机械制造工艺学常同立第2版课件全集下.ppt

机械制造工艺学,常同立等编著,第2版,下集,教学要求,掌握机械加工表面质量的影响因素；熟悉机械加工工艺系统的振动及其对表面质量的影响；掌握控制机械加工表面质量的途径,以车削或刨削加工零件表面为例。 切削残留面积的高度与下列因素有关刀尖圆弧半径 re 主偏角 Kr 副偏角 Kr 进给量 f 刀刃本身的粗糙度等因素有关。,切削深度较大且刀尖圆弧半径很小时，或者采用尖刀刃具切削时，残留面积的高度为,圆弧刀刃切削加工时，残留面积的高度与刀尖圆弧半径re和进给量f有关，如图所示的几何关系可近似为,减小进给量、增大刀尖圆弧半径、减小主偏角或副偏角都会使表面粗糙度得到改善，但以进给量和刀尖圆弧半径的影响最为明显。实际加工表面的粗糙度总是大于上面两个残留面积高度公式的理论计算值，只有切削脆性材料或高度切削塑性材料时，计算结果才比较接近实际。,影响磨削加工表面粗糙度的因素,砂轮粒度,工件材料性质,砂轮修正,磨削用量,砂轮硬度,影响磨削加工表面粗糙度的因素,表面物理力学性能,影响金相组织变化因素,影响显微硬度因素,影响残余应力因素,影响表面层物理力学性能的主要因素,刀具几何形状的影响,切削刃 r、前角、后面磨损量VB 表层金属的塑变加剧冷硬,切削用量的影响,切削速度v塑变冷硬 f切削力塑变冷硬,工件材料性能的影响,材料塑性冷硬,影响表面层加工硬化的因素,淬火烧伤,回火烧伤,退火烧伤,磨削时工件表面温度超过相变临界温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。在冷却液作用下，工件最外层金属会出现二次淬火马氏体组织。其硬度比原来的回火马氏体高，但很薄，其下为硬度较低的回火索氏体和屈氏体。由于二次淬火层极薄，表面层总的硬度是降低的，这种现象称为淬火烧伤。,磨削时，如果工件表面层温度只是超过原来的回火温度，则表层原来的回火马氏体组织将产生回火现象而转变为硬度较低的回火组织（索氏体或屈氏体），这种现象称为回火烧伤。,磨削时，当工件表面层温度超过相变临界温度Ac3时，则马氏体转变为奥氏体。若此时无冷却液，表层金属空冷冷却比较缓慢而形成退火组织。硬度和强度均大幅度下降。这种现象称为退火烧伤。,磨削烧伤的三种形式,目前通用的冷却方法较差，由于砂轮的高速旋转，圆周方向产生强大气流，使得磨削液很难直接送入磨削区，冷却效果很差。而内冷却是一种较为有效的方法，如图所示。,内冷却工作原理是将严格过滤后的冷却液通过中空主轴法兰套引入砂轮的中心腔内，在离心力的作用下冷却液会通过砂轮内部的孔隙向砂轮四周的边缘洒出，冷却液就有可能直接注入磨削区。内冷却装置会产生大量水雾，影响加工条件，而且磨削冷却液必须严格过滤，要求杂质不超过0.02%，以防止堵塞砂轮内部孔隙。所以，其应用不广。,实际中多采用开槽砂轮，即在砂轮的圆周上开一些横槽，开槽砂轮的形状如图所示，这就能使砂轮将冷却液带入磨削区；同时，开槽可使砂轮间断磨削，工件受热时间缩短，金相组织来不及转变，开槽砂轮还能起到风冷作用，改善散热条件。因此，开槽砂轮可有效地防止烧伤现象产生。开槽的形状主要有两种形式：均匀等距开槽和变距开槽。,磨削用量,砂轮与工件材料,改善冷却条件,1）砂轮转速 磨削烧伤2）径向进给量fp 磨削烧伤3）轴向进给量fa磨削烧伤4）工件速度vw磨削烧伤,1)磨削时，砂轮表面上磨粒的切削刃口锋利磨削力磨削区的温度2)磨削导热性差的材料(耐热钢、轴承钢、不锈钢)磨削烧伤3)应合理选择砂轮的硬度、结合剂和组织磨削烧伤,采用内冷却法 磨削烧伤 图,采用开槽砂轮,间断磨削受热磨削烧伤 图,影响磨削烧伤的因素及改善途径,机械加工振动,自激振动,自由振动,强迫振动,当系统受到初始干扰力激励破坏了其平衡状态后，系统仅靠弹性恢复力来维持的振动称为自由振动。由于总存在阻尼，自由振动将逐渐衰减。(占5%),系统在周期性激振力(干扰力)持续作用下产生的振动，称为强迫振动。强迫振动的稳态过程是谐振动，只要有激振力存在振动系统就不会被阻尼衰减掉。(占35%),在没有周期性干扰力作用的情况下，由振动系统本身产生的交变力所激发和维持的振动，称为自激振动。切削过程中产生的自激振动也称为颤振。(占65%),机械加工中振动的种类及其主要特点,单自由度系统是最简单的振动系统。下面以图a内圆磨削加工为例，讨论单自由度受迫振动情况。磨削加工过程中磨头受周期性变化的干扰力作用会产生振动。当工件的刚度远大于磨头系统的刚度时，可简化为如图 b所示质量弹簧阻尼的单自由度系统。磨头系统的等效质量是m，等效弹簧刚度为K，等效黏性阻尼系数为c。 将作用在磨头与工件之间的激振力取定为简谐激振力， Fsint简谐激振力的幅值 F,角频率,系统的运动方程式为,两边分别除以m，则有,二阶常系数线性非齐次微分方程式的解为,上式的第一项(齐次方程的通解)表示为有阻尼的、逐渐衰减的自由振动过程，如图a所示；第二项(非齐次方程的特解)表示由激振力引起的频率等于激振力频率的受迫振动，如图b所示。这两部分振动的叠加为振动的响应，如图c所示。,动态放大系数的概念。动态放大系数V定义为受迫振动的振动幅值与系统静位移的比值，,静位移A0反映了激振力的影响，说明振动幅值与激振力幅值成正比。频率比对振动的影响比较复杂，可用动态放大系数与频率特性曲线表示，如图所示。,（1）0时，激振力频率极低，相当于激振力作为静载荷作用系统上，从而使系统产生的位移等于静位移，V1。0 0.7为静力区。（2） 接近或等于1时，振幅急剧增加，这种现象称为共振。 0.7 1.3称为共振区。工程上常把系统的固有频率作为共振频率，而把固有频率前后20%30%的区域作为禁区，避免产生共振。（3） 1 时，V 0 ，振幅迅速下降，甚至消失。这表明振动系统的惯性跟不上快速变化的激振力。 1.3称为惯性区。,图也反映了阻尼比对振动的影响。在共振区域增加阻尼比对抑制振动的效果较为明显，而其它区域阻尼比对振动的影响作用不大。当时，阻尼几乎不起作用。,（1）激振频率= 0时，系统受到静载荷作用，动刚度等于静刚度；（2） 0时，系统将发生共振，此时系统动刚度值最小；（4）相同频率比的条件下，随着阻尼比的增大，系统的动刚度增大；（3）=0，且= 0时，系统动刚度，失去物理意义。显然，系统的动刚度越大或系统阻尼比越大，表明产生一定振幅或动态位移的激振力越大，即振动激励能量要求越大，说明系统的抗振能力强。提高工艺系统的动态刚度和阻尼比，能够提高工艺系统的动态特性。,自激振动的产生机理非常复杂，针对某些特定问题，许多学者提出了一些解释自激振动的学说，比较公认的理论有再生颤振机理、负摩擦机理及振型耦合机理等。这些学说都是从振动维持的能量补偿来源及规律这一最基本、最必要的物理条件进行分析和研究的。,(1) 再生颤振机理 切削加工过程中，多数情况下刀具总是完全重复或部分重复地切削已加工的表面。,2. 自激振动的产生机理,再生颤振机理假定切削过程在某一时刻受到瞬时的偶然性扰动，则刀具和工件会发生相对振动，并在加工表面留下振纹，见图b。当再次切削残留振纹的表面时，切削厚度将发生波动，见图c，从而引起切削力的周期性变化。如果动态变化的切削力在一定条件下是促进和维持振动的，这种切削力和振纹相互作用引起的自激振动将进一步发展为颤振，称为再生颤振，见图d。,综上所述，加工系统产生自激振动的基本条件为W振出W振入，即在力与位移的关系曲线中，振出过程曲线的包络范围要大于振入过程曲线的包络范围。例如图中，对于振动运动轨迹上任一点而言，振动系统在振出阶段通过该点的力F振出(yi)应大于振入阶段通过同一位置的力F振入(yi) ，因而自激振动的条件也可描述为F振出(yi)F振入(yi) 。,2) 自激振动机理的分析根据自激振动的产生条件，可以分析工艺系统是否能够产生和维持自激振动。以切削加工出现的再生性颤振为例，本次(转)切削产生的振纹与前次(转)的振纹基本上是不可能完全同步的，两者之间存在一定的相位差。,定义前次切削残留的振纹与本次切削的振纹间的相位差为，且两次切削的产生的振动幅值相等，则前次切削和本次切削的振动方程分别为,瞬时切削厚度a(t)和切削力F(t)的表达式为,2) 滚压加工滚压加工是利用经过淬硬和精细研磨过的滚轮或滚珠，在常温状态下对金属表面进行挤压，将工件表层的原有凸起的部分向下压，凹下部分往上挤，使其产生塑性变形，逐渐将前工序留下的波峰压平，从而修正工件表面的微观几何形状。同时使工件表面金属组织细化，形成残余压应力。典型滚压加工示意图如图所示。,消除和减弱自激振动产生的条件措施如下。（1）调整振动系统小刚度主轴的位置 合理配置小刚度主轴的位置，使小刚度主轴位于切削力和加工表面法线方向的夹角范围之外，可抑制振型耦合型自激振动的发生。如图5.15所示，不同的尾座结构其小刚度主轴位置不同。配置小刚度主轴的位置可通过调整主轴系统、进给系统的间隙，改进机床的结构或合理安排刀具和工件的相对位置等。,（2）增加工艺系统阻尼 在共振区及其附件区域，阻尼对振动的影响十分显著。工艺系统的阻尼主要来自零部件材料的内阻尼、结合面上的摩擦阻尼以及其它附加阻尼。增大工艺系统的阻尼，可选用内阻尼比较大的材料制造加工设备或零件，如铸铁内阻尼比钢大，所以多用于机床的床身、立柱等大型支承件。此外，还可把高阻尼的材料附加到零件上，提高抗振性，如图5.16所示。机床阻尼大多来自零部件结合面间的摩擦阻尼，有时可占到总阻尼的80%。所以对于机床的活动结合面，要注意间隙调整，必要时施加预紧力以增大摩擦；而对于固定结合面，可选用合理的加工方法、表面粗糙度等级、结合面上的比压以及固定方式等来增加摩擦阻尼。,（2）动力式减振器 动力式减震器的工作原理是利用附加质量的动力作用，使其作用在主振系统上的力或力矩与激振力的力矩相抵消。一般镗床上采用动力式阻尼器消除镗杆的振动，如图所示。,（3）冲击式减振器 冲击式减振器由一个与振动系统刚性连接的壳体和一个在壳体内自由冲击的质量块所组成，当系统振动时，自由质量块反复冲击壳体，以消耗振动能量，达到减振的目的。如图所示。冲击式减振器虽然具有因碰撞产生噪声的缺点，但其结构简单、质量轻、体积小，在较大的频率范围内部都适用，所以应用较广。,第7章 机器装配工艺设计,7.1 机器装配与装配精度7.2 装配的组织形式及生产纲领7.3 装配尺寸链7.4 保证装配精度的装配方法7.5 装配工艺规程的制定,书配套课件，tonglichang126,教学要求,掌握装配的基本概念与装配精度；掌握装配的组织形式及其工艺特点；掌握装配尺寸链分析与计算；掌握保证装配精度的方法；掌握装配工艺规程设计要点。,7.1.1机器装配概念,任何机器都是由许多零件装配而成的，零件是机器的最小制造单元。机器装配是按照机器的技术要求，将零件进行配合和连接，使之成为机器的工艺过程。机器装配是整个机器制造过程中的最后阶段。机器装配包括装配、调整、检验和试验等工作。为了有效地组织装配工作进行，一般将机器划分为若干可以独立开展装配工作的部分，称之为装配单元。机器装配单元主要有合件、组件、部件和机器等。合件是由若干零件固定连接(铆或焊)而成，或连接后再经加工而成，如装配式齿轮，发动机连杆小头孔压入衬套后再镗孔。合件也被称为套件。,组件是指一个或几个合件与零件的组合，没有显著完整的作用.如主轴箱中轴与其上的齿轮、套、垫片、链和轴承的组合体。,部件是若干组件、合件及零件的组合体，部件在机器中具有完整的功能与用途。例如汽车的发动机、变速箱;车床主轴箱和溜板箱等。,7.1.2装配系统图与装配工艺系统图,常用装配单元系统图来清晰表示装配顺序。装配单元系统图的绘制方法如下：用一个长方格表示一个零件或装配单元。即用该长方格可以表示参加装配的零件、合件、组件、部件和机器。在该方格内，上方注明零件或装配单元名称，左下方填写零件或装配单元的编号，右下方填写零件或装配单元的件数，如图所示。,零件,部件,装配单元系统图绘制方法与步骤如入：首先，画一条较粗的横线横线右端指向装配单元的长方格，横线左端为基准件的长方格。其次，按装配先后顺序，从左向右依次将装入基准件的零件、合件、组件和部件引入。表示零件的长方格画在横线上方；表示合件、组件和部件的长方格画在横线下方。合件装配系统图,组件装配系统图,部件装配系统图,机器装配系统图,比较简单的产品也可把所有装配单元的装配系统图画在机器装配系统图中，称之为装配单元系统合成图。,在装配单元系统图上加注所需的工艺说明内容，如焊接、配钻、配刮、冷压、热压和检验等，就形成装配工艺系统图，如图所示。 装配工艺系统图比较清楚而全面地反应了装配单元的划分、装配顺序和装配工艺方法。它是装配工艺规程制定中的主要文件之一，也是划分装配工序的依据。,如果机器的装配精度是由一个零件的精度来控制与保证，则称这种情况是“单件自保”。受相应零件精度（特别是关键零件精度）的影响，如车床尾座移动相对溜板移动的平行度要求，主要取决于溜板用导轨与尾座用导轨之间的平行度，如图所示。,2.生产纲领及其工艺特点生产纲领决定了产品的生产类型。不同的生产类型致使机器装配的组织形式、装配方法、工艺过程的划分、设备及工艺装备专业化或通用化水平、手工操作工作量的比例、对工人技术水平的要求和工艺文件格式等均有不同。各种生产类型的装配工艺特征如下表所示。,2. 查找组成环装配尺寸链的组成环是对装配精度发生直接影响的那些零、部件的尺寸。在查找装配尺寸链组成环时，遵循最短路线原则。最短路线原则要求每个装配相关的零、部件只应有一个尺寸作为组成环列入装配尺寸链，即将连接两个装配基准面间的位置尺寸直接标注在零件图上。这样，组成环的数目就等于有关零、部件的数目，即“一件一环”，此时装配尺寸链环数最少。链轮装配尺寸链中，组成环为A1、A2、A3、A4和A5。,7.3.2装配尺寸链的建立,依据机器装配精度要求，准确地从机械部件图或总装图中找出相应的装配尺寸关系并建立装配尺寸链是解算装配尺寸链的关键。例如链轮装配图结构见图，装配精度要求控制轴向装配间隙A0。与轴向装配间隙A0直接相关的零件尺寸有A1、A2、A3、A4和A5。下面结合实例说明建立装配尺寸链的步骤。1. 确定封闭环装配尺寸链的封闭环是有关零、部件装配后形成的，具有装配精度要求或装配技术要求的尺寸，一般为某一个配合间隙量或配合过盈量。链轮装配尺寸链中，封闭环为A0。,3. 画尺寸链图并确定组成环的性质根据封闭环和找到的组成环画出尺寸链图，并根据尺寸链理论可以确定增减环（见第一章）。建立链轮装配尺寸链图见图，其中A2是增环，A1、A3、A4和A5是减环。,假设装配尺寸链由n个组成环和一个装配环组成。对称公差法计算公式如下：,封闭环的基本尺寸,式中 为封闭环的基本尺寸； 为第i个组成环基本尺寸。,例7.1图示链轮装配，装配技术要求链轮轴向间隙A0应在0.050.45mm之间。已知：A1=2.5，A2=52，A3=4.5，A4=40，Ak=5。试用极值法确定装配尺寸关系中各组成的设计尺寸。,(7) 整理计算结果见表,概率法的计算以一定置信水平P(%)为依据。置信水平表示了装配后合格品所占的百分比，1-P表示了超差品的百分数。相对分布系数K0与置信水平的关系见表。,例7.2 图示链轮装配，装配技术要求链轮轴向间隙A0应在0.050.45mm之间。已知：A1=2.5，A2=52，A3=4.5，A4=40，Ak=5。各加工尺寸符合正态分布。试用概率法确定装配尺寸关系中各组成的设计尺寸。问题分析：从装配精度看，例7.2链轮轴向间隙A0应在0.050.45mm之间，装配精度与例7.1相同。极值法计算结果看补偿环公差较小，补偿环加工精度要求较高。概率法计算结果可用于对比分析：在同等装配精度要求下，概率法设计组成环尺寸能否降低对组成环加工精度要求，显示出概率法的特点。,(7) 整理计算结果见表,例7.3：发动机活塞销孔与活塞销的结构如图所示，冷态装配要求活塞销孔与活塞销过盈量是0.00250.0075mm。试用分组装配法设计活塞销孔和活塞销的相关加工尺寸。问题分析：从装配精度看，冷态装配要求活塞销孔与活塞销过盈量是0.00250.0075mm，装配精度要求很高。尽管装配涉及零件少，采用互换法计算组成环公差小，零件加工精度要求很高。,解：1) 采用完全互换法装配，则可以设计活塞销孔，活塞销直径。可以验证它们配合的过盈量符合要求。但是按照完全互换法设计的活塞和活塞销的相当于IT2。机械加工较为困难。2) 在实际生产中，分组装配法将活塞销孔和活塞销采用相同的制造公差等级，也即公差带宽相同。在相同方向上同时放大四倍，并将零件按照放大后的公差进行加工制造。通过测量零件实际尺寸，按照表7.5给出的设计尺寸分为四组，零件分组公差带图示见下图。为了生产操作方便，将分组后零件用颜色标识。同种颜色零件进行装配，具有完全互换性。,(3) 为保证对应组内相配件的数量要配套，相配零件的尺寸分布应相同；否则，将产生剩余零件。如图所示。为解决积压剩余件问题，生产中常常专门生产一些与剩余件配套的零件。,例如右图表示了铣床矩形导轨的装配结构。压板是修配件。装配精度要求是控制装配间隙。分析，可知：修磨A面可以使装配间隙减小，这是“越修越小”的情况。修磨B面可以使装配间隙增大，这是“越修越大”的情况。,在“越修越小”情况下 封闭环公差带要求值和实际公差带的相对关系见图。 为保证修配量足够和最小，放大组成环公差后实际封闭环的公差带和设计要求封闭环的公差带之间的相对关系应满足A0Dmin=A0min 。 若己经A0Dmax A0max，那么修配补偿环A0Dmax后会更小，不能满足设计要求。T0为设计要求封闭环的公差A0max为设计要求最大极限尺寸A0min为设计要求最小极限尺寸T0D表示放大组成环后封闭环的公差A0Dmax放大组成环后最大极限尺寸A0Dmin放大组成环后最小极限尺寸Fmax表示最大修配量,在“越修越大”情况下 封闭环公差带要求值和实际公差带的相对关系见图。 为保证修配量足够和最小，放大组成环公差后实际封闭环的公差带和设计要求封闭环的公差带之间的相对关系应满足A0Dmax=A0max 。 若己经A0Dmin A0min，那么修配补偿环A0Dmin后会更大，不能满足设计要求。T0为设计要求封闭环的公差A0max为设计要求最大极限尺寸A0min为设计要求最小极限尺寸T0D表示放大组成环后封闭环的公差A0Dmax放大组成环后最大极限尺寸A0Dmin放大组成环后最小极限尺寸Fmax表示最大修配量,例7.4图示链轮装配，装配技术要求链轮轴向间隙A0应在0.050.20mm之间。已知：A1=2.5，A2=52，A3=4.5，A4=40，Ak=5。试用修配法确定装配尺寸关系中各组成环的设计尺寸。问题分析：从装配精度看，例7.4链轮轴向间隙A0要求控制在0.050.20mm之间。装配精度高于例7.1和例7.2，根据极值法和概率法计算过程与结果看，采用互换法无法实现装配精度要求。,由于这是一例“越修越大”情况，配置修配量要求 。因此，需要对初步拟定的 mm进行修正。 是减环，确定补偿环尺寸 mm。 (10)整理计算结果见下表。,3. 固定调整法应用实例例7.5 如图所示链轮装配，装配精度要求链轮轴向间隙A0应在0.050.20mm之间。已知：A1=2.5，A2=52，A3=4.5，A4=40，Ak=5。试用调整法确定装配尺寸关系中各组成环的设计尺寸。问题分析：从装配精度看，例7.5与例7.4相同，链轮轴向间隙A0要求控制在0.050.20mm之间。装配精度高于例7.1和例7.2，根据极值法和概率法计算过程与结果看，采用互换法无法实现装配精度要求。装配精度与例7.4相同，但是修配法不适合生产线采用，因此考虑其它装配方法。,则 mm， mm， mm， mm。 (10) 整理计算结果见下表。,5其它调整装配法简介1) 可动调整装配法采用调整的方法改变补偿环的位置，使封闭环达到其公差与极限偏差要求的方法，称为可动调整装配法。简称可动调整法。常用的补偿环有螺栓、斜面、挡环或孔轴连接中的间隙等。例如，如图所示齿轮箱中，用调节螺钉调整轴承安装位置精度，再用锁紧螺母锁紧。该装置用螺栓旋入程度来改变压盖的位置，补偿装配中零件误差累计。,7.5 装配工艺规程设计,装配工艺规程是指导装配生产的主要技术文件，制定装配工艺规程是一项重要工作。装配工艺规程作用保证装配质量；提高装配生产效率；缩短装配周期；减轻装配工人的劳动强度；缩小装配占地面积和降低成本等都有重要的影响。,第8章 先进制造技术及模式,8.1 非常规加工方法8.2 增材制造技术8.3 成组技术8.4 计算机辅助工艺过程设计8.5 计算机辅助机床夹具设计8.6 先进制造模式8.7 基于模型的机械制造工艺（面向工业4.0）,书配套课件，tonglichang126,1. 电火花加工的工作原理 电火花加工原理见图，加工工具电极和被加工工件都放入绝缘液体（一般使用煤油）中，在电极和工件之间加上直流100V左右的电压。因为电极和工件的表面不可能是完全平滑的，电极间不可能是完全等间距的，所以当两者逐渐接近，间隙变小时，在电极和工件表面的某些点上，电场强度急剧增大，引起绝缘液体的局部电离，于是电极和工件间隙的局部发生火花放电。放电时的火花温度高达5000，在火花放电发生的微小区域（称为放电点）内，致使工件材料被熔化和气化。,2. 电火花加工脉冲电源 电火花加工的脉冲电源有多种原理型式。目前，常用晶体管放电回路作为脉冲电源，如图所示。晶体管的基极电流可由脉冲发生器的信号控制，使电源回路产生开、关两种状态。脉冲发生器由控制电路和振荡电路组成。由于脉冲的开、关周期与放电间隙的状态无关，可以独立地调整脉冲的开、关周期，所以晶体管放电回路脉冲电源常被称为独立脉冲电源。,在晶体管放电回路脉冲电源中，由于开关电路可以强制断开电流，放电消失以后容易恢复电极间隙的绝缘。可以增大脉冲宽度（放电持续时间）和减小放电停止时间。因此，使用晶体管放电回路脉冲电源，可以缩短放电间隔，提高加工效率。此外，由于放电电流的峰值、脉冲宽度可由改变多谐振荡器输出的波形来控制，所以晶体管放电回路脉冲电源能够在很宽的范围内选择加工条件。,电火花加工,电火花加工产品实例,3) 电火花线切割加工右图是电火花线切割加工原理图，电火花线切割用细金属丝（通常直径为 0.050.25mm ）作为工具电极，利用电火花放电腐蚀切割工件。工具电极丝相对与工件之间具有走丝运动，以使加工精度等不受电极损耗等影响。在加工指令控制下，数控工作台在 X、Y 两方向作进给运动，电火花线切割加工利用数控工作台进给运动的合成运动完成零件形状的加工。电火花线切割加工主要用于加工各种冲模、电火花成型加工用电极、电机定子铁心等零件。,电解加工整体叶轮,1) 工作原理电子束加工原理如图所示。电子束加工是在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，带负电荷的电子束高速飞向阳极，途中经加速极加速，并通过电磁透镜聚焦，使能量密度非常集中，可以把一千瓦或更高的功率集中到直径为 510m 的斑点上，获得高达 109 w/cm2 左右的功率密度。如此高的功率密度，可使任何材料被冲击部分的温度，,在百万分之一秒时间内升高到摄氏几千度以上，热量还来不及向周围扩散，就已把局部材料瞬时熔化、气化直到蒸发去除。随着孔不断变深，电子束照射点亦越深入。由于孔的内侧壁对电子束产生壁聚焦，所以加工点可能到达很深的深度，从而可打出很细很深的微孔。,1) 工作原理离子束加工与电子束加工类似，其原理如图所示。离子束加工是在真空条件下，采用离子源将Ar、Kr、Xe等惰性气体电离产生离子束，并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除材料加工。,离子束加工与电子束加工不同的是离子的质量比电子的质量大成千上万倍，例如最小的氢离子，其质量是电子质量的1840倍，氖离子的质量是电子质量的7.2万倍。由于离子的质量大，故在同样的速度下，离子束比电子束具有更大的能量。电子束加工中高速电子撞击工件材料时，因电子质量小速度大，动能几乎全部转化为热能，使工件材料局部熔化、气化，通过热效应进行加工。而离子束加工中离子本身质量较大，速度较低，撞击工件材料时，将引起变形、分离、破坏等机械作用。离子束加工依靠微观机械撞击能量、而不依靠机械能转变成热能进行加工。,3) 应用领域离子束加工主要有离子刻蚀、离子溅射沉积、离子镀、离子注入四个方面。(1) 离子刻蚀当所带能量为0.15keV、直径为十分之几纳米的氩离子轰击工件表面时，此高能离子所传递的能量超过工件表面原子（或分子）间键合力时，材料表面的原子（或分子）被逐个溅射出来，以达到加工目的。离子刻蚀加工本质上属于一种原子尺度的切削加工，通常又称为离子铣削。离子束刻蚀可用于加工空气轴承的沟槽、打孔、加工极薄材料及超高精度非球面透镜，还可用于刻蚀集成电路等的高精度图形。,(2) 离子溅射沉积采用能量为0.15keV的氩离子轰击某种材料制成的靶材，将靶材原子击出并令其沉积到靶材附近的工件表面上，在其上形成一层薄膜。实际上，离子溅射沉积是一种镀膜工艺。,(3) 离子镀将能量为0.55千电子伏的氩离子分成两束，同时轰击靶材和工件表面，以增强膜材与工件基材之间的结合力。,(4) 离子注入用能量为5500千电子伏的所需元素的离子束轰击工件表面而注入工件表层，含量可达1040，注入深度可达1mm，以改变工件表层性能。,8.1.4 超声波加工,超声加工(Ultrasonic Machining, USM)，也称超声波加工，是利用工具端面作超声频振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨实现加工。 超声波加工是一种常见的加工形式，在农业、国防、医疗等方面的应用十分广泛。不仅应用在半导体硅片、锗片的加工，还可以用于清洗、探伤和焊接等工作。,1工作原理 超声波加工原理图见图。超声波发生器将工频交流电能，转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动。换能器产生超声机械振动的振幅一般较小，需要通过变幅杆使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.010.15mm。利用工具端面的超声（1625kHz）振动，使工作液（普通水）中的悬浮磨粒（碳化硅、氧化铝、碳化硼或金刚石粉）对工件表面产生撞击抛磨，实现加工。,图7-9 激光加工示意图,快速成型机床及快速成型件,1) 工艺原理右图的储液槽中盛满液态光敏树脂，激光经过光纤传输和聚焦镜聚焦后形成激光束，一定波长(A=325nm)和功率(P=30mw)的紫外激光束在计算机控制下，在液体表面上扫描，光点扫描到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度，液面始终处于激光的焦点平面内，聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描即逐点固化。,当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动平台下降一层高度(约0.1mm)，已成型的层面上又布满一层液态树脂，刮平器将黏度较大的树脂液面刮平，然后再进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地黏在前一层上，如此重复，直到整个零件制造完毕，制造出三维原形实体零件。,成品,SLA系统机器,1) 工艺原理FDM工艺原理如图所示，丝状热塑性材料通过送丝机构送进加热喷头，热塑性材料在喷头内被加热熔化，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，材料迅速固化，并与周围的材料黏结，层层堆积成型。,1) 工艺原理LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成型材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。用激光束在已黏接的新层上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格；激光切割完成后，工作台带动已成型的工件下降，与带状片材(料带)分离；供料机构转动收料辊和供料辊，它们带动料带移动，使新层移到加工区域；工作台上升到加工平面；热压辊热压加工平面，工件的层数增加一层，高度增加一个料厚；再在新层上切割截面轮廓。如此反复直至零件的所有截面切割、黏接完，制造出三维的实体零件。,1) 工艺原理如图所示，送粉器提供粉末造型材料，铺粉辊向升降台表面上均匀铺一层很薄(0.10.2mm)的粉末。采用激光器作能源，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后升降台下降，再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。,交互式CAFD系统工作原理,变异式CAFD系统,MBE的核心内涵是MBD。基于模型的制造（model based manufacturing, MBM）是MBE的主题内容。MBD数据创建一次并能被后续各个业务环节直接使用。MBD作为MBE的配置基础，并在此基础上对MBE的外延进行扩展和说明，其中基于模型的系统工程（model based engineering, MBe）和基于模型的维护（model based sustainment, MBS）是基于模型的企业的应用与实践方向。它们之间的关系如图8.23所示。,第9章 复杂工程问题求解能力实训,9.1 轴类零件加工工艺9.2 盘套类零件加工工艺9.3 箱体类零件加工工艺9.4 异型零件加工工艺9.5 工序尺寸设计9.6 数控与圆柱齿轮加工工艺9.7 装配工艺,零件图,主动锥齿轮轴零件如图9.4所示。生产类型是大批大量，规模化生产。其机械加工工艺成熟，且具有代表性。,夹具,1铣端面钻中心孔,铣钻组合机床,2车轴颈及背锥,液压仿形车床,3车槽及锥端面,液压仿形车床,4铣渐开线花键,铣钻组合机床,5磨轴颈及端面,端面外圆磨床,6加工螺纹,套丝机,7钻孔,多工位钻床,9粗铣轮齿,铣齿机床,10精铣齿轮凸面,铣齿机床,11精铣齿轮凹面,铣齿机床,14磨轴颈及端面,端面外圆磨床,9.1.2 轴类零件加工工艺,心轴或堵头,零件图,多尺寸同时保证,1粗车小端,卧式车床,2粗车大端及内孔,卧式车床,3粗车外圆,卧式车床,6车大端及内腔,卧式车床,7精车外圆,卧式车床,8磨外圆,外圆磨床,9钻孔,立式钻床,10精镗内腔表面,卧式车床,11铣槽,卧式铣床,12磨内孔及端面,内圆磨床,13磨外圆,端面外圆磨床,毛坯结构,毛坯结构示意见图9.22,