉削可使加工表面一次切削成形。机床运动简单， 切削速度低，效率高，刀具成本高，适用于大批量生 产。拉床可分为卧式和立式，内拉和外拉等。 拉削加工 在钻床上，用旋转的钻头钻削孔是孔加工最常用 的方法，钻头的旋转运动为主切削运动。 钻削的加工精度较低，一般只能达到IT10，表面 粗糙度一般为Ra12.5～6.3μ m。精度高、表面质量要 求高的小孔，在钻削后常常采用扩孔和铰孔来进行半 精加工和精加工。 在单件、小批生产中，中小型工件上较大的孔 （D＜50mm）常用立式钻床加工；大中型工件上的孔， 用摇臂钻床加工。 2.4 钻削加工 钻削加工 钻孔 扩孔 多孔的同时加工镗孔是是镗刀随镗杆一起转动，形成主切削运 动，而工件不动。 镗孔加工精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度为 Ra6.3～0.8μ 数控钻床、数控镗床主要是实现孔轴线的位置控制，因此只要控制刀具移到孔中心的坐标上即可即 实现点位控制。 在镗床上镗孔时，镗刀基本与车刀相同，不同 之处是工件不动，镗刀在旋转。 镗孔可以较正孔的位置。 2.5 镗削加工 图1-11 镗床加工 齿轮齿面加工方法分为两类：成形法和展成法。 成形法加工齿轮齿面，刀刃的形状应与被加工齿轮的齿槽的横截面形状相同。这类刀具有盘状和指状铣 刀（图1-12）。 展成法加工齿轮齿面，要求刀具与工件之间模拟一对齿轮的啮合，用刀齿的运动轨迹包络出工件的齿形。 这类刀具有滚刀、插齿刀、剃齿刀等（图1-13）。 2.6 齿轮齿面的加工 图1-12 成形法加工齿面 盘形齿轮铣刀 指形齿轮铣刀 滚齿加工:在滚齿机上用齿轮滚刀加工齿面。其过 程相当于一对螺旋齿轮啮合的过程。 图1-13 展成法加工齿面 主运动—滚刀旋转运动； 进给运动—滚刀沿齿坯轴向运动。 定速比转动；成形法加工齿轮 展成法加工齿轮 加工齿轮2.7 复杂曲面加工 三维曲面加工，主要采用仿形铣和数控铣或特 种加工方法。 仿形铣必须有原型作为靠模。加工中球头仿形 头以一定压力接触原型曲面。仿形头的运动变换为 电感量，加工放大控制铣床三个轴的运动，形成刀 头沿曲面运动的轨迹。铣刀多采用与仿形头等半径 的球头铣刀。 2.7 复杂曲面加工 数控技术的出现为曲面加工提供了更有效的方 法。在数控铣床或加工中心上加工时，曲面是通过 球头铣刀逐点按曲面坐标值加工而成。 在编制数控程序时，要考虑刀具半径补偿，因 为数控系统控制的是球头铣刀球心位置轨迹，而成 形面是球头铣刀切削刃运动的包络面。 加工中心加工复杂曲面的优点： 加工中心上有刀库，配备几十把刀具。 可在一次安装中加工各种辅助表面，如孔、螺 纹、槽等。这样充分保证了各表面的相对位置精度。 加工中心具有刀库 复杂曲面加工 磨削加工既能作为精加工、超精加工，也能作 为粗加工。 能加工普通材、超硬材料。磨削分为外圆磨、 内孔磨、平磨等。分别用于外圆柱面、圆锥面、平 面、螺旋面、齿面等各种成形表面的加工。适用于 磨削加工的主运动是砂轮的旋转运动。磨削加工所用的刀具以砂轮和砂带为主。 磨削加工经济精度：IT4~IT6级，表面粗糙： Ra0.01~1.25 2.8 磨削加工 砂轮可看成是一把具有 无数微小刀刃所构成的铣刀。 其磨削过程实际上是磨粒对 工件表面的切削、刻削和滑 擦三种作用的综合效应。 2.8 磨削加工 图1-14 磨削加工 纵磨法磨削外圆柱面 纵磨法磨削小锥度长圆锥面