第七節(jié) 特種加工機床
特種加工機床主要用于一般切削方法難以加工（如材料性能特殊、形狀復雜）的工件?！ ?BR> 一、電火花加工
電火花加工是直接利用電能對零件進行加工的一種方法。
加工原理：當工具電極與工件電極在絕緣體中靠近達到一定距離時，形成脈沖放電，在放電通道中瞬時產生大量熱能，使工件局部金屬熔化甚至氣化，并在放電爆炸力的作用下，把熔化的金屬拋出，達到蝕除金屬的目的?！ ?BR> 電火花加工設備應由以下部分組成：
1.脈沖電源。脈沖電源是放電蝕除的供能裝置，它產生具有足夠大能量密度的電脈沖，加在工件與工具電極上，產生脈沖放電。
2.間隙自動調節(jié)器。為使工件與工具電極間的脈沖放電正常進行，就必須使其保持一定間隙。間隙過大，工作電壓擊不穿液體介質；間隙過小，則形成短路，也無法放電。因此，必須用間隙自動調節(jié)器，自動調節(jié)極間距離，使工具電極的進給速度與電蝕速度相適應。
3.機床本體。用來實現工件和工具電極的裝夾、固定及調整其相對位置精度等的機械系統(tǒng)。
4.工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)?；鸹ǚ烹姳仨氃诮^緣液體介質中進行，否則，不能擊穿液體介質，形成放電通道，也不能排除懸浮的金屬微粒和冷卻表面。
電火花加工方式很多，常見的有成型加工、穿孔加工、電火花切割加工、電火花磨削以及電火花雕刻花紋等。
（一）電火花成形加工機床
主要由脈沖電源箱、工作液箱和機床本體組成。
機床本體由主軸頭、工作臺、床身和立柱組成。其中，主軸頭是電火花成型加工機床的關鍵部件，它和間隙自動調節(jié)裝置組成一體。主軸頭的性能直接影響電火花成形加工的加工精度和表面質量。
工作臺的作用是支承和裝夾工件?？荚囌搲?BR> （二）電火花切割加工機床
電火花切割加工機床是利用一根運動著的金屬絲（鉬絲或硬性黃銅絲），作為工具電極，在工具電極和工件電極之間通以脈沖電流，使之產生電腐蝕，工件被切割成所需要的形狀。
數控電火花切割機床由機床本體、數控裝置、脈沖電源和工作液循環(huán)系統(tǒng)四大部分組成。其中，坐標工作臺由上、下兩層拖板構成，兩層拖板的長絲杠分別由兩個步進電動機驅動，工作臺上裝有工件安放架。
（三）電火花加工特點
1.加工硬、脆、軟、韌、高熔點、高純度的導電材料；
2.無切削力，可以加工薄壁件；
3.加工中不受熱的影響，提高加工質量；
4.參數可調節(jié)，可以進行不同的加工；
5.直接使用電能加工，便于實現自動化?！ ?BR> 【例題·單選題】下列關于電火花加工特點的敘述中，不正確的是（?。?。
A.可以加工任何硬、脆、韌、高熔點、高純度的導電、非導電材料
B.適于加工小孔、薄壁、窄槽及具有復雜截面的零件
C.加工中幾乎不受熱的影響，因此可以減少熱影響層，提高加工后的工件質量
D.由于脈沖參數可調節(jié)，因此在同一臺機床上可以進行粗、半精、精加工
『正確答案』A
『答案解析』電火花加工不能加工非導電材料。
【例題·單選題】（2009）必須配置間隙自動調節(jié)器的機床是（?。?。
A.超精加工磨床
B.電火花成型加工機床
C.超聲波加工機床
D.激光加工機床
『正確答案』B
『答案解析』由于在電火花成型加工機床中，工件與工具極間需要脈沖放電，所以需要有一定的間隙。
二、超聲波加工
（一）超聲波加工原理
超聲波換能器利用鐵、鈷、鎳等合金磁性材料在交變磁場作用下其尺寸發(fā)生伸長和縮短這一特性（這種現象稱之為磁致伸縮效應），將高頻電振蕩變?yōu)楦哳l機械振動，再借助變幅桿把振幅放大，驅使工具振動，從而錘擊工件表面的磨料，通過磨料加工工件的表面。
（二）超聲波加工機床的組成考試論壇
1.超聲電源。將50Hz的交流電變?yōu)?5kHz～30kHz的高頻振蕩（超聲波）電源，供給超聲波換能器。其功率為20~4000W。
2.超聲振動系統(tǒng)。由超聲換能器和變幅桿組成。變幅桿可以做成錐形、曲線形和階梯形。
3.超聲波加工機床本體。由超聲波加工機床本體由工作頭、工作臺、立柱、磨料、工作液循環(huán)系統(tǒng)部分組成。
（三）超聲波加工特點
1.適用于加工各種硬脆材料，尤其是電火花難以加工的不導電材料，如玻璃、陶瓷、金剛石等；
2.由于在加工中工具通常不需要旋轉，因此易于加工出各種復雜形狀的型孔、型腔、成型表面等；
3.加工過程中受力很小，適于加工薄壁、薄片等不能承受較大機械應力的零件。
三、激光加工
激光是一種亮度高、方向性強、單色性好的相干光，它可以把能量高度集中在特定的小面積上，激光加工就是利用這一特性實現的。
（一）加工原理
利用激光的高溫高能量，把被加工的材料急劇熔化或氣化，并利用沖擊波去除多余物質。
目前主要用于打孔和切割。
（二）激光加工裝置
激光加工裝置由激光器、電源、光學系統(tǒng)和機械系統(tǒng)四大部分組成。
激光器
電能變成光能，產生所需要的激光束
電源
激光器提供所需要的能量，包括電壓控制、儲能電容組、時間控制及觸發(fā)器等
光學系統(tǒng)
把激光引向聚焦物鏡，調整焦點位置，使激光聚焦在加工工件上
機械系統(tǒng)
固定各部件的基準，包括工作臺，電機控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等。
（三）激光加工特點
1.不受材料性能限制，幾乎所有金屬材料和非金屬材料都能加工；
2.加工時不需用刀具，屬于非接觸加工，無機械加工變形；
3.加工速度極高，熱影響區(qū)小，易于實現自動化生產和流水作業(yè)；
4.可通過透明介質（如玻璃）進行加工，這對某些特殊情況（例如在真空中加工）是十分有利的。
【例題·單選題】（2007）激光加工裝置由激光器、電源、光學系統(tǒng)及機械系統(tǒng)四大部分組成，其中光學系統(tǒng)的作用是（ ）。
A.將電能變成光能
B.將光能變成電能
C.將激光聚焦在被加工工件上
D.為激光器提供所需要的能量
『正確答案』C
『答案解析』激光器的功能為電能轉換為光能；電源為激光器提供所需要的能量。
特種加工機床主要用于一般切削方法難以加工（如材料性能特殊、形狀復雜）的工件?！ ?BR> 一、電火花加工
電火花加工是直接利用電能對零件進行加工的一種方法。
加工原理：當工具電極與工件電極在絕緣體中靠近達到一定距離時，形成脈沖放電，在放電通道中瞬時產生大量熱能，使工件局部金屬熔化甚至氣化，并在放電爆炸力的作用下，把熔化的金屬拋出，達到蝕除金屬的目的?！ ?BR> 電火花加工設備應由以下部分組成：
1.脈沖電源。脈沖電源是放電蝕除的供能裝置，它產生具有足夠大能量密度的電脈沖，加在工件與工具電極上，產生脈沖放電。
2.間隙自動調節(jié)器。為使工件與工具電極間的脈沖放電正常進行，就必須使其保持一定間隙。間隙過大，工作電壓擊不穿液體介質；間隙過小，則形成短路，也無法放電。因此，必須用間隙自動調節(jié)器，自動調節(jié)極間距離，使工具電極的進給速度與電蝕速度相適應。
3.機床本體。用來實現工件和工具電極的裝夾、固定及調整其相對位置精度等的機械系統(tǒng)。
4.工作液及其循環(huán)過濾系統(tǒng)?；鸹ǚ烹姳仨氃诮^緣液體介質中進行，否則，不能擊穿液體介質，形成放電通道，也不能排除懸浮的金屬微粒和冷卻表面。
電火花加工方式很多，常見的有成型加工、穿孔加工、電火花切割加工、電火花磨削以及電火花雕刻花紋等。
（一）電火花成形加工機床
主要由脈沖電源箱、工作液箱和機床本體組成。
機床本體由主軸頭、工作臺、床身和立柱組成。其中，主軸頭是電火花成型加工機床的關鍵部件，它和間隙自動調節(jié)裝置組成一體。主軸頭的性能直接影響電火花成形加工的加工精度和表面質量。
工作臺的作用是支承和裝夾工件?？荚囌搲?BR> （二）電火花切割加工機床
電火花切割加工機床是利用一根運動著的金屬絲（鉬絲或硬性黃銅絲），作為工具電極，在工具電極和工件電極之間通以脈沖電流，使之產生電腐蝕，工件被切割成所需要的形狀。
數控電火花切割機床由機床本體、數控裝置、脈沖電源和工作液循環(huán)系統(tǒng)四大部分組成。其中，坐標工作臺由上、下兩層拖板構成，兩層拖板的長絲杠分別由兩個步進電動機驅動，工作臺上裝有工件安放架。
（三）電火花加工特點
1.加工硬、脆、軟、韌、高熔點、高純度的導電材料；
2.無切削力，可以加工薄壁件；
3.加工中不受熱的影響，提高加工質量；
4.參數可調節(jié)，可以進行不同的加工；
5.直接使用電能加工，便于實現自動化?！ ?BR> 【例題·單選題】下列關于電火花加工特點的敘述中，不正確的是（?。?。
A.可以加工任何硬、脆、韌、高熔點、高純度的導電、非導電材料
B.適于加工小孔、薄壁、窄槽及具有復雜截面的零件
C.加工中幾乎不受熱的影響，因此可以減少熱影響層，提高加工后的工件質量
D.由于脈沖參數可調節(jié)，因此在同一臺機床上可以進行粗、半精、精加工
『正確答案』A
『答案解析』電火花加工不能加工非導電材料。
【例題·單選題】（2009）必須配置間隙自動調節(jié)器的機床是（?。?。
A.超精加工磨床
B.電火花成型加工機床
C.超聲波加工機床
D.激光加工機床
『正確答案』B
『答案解析』由于在電火花成型加工機床中，工件與工具極間需要脈沖放電，所以需要有一定的間隙。
二、超聲波加工
（一）超聲波加工原理
超聲波換能器利用鐵、鈷、鎳等合金磁性材料在交變磁場作用下其尺寸發(fā)生伸長和縮短這一特性（這種現象稱之為磁致伸縮效應），將高頻電振蕩變?yōu)楦哳l機械振動，再借助變幅桿把振幅放大，驅使工具振動，從而錘擊工件表面的磨料，通過磨料加工工件的表面。
（二）超聲波加工機床的組成考試論壇
1.超聲電源。將50Hz的交流電變?yōu)?5kHz～30kHz的高頻振蕩（超聲波）電源，供給超聲波換能器。其功率為20~4000W。
2.超聲振動系統(tǒng)。由超聲換能器和變幅桿組成。變幅桿可以做成錐形、曲線形和階梯形。
3.超聲波加工機床本體。由超聲波加工機床本體由工作頭、工作臺、立柱、磨料、工作液循環(huán)系統(tǒng)部分組成。
（三）超聲波加工特點
1.適用于加工各種硬脆材料，尤其是電火花難以加工的不導電材料，如玻璃、陶瓷、金剛石等；
2.由于在加工中工具通常不需要旋轉，因此易于加工出各種復雜形狀的型孔、型腔、成型表面等；
3.加工過程中受力很小，適于加工薄壁、薄片等不能承受較大機械應力的零件。
三、激光加工
激光是一種亮度高、方向性強、單色性好的相干光，它可以把能量高度集中在特定的小面積上，激光加工就是利用這一特性實現的。
（一）加工原理
利用激光的高溫高能量，把被加工的材料急劇熔化或氣化，并利用沖擊波去除多余物質。
目前主要用于打孔和切割。
（二）激光加工裝置
激光加工裝置由激光器、電源、光學系統(tǒng)和機械系統(tǒng)四大部分組成。
激光器
電能變成光能，產生所需要的激光束
電源
激光器提供所需要的能量，包括電壓控制、儲能電容組、時間控制及觸發(fā)器等
光學系統(tǒng)
把激光引向聚焦物鏡，調整焦點位置，使激光聚焦在加工工件上
機械系統(tǒng)
固定各部件的基準，包括工作臺，電機控制系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)等。
（三）激光加工特點
1.不受材料性能限制，幾乎所有金屬材料和非金屬材料都能加工；
2.加工時不需用刀具，屬于非接觸加工，無機械加工變形；
3.加工速度極高，熱影響區(qū)小，易于實現自動化生產和流水作業(yè)；
4.可通過透明介質（如玻璃）進行加工，這對某些特殊情況（例如在真空中加工）是十分有利的。
【例題·單選題】（2007）激光加工裝置由激光器、電源、光學系統(tǒng)及機械系統(tǒng)四大部分組成，其中光學系統(tǒng)的作用是（ ）。
A.將電能變成光能
B.將光能變成電能
C.將激光聚焦在被加工工件上
D.為激光器提供所需要的能量
『正確答案』C
『答案解析』激光器的功能為電能轉換為光能；電源為激光器提供所需要的能量。