特种加工技术论文篇二
特种加工技术的研究与应用
摘要：本文论述了特种加工技术的产生和发展，并就快速成型加工、超声加工、电子束和离子束加工以及激光加工进行展开阐述，讨论了各个加工方法的工艺原理和在生产实践中的具体应用。最后，对特种加工技术的发展方向进行了展望。
关键词：特种加工;快速成型技术;超声加工;电子束和离子束加工;激光加工
1.特种加工技术的产生和发展
机械加工作为一种有着悠久历史的加工方法，对人类的物质文明和生产活动起到了极大的推动作用。对于工业部门而言，设计出来的零件或者机器必须依赖于加工方法来实现，如果没有行之有效的加工方法，再好的设计思路也无法转化为产品。例如18世纪70年代就有人发明了蒸汽机，但是由于当时的生产设备制造不出有着较高精度和配合要求的蒸汽机气缸，所以一直无法生产出可以正常工作的蒸汽机[1]。直到气缸镗床的出现，才解决了这一生产上的难题，使得蒸汽机获得了广泛的应用，引起了第一次工业革命。因此，我们可以发现，加工方法对于设计思想的实现和社会经济的发展起着多么重大的作用。
随着生产的发展和科学实验的需要，对于产品的要求越来越高，未来的技术产品向着高精度、高速度、重载、高温高压、小型化和高可靠性等方向发展，为了实现这些新的要求，就需要使用新材料和新结构，因此，对机械制造部门也提出了很多新的要求。特种加工正是在这种强烈的社会需求下产生和发展起来的，而它所具有的优于传统机械加工的特点又进一步促使人们对它进行研究和应用，因此，到目前为止，特种加工技术已经有了很多种类，所能达到的加工精度和生产效率也越来越高。可以说，特种加工技术已经成为现代机械制造行业必不可少的一种加工方法。
传统的机械加工利用机械能和切削力对金属进行加工，而特种加工主要利用电能、化学能、光能、声能和热能等能量来去除金属，因此特种加工技术可以用来加工各种高硬度、高强度、高脆性和高韧性的金属或者非金属材料。由于特种加工采用广义上的刀具，例如激光、超声波、电子束和离子束等，所以易于实现加工过程的全自动化，这对于现代化生产的组织和管理有着很重要的意义。
从1943年前苏联鲍﹒洛﹒拉扎林柯夫妇开始研究火花放电腐蚀开关触点的现象开始，特种加工技术已经经历了六十多年的发展。目前，很多特种加工方法都已经发展成熟，例如电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工和激光加工等。现在，人们也研究了将特种加工的理论应用于传统的机械加工方法中去的复合加工方法，如振动切削和振动铣削。由于特种加工技术尤其适用于对难加工材料、复杂型面和精密微细表面的加工，所以特种加工有很大的适用性和发展潜力，在刀具、模具、量具、仪器仪表、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。在未来，特种加工将向着提高加工精度和表面质量、提高生产效率和自动化程度、发展复合加工和超精密加工等方向发展。
2.快速成型技术
快速成型技术(RP)是一种增材加工方法，主要用来制造样件，从而可以对新产品的设计进行快速评估、修改和功能实验，能够较大地缩短产品的研制周期。快速成型技术集机械工程、CAD、数控技术、激光技术和材料科学技术于一体，易于实现生产过程的自动化，且高效便捷，因此这种样件制造工艺日益在生产实践中获得应用。按照快速成型技术使用的材料和工艺原理，可以分为四种类型：光敏树脂液相固化成型法(SL)、选择性激光粉末烧结成型(SLS)、薄片分层叠加成型(LOM)、熔丝堆积成型(FDM)。
3.超声加工技术
频率超过16000Hz的声波称为超声波，它是一种纵波，能够传递很强的能量，且当它经过液体介质传播时，会产生液压冲击现象。超声加工技术(USM)利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液使得磨粒在超声振动的作用下产生机械撞击、抛磨作用以及超声空化作用来加工脆硬材料。由于超声加工技术的工艺原理和特点，超声加工有很多特殊的应用。例如加工深小孔、拉丝模及型腔模具研磨抛光、对难加工材料的加工、超声振动切削、超声电解复合加工、超声电火花复合加工、超声清洗、超声切割等。超声加工技术与新材料的发展是相辅相成的，在未来，超声加工一定会有更多的应用和发展。
4.电子束和离子束加工
电子束加工(EBM)利用能量密度极高的电子束，以极高的速度冲击工件表面，使动能大部分转化为热能，使得被冲击的工件材料局部熔化和气化，从而达到改变被加工工件材料表面物理化学性质和形状尺寸位置的目的。电子束加工装置包括电子枪、真空系统、控制系统和电源，电子束是由钨或钽制成的发射阴极在加热状态下得到的。由于电子束加工的工艺原理和特点，EBM技术可以用来加工型孔和特殊表面、刻蚀、焊接、热处理以及电子束光刻等。
离子束加工(IBM)利用具有较高能量的离子束射到材料表面时所发生的撞击效应、溅射效应和注入效应来进行不同的加工。由于离子束轰击材料是逐层去除原子，所以可以达到纳米级的加工精度。离子束加工按其工艺原理和目的的不同可以分为三种：用于从工件上去除材料的刻蚀加工、用于给工件表面涂覆的镀层加工以及用于表面改性的离子注入加工。由于电子束和离子束易于实现精确的控制，所以可以实现加工过程的全自动化，但是电子束和离子束的聚焦、偏转等方面还有许多技术问题尚待解决。
5.激光加工
激光技术起始于20世纪60年代，可用于打孔、切割、焊接、热处理以及激光存储等方面。激光的产生源自物质的受激辐射，即某些具有亚稳态能级结构的物质，在一定外来光子能量的激发下，产生所谓的粒子束反转现象，在粒子束反转的状态下，如果有一束能量等于基态与亚稳态能量之差的光子照射该物质，就会产生受激辐射，输出大量的光能。由于激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好等特点，因此几乎可以用来加工任何材料。目前常用的激光器有固体激光器(红宝石激光器、铷玻璃激光器和掺铷钇铝石榴石激光器)和气体激光器(二氧化碳激光器和氩离子激光器)，在生产实践中，对影响激光加工的各个因素还需要进行更加深入的研究，以便更加充分地利用激光加工技术。
6.结束语
近年来，随着新材料、新结构、复杂型面零件、特殊要求零件的需求越来越大，特种加工技术得到了越来越广泛的应用，在未来，随着机电控制技术的进一步提高，特种加工技术将会更加趋于自动化，充分利用计算机技术，可以使得特种加工向着自动化和柔性化方向发展[2]。而在未来，特种加工技术将越来越多的应用于精密微细加工、复合加工和绿色加工。
参考文献
[1]刘晋春，白基成，郭永丰.特种加工[M]，北京：机械工业出版社，2011：1～6.
[2]王杰，樊军，等.特种加工技术的新进展[J]，轻工机械，2008，26(4)：5～7.
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电火花曲面展成加工的研究
来源：福建泉州华侨大学机电及自动化学院 作者：刘石安
【摘 要】研究数控电火花铣削加工工艺，探索大面积曲面铣削加工方法，加工路径直接由通用模具设计软件生成，电极损耗补偿按加工路径均匀递增补偿法计算。
【关键词】电火花加工；电火花铣削加工；电极补偿
电火花成形是模具型腔加工的主要方式，其加工质量关键之一是电极的制造，由于粗、中、精加工时的放电间隙不同，电极尺寸也应不同，因此需制作多个电极才能最终满足加工精度的要求。特别是型腔加工面积较大时，有时还必须使用分割电极加工法，依次完成型腔各个部分的加工。由此使电极制作成本增高。分割电极加工时，型腔表面还会产生接缝以及电极二次装夹重复定位精度问题，这些都会影响电火花成形加工的质量。
随着数控技术的发展，模具型腔加工有了新的工艺方法——数控电火花铣削加工，即用简单电极展成复杂型面。数控电火花铣削加工工艺的关键是加工路径的生成和电极损耗的补偿。对此国内外许多电加工学者做了大量深入细致的研究，如研究等损耗分层加工模型以及基于该模型建立加工路径生成的专用CAM软件，研究电极损耗精密检测技术、在线电极补偿等[1~4]。
数控电火花铣削工艺可进行修尖角加工、窄缝加工及侧面伺服加工等，但本文更关心的是空间直线伺服进给问题，研究的主要内容集中于空间曲线轨迹加工方向、空间曲面展成加工方向，探索型腔型面的数控电火花铣削加工工艺。
本文引用金属切削加工中心的工艺路线，应用通用的模具加工软件UG造型，生成加工路径，并将加工代码编译成具体机床的数控指令。在电极损耗补偿方面，只考虑Z轴方向的补偿，并提出沿电极加工路径、按轨迹路程均匀递增补偿电极损耗的方法。
1 数控电火花铣削加工工艺
加工中心的铣削加工工艺已很成熟，故将其引入数控电火花铣削加工工艺中。经过研究和实验，已证实轮廓加工、挖槽加工、沿曲面加工、修边、去残留等加工问题都能用数控电火花铣削加工方法解决，也就是说数控电火花铣削加工中的加工路径生成问题可以用通用模具加工软件解决。
值得注意的是电火花铣削加工并不等同金属切削加工，由于放电间隙和电极损耗的存在，会对型腔尺寸精度产生影响，因此在给数控电火花铣削加工编程时必须注意如下问题：
(1) 加工余量。该参量的最小值要求大于放电间隙，超精加工时加工余量并不为零，且前一道工序要给后一道工序留下余量。
(2) 加工方式。在轮廓加工或挖槽加工时可以选择生成圆弧段程序。而在沿曲面加工时必须选择直线加工方式，包括切入切出程序，即程序段必须是空间微直线段，这也有利于电极损耗补偿计算。
(3) 加工精度。加工精度越高，弦线对空间曲线的逼近度越高，空间微直线段越多，程序越长。实际加工时，粗加工可以选择低一点的精度，以减少程序段数。
(4) 残余波峰高。该参量指刀具横向进给量，其值越小，加工曲面越光顺。该参量也可以用刀具直径的百分比表示。
(5) 电极尺寸。本文要求每次加工编程时输入电极直径的实测值，这样可让电极损耗补偿计算只须放在Z轴方向。
(6) 电参量和电极长度补偿。电参量的选择要参考加工余量，超精加工时要选择正极性加工方式，要用电子的能量去修平放电痕凸起。电极损耗补偿值依工艺经验而定，它与电参量、电极材料对及工作液等相关。电极损耗补偿值均匀插入每个微直线段端点上。
数控电火花铣削加工编程路线（图1）按上述6个方面要求设置参量，就可生成粗、中、精加工路径及机床数控指令。
加工余量、加工方式、精度、残余波峰高、实际电极尺寸
零件
毛坯
UG-NX
刀具路径补偿软件
电参数
刀具长度补偿值输入
电火花数控铣削加工程序
图1 数控电火花铣削加工编程路线
用模具软件UG设计了一空间曲面，上有“电火花”字样。为体现数控电火花铣削加工能力，将所有工序全部采用数控电火花铣削加工方案。粗加工用ф14mm电极，按挖槽采用分层加工，横向进刀为电极直径的80％；中精加工用ф8mm和ф4mm的端电极，按矢量、沿曲面方式加工，横向进刀分别为电极直径的8％和2.5％。图2为中精加工刀具路径。
电极ф8mm，E293 电极ф4mm，E250
（a）中加工 (b)中精加工
电极ф4mm，E250 电极ф4mm，E200
(c)中精加工 (d)精加工
图2 电火花中、精铣削加工刀具路径
在图2d中左下角有一块粉红色的残留区域（在曲面曲率较大凹处），该区域端刀无法深入，因此在精加工之后还需要再用ф4mm指状R刀电极进行最后的光整和去残留加工。
另外，在同一加工余量条件下，工艺上还要求生成反向刀具路径，进行反向铣削加工，消除前一道工序正向加工时因电极损耗而产生的阶梯波浪面，以提高表面形状精度。
2 电极损耗补偿对策
2.1 电极损耗的影响
在数控电火花铣削加工过程中，放电一般发生在电极端部前沿尖角处，电流密度较大，放电集中度高，存在着较严重的电极损耗现象。在加工的开始阶段，工件材料去除量较大；在加工的末尾阶段，工件材料去除量最小，因此实际加工面是一个“斜坡面”，如图3A表面所示。在A表面与B表面之间是本道工序的未加工区。显而易见，电极损耗影响加工精度。
电极补偿过量面C
无电极损耗理想加工面B
没有补偿的加工面A
h1当前层厚度
h2下一层厚度
图3 电极损耗补偿控制参考面
2.2 电极损耗补偿的目的
一方面可控制每一层铣削加工的尺寸及形状精度，另一方面还可给下一层铣削加工减少加工余量累计负担。电极损耗补偿值的给定应按不过度补偿为原则，即其值应小于本层加工量与下一层加工余量之和。
2.3 电极损耗补偿计算的方法
沿曲面铣削加工时按直线方式生成加工路径，所有程序段都是空间微直线段，假设在加工路径相对较长的条件下，电极损耗沿路程均匀分布，其补偿值沿轨迹，按路程均匀递增补偿到每段空间直线终点上，那么电极损耗补偿值在第i程序段的值为：
△i=(△/∑Lk)·(∑j=0→iLj)
式中：△i为第i程序段的电极损耗补偿值；△为当前层铣削加工电极损耗预估值；∑Lk为当前层总的加工路径长；∑j=0→iLj为电极在第i程序段已走过的加工路径长。
△值与电参数和加工路径长度有关，主要用于电火花中、精加工；超精加工时其值设为零。
△i值用于第i程序段的电极损耗Z轴方向的补偿值，是用离线补偿计算法得到的。
3 电火花曲面铣削加工工艺实验
工艺实验在RobForm30三轴数控电火花成形机上进行，用UG软件造型、生成加工路径文件，选用专家系统生成的加工余量和电参数，再经电极损耗补偿处理，生成数控电火花铣削加工程序代码。
表1 是实验选用的加工参数。在精加工中去除的工件材料厚0.016mm,而预估电极损耗△取值0.05～0.07mm（实验值），实际的加工路径总长约为45000.00mm，如按理论计算，每100mm长得到0.10～0.16μm的补偿，18000条程序平均每条得到0.0025～0.0038μm的补偿，因此，如果按规格化计算，那么只有刀具加工很长一段距离之后，刀具电极才会作出实际意义上的补偿，真正作出实际意义上补偿的程序段比例很低。
表1 电火花铣削加工参 mm
加工类型 加工余量 电参数 电极补偿
粗加工
粗加工
中加工
中精加工
精加工
超精加工
0.800 E383 0.500
0.400 E373 0.250
0.200 E293 0.100
0.150 E250 0.075
0.134 E220 0.050～0.070
0.122 E200 0
注：电参数采用RobForm30电火花成形机规准。
粗加工时电极补偿视具体情况而定，首先选择补偿方式加工，补偿取值一般小于加工余量，如果电极损耗较大，电极端面圆角过大，此时应更换电极，Z轴重新对零位后，再进行加工。超精加工时只需生成正、反向加工刀具路径，来回打光打抛曲面。实验中还加入了轮廓加工、残余加工、修边，并考虑了加工精度设置、最大微直线段长度设置等内容。
电极制作部分是一个比较重要的环节，故自制了机上修磨装置，依据铣床刀具工具磨原理，设计有“电碰”定位基准，可精确定位，可修整电极圆柱面，也可修整电极端部球面。但由于铜电极在机械力作用下容易变形让刀，因此只成功修整了φ5～8mm指状棒电极。
图4是数控电火花铣削加工的实物照片，是一个面积约为100mm×70mm的曲面。
机械制造技术及加工工艺应用分析论文
无论是在学习还是在工作中，大家都不可避免地要接触到论文吧，借助论文可以达到探讨问题进行学术研究的目的。还是对论文一筹莫展吗？以下是我整理的机械制造技术及加工工艺应用分析论文，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。
摘要 ：机械工业是现代经济发展过程中的重要行业，不仅是推动国民经济增长的主要力量，同时也为社会各个行业的发展提供了先进机械设备及相应服务。在现代机械工业发展过程中，机械制造技术与加工工艺是其发展的关键，也是影响现代机械设备使用性能和质量的重要因素，所以对现代机械制造技术与加工工艺是机械工业生产发展的前提和基础。本文对现代机械制造技术与加工工艺的应用进行了相应探讨。
关键词 ：现代机械；制造技术；加工工艺；应用探究
现代机械工业的发展，对于推动我国国民经济发展，促进工业生产发展具有重要作用和意义。然而随着社会经济发展以及企业的生产发展，对机械工业设备制造质量和使用性能的要求也越来越高。在这种社会背景下，机械工业企业应不断改进和创新现代机械制造技术与加工工艺，提高机械设备的质量和整体性能。所以现代机械工业应抓住现代机械制造技术与加工工艺的技术特点，并采取有效措施，不断对其进行改进和创新。
1现代机械制造技术与加工工艺的特点
1.1综合性
综合性是现代机械制造技术与加工工艺的重要特点。在机械工业企业的发展过程中，企业对内部的机械生产和制造进行了合理整合，形成了具有综合性的生产体系，给现代机械制造技术与加工工艺也染上了综合性的特点。随着机械工业企业的不断发展，机械制造工业的内部理念以及生产制作工艺、流程等融合程度越来越高。同时，为了促进现代机械制造技术与加工工艺的发展，机械制造企业还将生产过程中的各种理论知识与实践经验进行了高效整合，其中包括机械生产的自动化控制技术、计算机科学以及电子信息技术等，使得整个生产体系不仅具有浓厚的综合性特点，还为推动现代机械制造技术与加工工艺的发展做出了突出贡献。
1.2一体化
机械制造技术及工艺的一体化发展是现代机械制造技术与加工工艺的主要发展趋势，同时也是现代机械制造技术与加工工艺的重要特点。在现代机械制造工业发展过程中，企业对传统的机械生产制造方式进行了改良和创新，使其能够更加适应现代机械生产制作的需要。企业将自动控制理念以及微电子技术等现代先进的科学技术融入到了机械制造生产过程中之中，不仅促进了企业机械制造的生产发展，同时也促进了机械制造技术及工艺的一体化发展，提高了企业的机械制造生产质量和整体性能。
1.3系统性
系统性是现代机械制造技术与加工工艺的特点之一，同时也是现代机械制造技术与加工工艺与传统机械加工制作技术的根本区别。在现代机械制造企业的生产过程中，合理融入了大量的科学技术，如自动化控制技术、计算机技术等，实现了对机械制造生产的科学化、自动化管理，不仅提高了企业的制作生产效率，促进了企业的生产发展，同时还促进了现代机械制造技术与加工工艺的系统性发展。
1.4可持续性
现代机械制造技术与加工工艺是通过对传统机械加工制作技术的不断改进和创新，并合理融入现代科学技术与设备工艺而逐渐形成的。利用现代机械制造技术与加工工艺进行工业企业的日常生产发展，能够有效提高企业的生产效率。同时在对传统机械加工制作技术进行改进和创新的过程中，企业对传统工艺中存在的弊端采取了针对性措施，有效减少了机械工业生产过程中的环境污染，提高了资源利用效率和企业的经济效益，促进了机械工业生产的可持续发展，体现了现代机械制造技术与加工工艺的'可持续性特点。
2现代机械制造技术与加工工艺实际应用
2.1特种加工及精密工艺技术
在机械企业的加工生产过程中，一般以工程的精密度为划分依据，将精密工程分为精密加工、超精密加工以及纳米加工，其中精密加工与超精密加工主要是指物理化学加工方法，是随着现代科学技术的发展并在传统机械加工工艺上改进并发展而来，大多应用于现代机械企业的电解加工、电火花加工、激光加工以及超声波加工等，具有很好的加工效果，能够有效提高企业的生产加工质量。特种加工虽然也属于紧密加工工艺的一种，但其与其他精密加工工艺的主要对象有所不同，主要是对陶瓷、金刚石等加工难度较大工业材料进行机械加工。但是在运用特种加工技术进行机械加工制作时，要根据企业的机械生产要求以及材料加工需要确定相应加工要求，一般都要保障其加工精度达到分子或原子级单位，以保正企业机械生产制造质量和整体性能。
2.2零件快速加工成型工艺及技术
在现代机械企业的工业生产过程中，零件加工制作是企业生产发展的一个重要环节，同时也是企业日常生产的重要内容。经过现代机械企业的生产发展，使零件加工产业逐渐发展成为了机械工业中的一个独立产业。对于机械制造企业的零件生产和制造工作来说，由于零件本身具有三维空间的特点，给企业的零件生产和制造带来了一定困难。在进行零件加工制造时，可以对零件进行三维想象和理解，在将零件三维空间的各个点分解成二维面进行制造，最后再按照零件的三维特点对其进行合理的组合和重叠。在整个将制造过程中，常用的零件快速加工成型工艺及技术主要有立体光刻法和叠层实体制造法两种主要技术。例如：立体光刻法。这种技术是指用数控激光机对铺好的箔材进行切割，先切出零件的大体轮廓，然后再对其进行固化粘结处理，最后在按照零件的加工制造要求对其进行加工和人进一步处理。这种技术已经在机械企业的日常生产过程中得到了广泛的引用，相应的工艺技术已经逐渐发展成熟。
2.3零件分类编码工艺及技术
零件分类编码工作是机械企业在零件加工制作生产过程中的重要内容，能够有效避免发生零件加工混乱的现象，提高企业的零件生产加工质量和效率。所以，在企业的零件生产加工制造过程中，选择合理的零件分类编码工艺及相关技术，控制好零件分类编码工作质量和效率具有作用。在零件将制作过程中，首先，应对制作完成的零件进行编码区分，尤其是对于一些种类、形状或性能比较相像或相近的零件来说，更要及时做好编码区分工作，避免出现零件混乱的问题。其次，应做好零件的分类工作。在做好对零件的编码区分工作之后，应对零件的基本情况信息进行准确分类，包括零件的标准、规格、基本构造等基本信息以及零件的主要材料、生产加工工艺、加工精度、机床型号等零件加工特点，对这些信息进行准确分类，为零件使用、销售等工作的开展奠定基础。最后，要做好对零件的将制造数量、批次等信息的区分工作，以保障企业的生产质量和生产效率，促进企业的未来发展。
2.4柔性制造技术及工艺
柔性制造技术及工艺是随着现代自动化以及现代信息技术的发展而逐渐产生的现代机械制造技术与加工工艺，是现代机械企业生产制造的关键技术之一，柔性制造技术及工艺在机械企业生产制造过程中的应用，能够有效提高企业的生产自动化水平，提升企业的生产效率，促进机械企业的未来发展。柔性制造技术及工艺是指将主机与其他数控机床或控制设备进行有效连接，然后通过主机实现对整个生产制造过程的自动控制。柔性制造技术及工艺具有较强的灵活性，在生产过程中能够指导生产设备进行相似零件组不同零件的工序加工，有效提高生产效率和生产质量，促进机械企业的工业生产发展。此外，在机械工业生产过程中，柔性制造技术及工艺该可以随着生产需要及时进行生产批次、性能参数的调整，从而满足用户更高的需求。柔性制造技术及工艺的应用，有利于提高企业的生产效率和经济效益，柔性制造技术及工艺的改进和创新也是现代机械制造企业的重要发展方向之一。
2.5微机械技术
微机械技术是随着我国科技发展而逐渐产生的新技术之一，其在我国现代机械生制造生产过程中的应用主要包括以下几方面。第一，机械传感技术。由于为机械技术的传感器辨别率较高，灵敏性较强，所以传感技术在当前机械施工产过程中的应用，提高了电路以及电子机械的制作精确度和效率。第二，微机械技术的材料。传统的微机械技术以硅作为主要材料，但是随着微机械技术的发展，硅材料的缺点逐渐暴露出来，而镍成为了主要材料。此外，金属、高分子材料等也都可以作为微机械技术的主要材料。结束语现代机械制造技术与加工工艺是机械生产制造企业发展的关键，企业应在合理运用现代机械制造技术与加工工艺的基础上，对其进行有效的改进和创新，从而不断提高生产质量和生产效率，促进企业的可持续发展，为企业的未来发展垫定基础。
参考文献
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[5]邱晓明.现代机械制造工艺及精密加工技术的应用研究[J].现代交际,2017(5):194.
