特种加工技术

特种加工技术
摘要：传统的机械加工已有很久的历史，它对人类生产和物质文明起到了极大的作用。

例如18世纪70年代就发明了蒸汽机，但苦于制造不出有配合要求、高精度的蒸汽机气缸，无法推广应用。

直到有人创造出和改进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机获得广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。

这一事实充分说明了加工方法对新产品的研制、推广和社会经济等起着多么重大的作用。

随着新材料、新结构的不断出现，情况将更是这样。

但是从第一次产业革命以来，一直到第二次世界大战以前，在这段长达150多年都靠机械切削加工（包括磨削加工）的漫长年代里，并没有产生特种加工的迫切要求，也没有发展特种加工的充分条件，人们的思想一直还局限在自古以来传统的用机械能量和切削力来除去多余的金属，以达到加工要求这一框框之内。

直到1943年，前苏联鲍、洛、拉扎林柯（B.P.JlaaaJieHKO）夫妇研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的有害现象和原因，发现电火花的瞬时高温可使局部的金属熔化、气化而被蚀除掉，开创和发明了变有害的电蚀为有用的电火花加工方法，用铜杆在淬火钢上加工出小孔，可用软的工具加工任何硬度的金属材料，首次摆脱了传统的切削加工方法，直接利用电能和热能来去除金属，获得“以柔克刚”的效果。

关键词; 机械加工, 高精度, 新材料, 机械能量
引言：特种加工技术是直接利用电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量或其复合能量以实现材料切除的加工方法。

其研究范围是电加工、高能束流(激光束、电子束、离子束、高压水束)加工、超声波加工及多能源复合加工。

正文; 目前，这一技术正向着自动化、柔性化、精密化、集成化、智能化和最优化方向发展，在已有的工艺不断完善和定型的同时，新的特种加工技术不断涌现，如快速原形制造技术、等离子体熔射成形工艺技术、在线电解修整砂轮镜面磨削技术、实变场控制电化学机械加工技术、三维型腔简单电极数控电火花仿铣技术、电火花混粉大面积镜面加工技术、磁力研磨技术和电铸技术等。

新的特种加工技术是在传统的特种加工技术的基础上，紧密结合材料、控制和微电子技术而发展起来的，并随着产品应快速响应市场需求，正在形成面向快速制造的特种加工技术新体系。

1、特种加工技术的构成
近二三十年来，特种加工技术发展迅速，其内涵已十分广泛而丰富。

包括：.溶解加工、熔化加工、复合加工、综合加工、特种机械加工等多种加工形式。

2、人工智能技术为特种加工工艺规律建模奠定了基础
特种加工的微观物理过程非常复杂，往往涉及电磁场、热力学、流体力学、电化学等诸多领域，其加工机理的理论研究极其困难,通常很难用简单的解析式来表达。

近年来，虽然各国学者采用各种理论对不同的特种加工技术进行了深入的研究，并取得了卓越的理论成就，但离定量的实际应用尚有一定的距离。

然而采用每一种特种加工方法所获得的加工精度和表面质量与加工条件参数间都有其规律。

因此，目前常采用研究传统切削加工机理的实验统计方法来了解特种加工的工艺规律，以便实际应用，但还缺乏系统性。

受其限制，目前特种加工的工艺参数只能凭经验选取，还难以实现最优化和自动化，例如，电火花成形电极的沉入式加工工艺，它在占电火花成形机床总数95%以上的非数控电火花成形加工机床和较大尺寸的模具型腔加工中得到广泛应用。

虽然已有学者对其cad、capp和cam原理开展了一些研究，并取得了一些成果，但由于工艺数据的缺乏，仍未有成熟的商品化的cad/cam系统问世。

通常只能采用手工的方法或部分借助于cad造型、部分生成复杂电极的三维型面数据。

随着模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能技术的成熟发展，人们开始尝试利用这一技术来建立加工效果和加工条件之间的定量化的精度、效率、经济性等实验模型，并得到了初步的成果。

因此，通过实验建模，将典型加工实例和加工经验作为知识存储起来，建立描述特种加工工艺规律的可扩展性开放系统的条件已经成熟。

并为进一步开展特种加工加工工艺过程的计算机模拟，应用人工智能选择零件的工艺规程和虚拟加工奠定基础。

3、智能控制将成为特种加工领域主要的控制策略
加工过程和加工设备的稳定、可靠、高效地运行是特种加工工艺技术适应快速制造体系的必不可少的条件。

但由于多数特种加工方法采用“以柔克刚”的非接触式加工机制，加工是伴随着物理、化学过程进行的，其加工的微观过程非常复杂，迄今为止仍不能用一个确定的数学模型来描述。

而且随着加工过程的进行，加工条件有时还会发生较大的变化，引起加工特性随时间而变化。

因此在控制理论中属于典型的模型不确定非线性时变系统，很难用经典的控制理论和现代控制理论的方法获得理想的控制效果。

多年来人们尝试过很多种自适应控制策略，取得了很大进展。

但在加工条件大幅度变化的情况下仍难以达到满意的性能。

近年来，人们把更多的注意力转移到模糊控制、神经控制等智能控制的研究和应用上来，并在电火花成形加工和电火花线切割加工的过程控制方面取得了突破，已成功用于国外的高档机床上。

它可自动选取最优参数，自动监测加工过程，实现自动化、最优化控制。

同时尚可对模糊控制器引入自适应功能或与人工神经网络技术相结合,使其具有自学习功能,
从而达到提高加工速度,稳定加工过程,减少对操作者技术依赖的目的。

由于这种控制策略采用模拟人类智能活动的方法，可以在很大程度上允许系统存在不确定性、非线性和时变性。

可以预见，它将是未来几年中特种加工领域首选的控制策略。

目前，我国广泛使用的国产特种加工设备同国外的产品相比还存在很大的差距。

比如我国生产的电火花成形机仅为国外80年代中期的水平，往往为确保加工质量和效率，需要有经验的操作者在加工过程中不断进行调整和干预。

4、新兴的特种加工技术将对制造业的生产模式产生深刻的影响
80年代末，产生了一批新型的高效特种加工技术。

尽管目前对这些加工技术的机理及应用的研究工作方兴未艾，但还没有从根本上掌握其工艺特性。

然而这些新兴的特种加工技术已对整个制造业的生产模式产生了深刻的影响，尤其是下列技术，其广泛应用将显著地提高零件和模具快速制造的能力。

综上所述，特种加工技术的地位越来越重要，已成为现代制造技术不可分割的重要组成部分。

因此，其发展和完善对整个快速制造体系的形成起着关键性的作用。

但由于长期以来对这一领域的研究过于分散，缺乏系统性，使得现有的很多种特种加工方法远不能适应制造过程信息化的要求，很难纳入到快速制造系统中。

因此，有必要深入研究那些新型的特种
加工工艺方法，探索高精度、高效率复合及组合工艺技术，并选择应用广泛和具有代表性的特种加工方法，开展面向快速制造的特种加工技术的研究。

特种加工适用于各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性、微细等金属和非金属材料的加工，以及各种新型、特殊材料的加工，在航空航天、军工、汽车、模具、冶金、机械、电子、轻纺、交通等工业中解决了大量传统机械加工难于解决的关键、特殊的加工难题。

所以在国民经济的众多关键制造工业中发挥着极其重要的不可替代的作用。

例如，在航空航天工业中各类复杂深小孔加工、发动机蜂窝环、叶片、整体叶轮加工、特殊材料的切割加工、钛合金加工等等。

在军事工业中，例如核武器及高新技术武器几乎全是特殊材料和高新技术材料，各种零件的成形加工、各种孔加工、精密薄材加工等特种加工发挥着特殊重要的作用。

这是特点之五。

结论; 各种特种加工方法的加工机理不同，它们的优势和应用范围也不同。

在快速制造环境下，如何正确地选择和运用不同的特种加工方法取决于对它们的了解程度。

由于面向快速制造的特种。

加工技术新体系的研究，借助了模糊数学、神经元网络及专家系统等多种人工智能工具，建立起各种特种加工工艺方法的数据库和知识库，能实现典型工艺的计算机模拟，因此能帮助我们深入地了解各种特种加工技术的精密特性、表面质量特性及加工效率等工艺适用性，从而实现真正意义上的基于特种加工工艺的快速制造。

参考文献：[1] 刘晋春，赵家齐，赵万生，《特种加工》—4版，北京：机械工业出版社，2007.1
[2]：《电加工与模具》2009年第3期
[3];《中国空间科学技术》2000年第1期
[4];《南阳理工学院学报》2009年第6期
[5]：《机电一体化》2007年第4期。