机械制造技术的发展
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➢ 堆积加工 有别于传统的加工成形机理，属于増材制造，如快速原
型制造、沉积加工等
6
7.1.1 非传统加工方法概述
非传统加工方法的特点
➢ 非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其他能量 （如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料 ➢ 非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具 和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求 ➢ 一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小，发 热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件 热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量 ➢ 加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高 加工效率 ➢ 非传统加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法， 这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因
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7.1.1 非传统加工方法概述
非传统加工方法分类（按加工机理和采用的能源划分）
非传统加工方法
超声波 加工
喷射 加工
放电 加工
高能束 加工
化学 加工
电化学 加工
堆积 加工
水喷射加工 弹性喷射 磨料流加工
电火花加工 激光束加工 线切割 电子束加工
离子束加工
机械变化过程
热过程
化学铣削 化学腐蚀
电解加工 电解磨削 电刷镀 电铸பைடு நூலகம்
材料
孔径/mm 至工件距离/mm 喷射角度/°
金刚石，蓝宝石， 淬火钢
0.075～0.4
2.5～50
0～30
12
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
工艺参数
水喷射加工常用工艺参数
工艺参数 压力/MPa 流速/m/s 流量/L/s
常用值 70～450 300～900 2.5 ～7.5
工艺参数 喷射力/N 功率/kW 磨料耗量/(kg/min)
11
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
水喷射加工
供水器
工作原理
利用超高压水（或 水与磨料的混合液） 对工件进行切割（或 打孔），又称高压水 切割，或“水刀”
过滤器 泵
增压器
蓄能器 控制器 液压装置
d
阀
喷嘴 射流
工件 排水器
喷嘴材料及工作条件
图7-3 水喷射加工装置示意图
项目 参数
喷嘴材料及工作条件
1
机械制造技术基础
第 7 章 机械制造技术的发展 Development of Mechanical Manufacturing Technology
7.1 非传统加工方法 Nontraditional
machining Technology
2
7.1.1 非传统加工方法概述
➢ 非传统加工又称特种加工，通常被理解为有别于传统切削与 磨削加工方法的总称。
工作液 喷嘴
工具 工件
过振幅扩大棒（变幅杆）使固
定在变幅杆端部的工具振幅增 大到 0.01～0.15 mm
图7-2 超声波加工原理图
9
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
超声波加工机床
超声波加工样件
10
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
超声波加工特点及应用
➢ 适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、 半导体、宝石、金刚石等 ➢ 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、型面 ➢ 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单 ➢ 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精 度可达 0.01～0.05 mm ➢ 加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易变形零 件 ➢ 生产效率较低。采用超声复合加工（如超声车削，超声磨削、 超声电解加工、超声线切割等）可提高加工效率
沉积加工 快速原型
化学过程
分层制造过程
图7-1 非传统加工方法分类
4
7.1.1 非传统加工方法概述
➢ 机械过程
利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声 波加工、水喷射加工、磨料流加工等
➢ 热学过程
通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如 电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
超声波加工
超声
工作原理
波发 生器
➢ 利用工具端面作超声（16～
换能器
25kHz ） 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 ➢ 超声波发生器将工频交流电
振动方向
变幅杆
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，此时振幅一般很小，再通
7
7.1.1 非传统加工方法概述
发展趋势
➢ 拓宽现有非传统加工方法的应用领域 ➢ 探索新的加工方法，研究和开发新的元器件 ➢ 优化工艺参数，完善现有的加工工艺 ➢ 向微型化、精密化发展 ➢ 采用数控、自适应控制、 CAD/CAM 、 专 家 系 统 等 技 术，提高加工过程自动化、 柔性化程度
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➢ 电化学过程
利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸 加工（金属离子沉积）等
➢ 化学过程
利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、 化学铣削等
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7.1.1 非传统加工方法概述
➢ 复合过程 利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。
常见的复合形式有：
机械化学复合—如机械化学抛光、电解磨削、电镀珩磨等 机械热能复合—如加热切削、低温切削等 热能化学能复合—如电解电火花加工等 其他复合过程—如超声切削、超声电解磨削、磁力抛光等
➢ 非传统加工方法产生于二次大战后。有两方面问题传统机械 加工方法难于解决
1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高 硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料 不断涌现
2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题 为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法
➢ 非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其 组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累 加、变形或改变性能等
第7章 机械制造技术的发展
本章要点
了解非传统加工方法特点，超声波加工、电火花加工、 激光加工、快速原型制造的工作原理和应用（7.1） 了解精密与超精密加工的概念和特点，金刚石超精密 车削加工特点及应用，超硬磨料精密磨削特点及关键技 术，离子束加工特点及应用，纳米技术内涵和扫描电镜 工作原理，微机电系统组成及特征（7.2） 了解刚性自动化、柔性自动化和综合自动化的特征， 理解 Groover 产品寿命周期模型，了解 FMS 的组成及特 点，机械制造自动化的发展趋势（7.3）
型制造、沉积加工等
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7.1.1 非传统加工方法概述
非传统加工方法的特点
➢ 非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其他能量 （如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料 ➢ 非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具 和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求 ➢ 一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小，发 热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件 热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量 ➢ 加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高 加工效率 ➢ 非传统加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法， 这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因
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7.1.1 非传统加工方法概述
非传统加工方法分类（按加工机理和采用的能源划分）
非传统加工方法
超声波 加工
喷射 加工
放电 加工
高能束 加工
化学 加工
电化学 加工
堆积 加工
水喷射加工 弹性喷射 磨料流加工
电火花加工 激光束加工 线切割 电子束加工
离子束加工
机械变化过程
热过程
化学铣削 化学腐蚀
电解加工 电解磨削 电刷镀 电铸பைடு நூலகம்
材料
孔径/mm 至工件距离/mm 喷射角度/°
金刚石，蓝宝石， 淬火钢
0.075～0.4
2.5～50
0～30
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7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
工艺参数
水喷射加工常用工艺参数
工艺参数 压力/MPa 流速/m/s 流量/L/s
常用值 70～450 300～900 2.5 ～7.5
工艺参数 喷射力/N 功率/kW 磨料耗量/(kg/min)
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7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
水喷射加工
供水器
工作原理
利用超高压水（或 水与磨料的混合液） 对工件进行切割（或 打孔），又称高压水 切割，或“水刀”
过滤器 泵
增压器
蓄能器 控制器 液压装置
d
阀
喷嘴 射流
工件 排水器
喷嘴材料及工作条件
图7-3 水喷射加工装置示意图
项目 参数
喷嘴材料及工作条件
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机械制造技术基础
第 7 章 机械制造技术的发展 Development of Mechanical Manufacturing Technology
7.1 非传统加工方法 Nontraditional
machining Technology
2
7.1.1 非传统加工方法概述
➢ 非传统加工又称特种加工，通常被理解为有别于传统切削与 磨削加工方法的总称。
工作液 喷嘴
工具 工件
过振幅扩大棒（变幅杆）使固
定在变幅杆端部的工具振幅增 大到 0.01～0.15 mm
图7-2 超声波加工原理图
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7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
超声波加工机床
超声波加工样件
10
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
超声波加工特点及应用
➢ 适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、 半导体、宝石、金刚石等 ➢ 可加工各种复杂形状的型孔、型腔、型面 ➢ 工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单 ➢ 被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精 度可达 0.01～0.05 mm ➢ 加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易变形零 件 ➢ 生产效率较低。采用超声复合加工（如超声车削，超声磨削、 超声电解加工、超声线切割等）可提高加工效率
沉积加工 快速原型
化学过程
分层制造过程
图7-1 非传统加工方法分类
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7.1.1 非传统加工方法概述
➢ 机械过程
利用机械力，使材料产生剪切、断裂，以去除材料。如超声 波加工、水喷射加工、磨料流加工等
➢ 热学过程
通过电、光、化学能等产生瞬时高温，熔化并去除材料，如 电火花加工、高能束加工、热力去毛刺等
7.1.2 产生机械变化过程的加工方法
超声波加工
超声
工作原理
波发 生器
➢ 利用工具端面作超声（16～
换能器
25kHz ） 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 ➢ 超声波发生器将工频交流电
振动方向
变幅杆
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，此时振幅一般很小，再通
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7.1.1 非传统加工方法概述
发展趋势
➢ 拓宽现有非传统加工方法的应用领域 ➢ 探索新的加工方法，研究和开发新的元器件 ➢ 优化工艺参数，完善现有的加工工艺 ➢ 向微型化、精密化发展 ➢ 采用数控、自适应控制、 CAD/CAM 、 专 家 系 统 等 技 术，提高加工过程自动化、 柔性化程度
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➢ 电化学过程
利用电能转换为化学能对材料进行加工，如电解加工、电铸 加工（金属离子沉积）等
➢ 化学过程
利用化学溶剂对材料的腐蚀、溶解，去除材料，如化学蚀刻、 化学铣削等
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7.1.1 非传统加工方法概述
➢ 复合过程 利用机械、热、化学、电化学的复合作用，去除材料。
常见的复合形式有：
机械化学复合—如机械化学抛光、电解磨削、电镀珩磨等 机械热能复合—如加热切削、低温切削等 热能化学能复合—如电解电火花加工等 其他复合过程—如超声切削、超声电解磨削、磁力抛光等
➢ 非传统加工方法产生于二次大战后。有两方面问题传统机械 加工方法难于解决
1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、高 硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料 不断涌现
2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题 为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法
➢ 非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能量或其 组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材料被去除、累 加、变形或改变性能等
第7章 机械制造技术的发展
本章要点
了解非传统加工方法特点，超声波加工、电火花加工、 激光加工、快速原型制造的工作原理和应用（7.1） 了解精密与超精密加工的概念和特点，金刚石超精密 车削加工特点及应用，超硬磨料精密磨削特点及关键技 术，离子束加工特点及应用，纳米技术内涵和扫描电镜 工作原理，微机电系统组成及特征（7.2） 了解刚性自动化、柔性自动化和综合自动化的特征， 理解 Groover 产品寿命周期模型，了解 FMS 的组成及特 点，机械制造自动化的发展趋势（7.3）