教案
2017 ―2018 学年第一学期
所属学院 _ 机电与汽车工程学院
教研室数控机电教研室
课程名称 _ 先进制造技术
适用班级 _ 15数控/机电/应电
主讲教师 ___ 呼昊 __
职称 __ 高级工程师 ____
2017 年 9月 5 日
厦门华天涉外职业技术学院教务处制
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教学基本内容
方法及手段第三章先进制造工艺技术
第一节概述
一、机械制造工艺的定义和内涵
机械制造工艺：是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位
置，使之称为产品的方法或半成品的方法和过程。

毛坯和零件成形——铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压
塑…
机械加工——切削、磨削、特种加工
材料改性与处理——热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂…
机械装配——把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机
讲授、讨论
械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作
零件成形方法
•受迫成形在特定边界和外力约束下成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注
射成形等；
•去除成形将材料从基体中分离出去成形，如车、铣、刨、磨、电火花、
激光切割；
•堆积成形将材料有序地合并堆积成形，如快速原形制造、焊接等。

二、先进制造工艺的产生和发展
先进制造工艺是在传统
的机械制造工艺基础上发展来
的，优化后的工艺和新型加工
方法。

是核心和基础。

（1）制造加工精度不断
提高 18世纪，1mm；19世
纪，0.05mm；20世纪，
0.001mm千分尺和光学比较
仪，微米级；最近一二十年，
10nm级。

优化加工方法；开发和研制新型刀具材料；研制超精密机床；对加工精度进
行监控。

（2）切削加工速度迅速提高
讲授、讨论刀具材料发展。

20世纪前，碳素钢，耐热温度低于200，切削速度不超
过10m/min；
20世纪初，高速刚，温度可达500～600，切削速度30～40m/min; 20世
纪30年代，硬质合金，800～1000，速度可达100m/min；陶瓷刀具、金刚
石刀具、立方氮化硼刀具，耐热温度达1000以上，切削速度可达1000m/min
以上。

（3）新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革
超硬材料、超塑材料、高分子材料、复合材料、工程陶瓷、非晶与微晶合
金、功能材料。

改善刀具材料的切削性能，改进设备；新型的制造工艺，电
火花、电解、超声波、电子束、离子束加工。

（4）自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率
微电子、计算机、自动检测和控制技术与制造工艺技术相结合，多种自动
化。

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2. 切削理论的提出
泰勒（Frederick W.Taylor）是最早研究金属切削机理的学者之一。

提出了
传统的切削速度和刀具寿命的关系为线性，即刀具的速度越高，刀具的磨损越
快。

但在实际生产中出现了违反这一规律的现象。

由德国Carl Salmon 博士,在1931 年4 月，根据实验曲线，提出著名的“萨洛
蒙曲线”和高速切削理论。

Carl Salmon萨洛蒙对铝和铸铜等有色金属进行了高速实验，所得结果图中
的实线所示。

虚线是推算出来的，并没有经过实验验证。

萨洛蒙指出：A 区（常规切削区），切削速度t 随切削温度v 的提高而升
高，但是在B 区（不可用切削区），当速度v增大到某一数值v0 后（ v 0的
大小同工件材料的种类有关）， v 再增大， t 反而下降了。

由于在这个区域，t 太高，任何刀具材料都无法接受，切削加工不可能进
行，因此，这个区域被称之为“死谷”。

C区，高速切削区。

讲授、讨论
1952年美国R.L.Vaughn教授首次主持了高
速加工试验：将刀具装在炮里从滑台射向工
件或将工件当作子弹射向固定的刀具。

结果是随着切削速度的提高，塑性材料的切削形态将从带状、片状向碎屑
不断演变；单位切削力初期呈上升趋势，尔后急剧下降；刀具磨损减少了
95％。

切除率可提高50～1000倍。

1970年美国空军和海军先后也进行了一系列的高速铣削试验。

指出：可以
大大缩短零件的加工过程，提高生产率。

铣削力减少了70%，可以实现厚度为
0.33mm薄筒件的铣削。

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★对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用
的50%以上。

采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从
而可降低模具生产成本。

电极制造
1毛坯→2粗铣→3半精铣→4热处理→5电火花加工→6精铣→7手工磨修
a）传统模具加工的过程
1硬化毛坯→2粗铣→3半精铣→4精铣→5手工磨修
b）高速模具加工的过程
图两种模具加工过程比较
2009-3-9129 40000m/min，进给速度8m/min。

整体加工时间为29min，提高了工具电极的加工速度。

）难加工材料领域。

硬金属材料（HRC55～62），可代替磨削，精度可达IT5~IT6级，粗糙度可达0.2～1微米。

（5）超精密微细切削加工领域。

电路板上有许多0.5mm左右的小孔，
用高速加工。

2009-3-9135
陶瓷轴承超高速主轴
陶瓷球轴
承密封圈旋转变压
器
电主轴陶瓷球轴承冷却水出
口
冷却水入
口❑陶瓷轴承高速主轴结构
2009-3-9138前辅助轴承电主轴双面轴向
推力轴承前径向轴承后径向轴承后辅助轴承
前径向传感器
后径向传感器轴向传感器磁浮轴承超高速主轴❑磁浮轴承主轴结构
2. 快速进给系统
机床工作台要有很高进给速度为60m/min 以上，特殊情况可达
120m/min ，甚至更高；高加速度，一般要求1～2g 精度；高可靠性和高安全性；合理的成本。

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(a)线切割示意图(b)装置结构
图2.1-2 电火花线切割加工原理
1-绝缘底板；2-工件；3-脉冲电源；4-钼丝；5-导向轮；6-支架；7-储丝筒
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图4.1-5 激光加工原理图
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图4.1-6 固体激光器结构示意图
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图1.1-2 脉冲电源电压波形
图1.1-3 电火花加工系统原理示意图
1-工件；2-脉冲电源；3-自动进给调节系统；
4-工具；5-工作液；6-过滤器；7-工作液泵。