第一篇：現(xiàn)代加工技術(shù)報(bào)告

現(xiàn)代加工制造技術(shù)

現(xiàn)代加工制造技術(shù)課程設(shè)計(jì)(論文)

設(shè)計(jì)（論文）題目五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工

學(xué)院名稱(chēng)核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué)生姓名嚴(yán)亞鵬

學(xué)生學(xué)號(hào)201106040419 任課教師孫未老師 設(shè)計(jì)（論文）成績(jī)

教務(wù)處制 2015年1月3日

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填寫(xiě)說(shuō)明

1、專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)填寫(xiě)為專(zhuān)業(yè)全稱(chēng)，有專(zhuān)業(yè)方向的用小括號(hào)標(biāo)明；

2、格式要求：格式要求：

① 用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打印）或在A4大小紙上用藍(lán)黑色水筆書(shū)寫(xiě)。② 打印排版：正文用宋體小四號(hào)，1.5倍行距，頁(yè)邊距采取默認(rèn)形式（上下2.54cm，左右2.54cm，頁(yè)眉1.5cm，頁(yè)腳1.75cm）。字符間距為默認(rèn)值（縮放100%，間距：標(biāo)準(zhǔn)）；頁(yè)碼用小五號(hào)字底端居中。③ 具體要求：

題目（二號(hào)黑體居中）；

摘要(“摘要”二字用小二號(hào)黑體居中，隔行書(shū)寫(xiě)摘要的文字部分，小4號(hào)宋體)； 關(guān)鍵詞（隔行頂格書(shū)寫(xiě)“關(guān)鍵詞”三字，提煉3-5個(gè)關(guān)鍵詞，用分號(hào)隔開(kāi)，小4號(hào)黑體)；

正文部分采用三級(jí)標(biāo)題；

第1章 ××(小二號(hào)黑體居中，段前0.5行)1.1 ×××××小三號(hào)黑體×××××（段前、段后0.5行）1.1.1小四號(hào)黑體（段前、段后0.5行）

參考文獻(xiàn)（黑體小二號(hào)居中，段前0.5行），參考文獻(xiàn)用五號(hào)宋體，參照《參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則（GB/T 7714－2005）》。

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目錄

第1節(jié)---第2節(jié)---

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摘要

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五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工

第1章五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)

1.1 多軸數(shù)控機(jī)床概述

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床是多軸機(jī)床中非常有典型的代 表，它可以對(duì)任意復(fù)雜曲面的零件進(jìn)行加工。通過(guò)大力研究五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的結(jié)構(gòu)模型，可以對(duì)機(jī) 床的運(yùn)動(dòng)原理深入理解，結(jié)合具體的機(jī)床情況，來(lái)對(duì)后處理程序進(jìn)行科學(xué)的編制，以此來(lái)更好的 對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工。具體來(lái)講，五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的組 成可以分為回轉(zhuǎn)軸和平動(dòng)軸，前者有兩個(gè)，后者 有三個(gè)。又可以將其分為三種形式，分別為刀具 雙擺動(dòng)、工作臺(tái)雙旋轉(zhuǎn)以及兩者共同擺動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，這種劃分的依據(jù)是旋轉(zhuǎn)軸具體結(jié)構(gòu)的差異。定向 軸指的是旋轉(zhuǎn)軸法向矢量固定的軸，那么矢量會(huì) 出現(xiàn)改變的軸就為變向軸。五軸機(jī)床可以進(jìn)行刀 具雙擺動(dòng)，那么對(duì)于大型零件的復(fù)雜曲面都可以 進(jìn)行加工，這樣擁有的性能就比較的優(yōu)良。1.2五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床產(chǎn)生的背景、五軸加工中心也叫五軸聯(lián)動(dòng)加工中心,是一種科技含量高、精、密度高專(zhuān)門(mén)用于加工復(fù)雜曲面的加工中心,這種加工中心系統(tǒng)對(duì)一 個(gè)國(guó)家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè) 有著舉足輕重的影響力。目前,五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控加工中心系統(tǒng)是解決 葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī) 曲軸等等加工的唯一手段。五軸聯(lián)動(dòng)加工中心有高效率、高精度的特點(diǎn),工件一次裝夾就可完成復(fù)雜的加工。能夠適應(yīng)像汽車(chē)零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代產(chǎn) 品與模具的加工。五軸加工中心是一種高科技的手段,它讓不可能 變成了可能,一切的空間曲面,異型加工都可以完成實(shí)現(xiàn)。它不但能 夠完成復(fù)雜工件完成機(jī)械化加工的任務(wù),而且還能夠快速提高加工效率,縮短加工流程。1.3五維多軸聯(lián)動(dòng)的基本定義

通常的數(shù)控機(jī)床都是三維的,從數(shù)學(xué)意義上分類(lèi),維數(shù)是指機(jī)床在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所涉及的坐標(biāo)系;軸數(shù)是指有幾根主軸(不包括次要的軸);聯(lián)動(dòng)是指可以同時(shí)運(yùn)動(dòng)并參與插補(bǔ)維數(shù)的主軸數(shù)。例如,有5 根主軸,可以同時(shí)運(yùn)動(dòng),沒(méi)有互鎖,但僅能在三維內(nèi)實(shí)現(xiàn)同時(shí)運(yùn)動(dòng)并完成插補(bǔ),這個(gè)數(shù)控機(jī)床是三維聯(lián)動(dòng)五主軸同動(dòng)數(shù)控機(jī)床。只是具有xyz三個(gè)紙箱坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)的五根軸的三維數(shù)控機(jī)床,即三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。在通常的定義中,許多人把主軸的成都理工大學(xué)

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個(gè)數(shù)與機(jī)床運(yùn)動(dòng)的維數(shù)搞混,把聯(lián)動(dòng)和同動(dòng)搞混,把幾個(gè)軸作為衡量數(shù)控機(jī)床水平是不嚴(yán)密的。本文的“五軸聯(lián)動(dòng)”是簡(jiǎn)稱(chēng),嚴(yán)格的講應(yīng)該是五維多軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床。五軸數(shù)控機(jī)床一般是指五個(gè)數(shù)字控制系統(tǒng)在五個(gè)坐標(biāo)軸系內(nèi)同時(shí)完成運(yùn)動(dòng)和插補(bǔ)的機(jī)床。通常必須具有xyz三個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)外,另外還有兩個(gè)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸坐標(biāo)。數(shù)控機(jī)床的聯(lián)動(dòng)是指三個(gè)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)x、y、z和A、B、C三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)中任意兩個(gè)坐標(biāo)的組合。通常我們定義:繞x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系分別為A、B、C軸,具體位置關(guān)系見(jiàn)圖1。一般它們都采用線(xiàn)性插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。在實(shí)際工程中,這些數(shù)控軸卻不一定全部都同時(shí)參與插補(bǔ)和實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),其中有多少數(shù)控軸可以同時(shí)參與插補(bǔ)和實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),其中有多少數(shù)控軸可以同時(shí)參與位置點(diǎn)計(jì)算和插補(bǔ)計(jì)算的就叫幾維聯(lián)動(dòng), 通常被我們稱(chēng)為幾軸聯(lián)動(dòng)。于是,我們就會(huì)聽(tīng)到這種講法:5軸4聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、5軸9聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床等等。1.4五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床加工的造型和編程

五軸加工一般不可能再用手工編程,編制加工程序必須采用 CAD/CAM系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展,CAD/CAM技術(shù)在五軸聯(lián)動(dòng)、五面體加工等高端的應(yīng)用也已經(jīng)相當(dāng)廣泛,在中國(guó),引進(jìn)的有關(guān) CAD/CAM系統(tǒng)就有Cimatron,Delcam,Mastercam,UG,Solidege, Solid-works, Pro/Engineer等,國(guó)內(nèi)自主品牌的CAD/CAM系統(tǒng)幾乎只有北航海爾的CAXA系統(tǒng)。對(duì)于五軸加工,根據(jù)不同的加工對(duì)象, 這些系統(tǒng)各有所長(zhǎng),比如說(shuō),在磨具制造的五軸加工方面,Delcam的Powermill功能在特征技術(shù)、后處理、干涉檢查、加工循環(huán)和仿真切削等方面都比較強(qiáng)大,操作使用方便。針對(duì)不同的加工行業(yè)和加工對(duì)象,好的CAM系統(tǒng)都有相應(yīng)的軟件包,專(zhuān)業(yè)專(zhuān)用,很難有一種軟件可以包打天下。1.5五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床優(yōu)勢(shì)

五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的使用比三軸機(jī)床要復(fù)雜許多,使用成本也高出許多,對(duì)編程、操作人員的要求也要高出許多,但是采用五軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床可以一次裝夾工件,完成除了裝夾面以外的其它所有面的加工, 有效的解決了多次裝夾引起的誤差,節(jié)省了裝夾時(shí)間;其次是可以做到普通三軸機(jī)床因刀具“干涉”而不能加工的工件,如葉輪等。因此,使用五軸機(jī)床可以高效的加工出三軸機(jī)床不可能得到的高精度的零件。

第2章五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)研究

為了解決難加工材料、薄壁、復(fù)雜型面和低剛度零件的加工難題，基于電解一機(jī)械復(fù)合加工原理，分別研究了五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)、五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形加工技術(shù)和五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控單向走絲電火花線(xiàn)切割加工技術(shù)。

2.1五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工技術(shù)集成了數(shù)控、電解加工和機(jī)械磨削的優(yōu)勢(shì)，成都理工大學(xué)

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采用旋轉(zhuǎn)的具有內(nèi)噴功能的復(fù)合陰極作為工具，在復(fù)合陰極的表面選擇性復(fù)合鍍或鑲嵌金剛砂，金剛砂起到絕緣、確保電解加工間隙和刮除工件陽(yáng)極鈍化膜的作用。在加工過(guò)程中，復(fù)合陰極接直流脈沖電源的負(fù)極，工件接直流脈沖源的正極，在復(fù)合陰極與工件之間噴人電解液，復(fù)合陰極相對(duì)工件作數(shù)控展成運(yùn)動(dòng)，基于電解一機(jī)械磨削復(fù)合加工的原理加工出復(fù)雜的零件。基于電解一機(jī)械磨削復(fù)合加工的原理，實(shí)驗(yàn)室研制開(kāi)發(fā)了一臺(tái)五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工機(jī)

床，該機(jī)床已獲國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(ZL200810023—230．4)。在五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工機(jī)床上，通過(guò)更換不同的復(fù)合陰極，可進(jìn)行數(shù)控電解復(fù)合鉆削、鏜銑削、切割、磨削和拋光等加工。圖2是五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合摳挖加工的結(jié)果。圖中復(fù)合陰極為簡(jiǎn)單的細(xì)長(zhǎng)回轉(zhuǎn)體，復(fù)合陰極相對(duì)工件作五軸聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，可摳挖加工出復(fù)雜形狀的零件，且被摳挖出的零件是完整的一塊，這對(duì)貴金屬材料的加工具有特別重要的意義。通過(guò)一次裝夾可實(shí)現(xiàn)對(duì)同一個(gè)工件進(jìn)行粗加

工、精加工和拋光加工。該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：①以簡(jiǎn)單形狀的復(fù)合陰極就可加工零件的復(fù)雜型面；②主要靠電化學(xué)陽(yáng)極溶解的原理去除工件余量，宏觀機(jī)械切削力小，表面金相組織不發(fā)生變化，可加工窄縫、窄槽、薄壁和低剛度零件；③可加工各種高硬度、高韌性和高耐磨性金屬難加工材料；④比機(jī)械磨削和電火花加工有更高的加工效率，比電解加工有更高的加工精度；⑤復(fù)合陰極工具基本無(wú)損耗。這些特點(diǎn)將使傳統(tǒng)的機(jī)械加工理念發(fā)生重大變化，如：可先安排淬硬熱處理工藝，然后對(duì)工件進(jìn)行粗加工、精加工和拋光加工；可將整塊材料從工件上切

除，而這些整塊材料還可再利用。這對(duì)于節(jié)約資源、降低能耗、消除熱處理變形、提高加工精度和生產(chǎn)效率等方面具有十分重要的意義。2.2五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形加工技術(shù)

為了解決我國(guó)航天航空、精密模具、發(fā)電設(shè)備等關(guān)鍵制造領(lǐng)域的鈦合金、高溫合金材料帶葉冠整體式渦輪盤(pán)類(lèi)零件和復(fù)雜模具的高效精密加工問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室從瑞士引進(jìn)了一臺(tái)FORM300四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控精密電火花成形機(jī)床，從德國(guó)引進(jìn)了伺服控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)B軸(定位精度±5”)，組成了一臺(tái)五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形加工機(jī)床(圖5)，開(kāi)展了五軸聯(lián)動(dòng)精密數(shù)控電火花成形加工技術(shù)的研究。

2.3五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控單向走絲電火花線(xiàn)切割加工技術(shù)

為了解決我國(guó)航天航空、軍工、模具等行業(yè)的三維復(fù)雜直紋面精密零件的高效、微細(xì)、精密切割加工 問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)室從日本引進(jìn)了一臺(tái)FA20PS Advance四軸聯(lián)動(dòng)精密數(shù)控單向走絲線(xiàn)切割加工機(jī)床，從德 國(guó)引進(jìn)了伺服控制回轉(zhuǎn)工作臺(tái)B軸(定位精度±5”)，組成了一臺(tái)五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控單向走絲電火花線(xiàn)切割加工機(jī)床，對(duì)五軸聯(lián)動(dòng)精密數(shù)控單向走絲電火花線(xiàn)切割加工技術(shù)進(jìn)行研究。采用五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控單向走絲電火花線(xiàn)切割機(jī)床加工螺旋槳注塑模型腔，效果很好。塑料螺旋槳產(chǎn)品滿(mǎn)足了國(guó)外客商的要求，其模具加工技術(shù)處于 國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

2.3.1五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電加工技術(shù)為難加工材料整

體結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件和低剛度、薄壁、細(xì)長(zhǎng)零件的加工提 供了有效手段，特別適合航空、航天和模具行業(yè)等精密復(fù)雜零部件的成形加工。

2.3.2五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工機(jī)床和五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電火花成形機(jī)床的加工對(duì)象基本相同。但是，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控電解機(jī)械復(fù)合加工機(jī)床具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，其加工效率一般是電火花加工的10倍 左右。此外，還可用于零件的電化學(xué)復(fù)合拋光加工。2.3.3五軸五聯(lián)動(dòng)數(shù)控單向走絲電火花線(xiàn)切割加工機(jī)床屬于技術(shù)高度密集和復(fù)雜的特種加工機(jī)床產(chǎn)品，堪稱(chēng)電加工機(jī)床皇冠上的明珠，主要用于三維復(fù) 雜直紋面的高效、微細(xì)、精密切割，加工精度高，表面質(zhì)量好，是我國(guó)航天航空、軍工、模具等行業(yè)精密

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零件加工不可或缺的關(guān)鍵設(shè)備。

第3章五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床的研發(fā)

與傳統(tǒng)高速鋼刀具相比，整體硬質(zhì)合金刀具的特點(diǎn)是硬度高、脆性大，且工作曲面形狀復(fù)雜，利用傳統(tǒng)加工方法難以滿(mǎn)足要求，一般采用數(shù)控工具磨床加工。而五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床是高效、高質(zhì)量磨削，制造精密、復(fù)雜形狀刀具的

高、精、尖關(guān)鍵設(shè)備，也是各類(lèi)數(shù)控機(jī)床中結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、自動(dòng)化程度高、精度和可靠性要求高的機(jī)電一體化高技術(shù)產(chǎn)品，對(duì)其研究開(kāi)發(fā)具有相當(dāng)大的技術(shù)難度。因此，五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床為目前業(yè)界公認(rèn)的精度及可靠度要求極高的工具機(jī)，全世界目前只有少

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數(shù)幾家廠商具備研發(fā)生產(chǎn)能力。

3.1．五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控工具磨床機(jī) 構(gòu)模型

工具磨床作為一種高精密的數(shù)控裝備，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，精度要求高。一般由機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)部件(砂輪)、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件、輔助部件和機(jī)座等組成。圖1為傳統(tǒng)的萬(wàn)能工具磨床工作臺(tái)結(jié)構(gòu)形式。該結(jié)構(gòu)屬于搖臂式，磨頭可以水平擺動(dòng)和垂直擺動(dòng)，磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)采用兩個(gè)齒輪傳動(dòng)鏈，為了能夠完成較多的加工要求，工作臺(tái)除

了有直線(xiàn)傳動(dòng)之外，還在圓周方向上有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和分度運(yùn)動(dòng)。但由于采用兩軸傳動(dòng)鏈、多級(jí)齒輪傳動(dòng)的方式，且傳動(dòng)鏈長(zhǎng)，故精度很難保證；另外，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造裝配工藝要求高，不易于維護(hù)。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外機(jī)床工作臺(tái)的典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，一般層疊式工作臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，而立柱式工作臺(tái)可以使剛度得到較好的保證。3.2．關(guān)鍵零部件的受力分析

五軸工具磨床是精度要求很高的機(jī)床，關(guān)鍵零部件的剛性是決定精度 的重要因素之一；在機(jī)床設(shè)計(jì)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員對(duì)關(guān)鍵零部件作了應(yīng)力分 析，對(duì)工件施加一定的壓力或力矩，觀察各部位的受力變形情況，具體如 I。

(1)機(jī)臺(tái)底座的受力分析：底座是鑄造件(見(jiàn)圖4)，是整機(jī)的重要受力件，其剛性影響機(jī)床的加工精度，具體的受力分析如圖5所示。向該工件施加規(guī)定的重力 后，最大的變形量為0．4 um，分析得知滿(mǎn)足機(jī)臺(tái)的剛性要求(見(jiàn)表1)。

(2)z軸滑座的受力分析：z軸滑座為鑄造件(見(jiàn)圖6)，是Z軸的受力件，支撐著砂輪主軸和Z軸滑蓋的上下運(yùn)動(dòng)，如果剛性不好，影響z軸的行走平行精度，它也是一個(gè)剛性要求較高的工件。具體的受力分析如圖7所示。如表2所示，最大的變形量為0．0 026 um，滿(mǎn)足機(jī)臺(tái)的剛性要求。

(3)x軸滑臺(tái)的受力分析：m軸滑臺(tái)也是一個(gè)受力較大的工件(見(jiàn)圖8)，主要是受y軸的重力和z軸的重力與加速度產(chǎn)生的沖擊力，具體的受力分析情況如圖9所

示。如表3所示，最大的變形量為0．6 um，符合機(jī)臺(tái)的剛性要求。綜上所述，在3個(gè)主要的支撐零部件施加兩倍的支撐重物重力的壓力，而最大的變形量都在1“m內(nèi)，可以確定剛性符合要求。3.3．加工工藝

采用數(shù)控機(jī)床加工，鉆模板不再擔(dān)負(fù)導(dǎo)向作用，厚度明顯減?。蝗∠麑?dǎo)向限位接桿，僅保留鉸刀，縮短刀具長(zhǎng)度，刀具強(qiáng)度、剛度顯著增強(qiáng)，確保了3wq-精度。在加工工藝方面，我們進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。精銑底面工序以往安排在加工氣門(mén)閥座孔之前，而加工氣門(mén)閥座和導(dǎo)管孔時(shí)容易對(duì)加工好的底面造成損傷，為消除這一弊端，采取先加工氣門(mén)閥座和導(dǎo)管孔，再進(jìn)行精銑底面工序，使底面的平面度和表面粗糙度得以保證，提高了氣門(mén)閥座和導(dǎo)管孔的加工精度。隨著刀具材料和專(zhuān)用刀具的不斷發(fā)展，加工中心性能的提高，工藝方法的不斷改進(jìn)，將進(jìn)一步提高氣門(mén)閥座和導(dǎo)管孔的加工精度，提高產(chǎn)品的正品率及加工效率。

第4章五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控技術(shù)的加工案例分析

在本加工案例中，選擇的是某種小轎車(chē)的汽 車(chē)模型，經(jīng)過(guò)一次裝卡，加工全部完成。具體來(lái) 講，從這些方面來(lái)進(jìn)行分析：本小轎車(chē)的尺寸為 450mm×290mm×220mm，加工曲面比較的復(fù)雜，將代木設(shè)置為加工材料。在本轎車(chē)模型的加工中，主要需要注意這些方面，首先是如何更好的控制 五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工中的刀軸，如何保證那些 非連續(xù)復(fù)雜曲面的加工精度；其次，采用合理方 法來(lái)制作驅(qū)動(dòng)曲面，生成五軸聯(lián)動(dòng)以及固定五軸 的加工程序。在本次加工中，選用的是我國(guó)某公 司自主研發(fā)和生產(chǎn)出來(lái)的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，本 汽車(chē)模型有著較為復(fù)雜的加工曲面，還需要加工 一些倒扣面，可以

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將五軸聯(lián)動(dòng)加工技術(shù)的特點(diǎn)充 分體現(xiàn)出來(lái)。如果采用三軸數(shù)控機(jī)床，是無(wú)法滿(mǎn) 足使用需求的。在數(shù)控系統(tǒng)方面，依然選用我國(guó) 某公司自主研發(fā)和生產(chǎn)的高檔網(wǎng)絡(luò)數(shù)控系統(tǒng)，可 以非常有效的控制多軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床。并且，選用的 本網(wǎng)絡(luò)數(shù)控技術(shù)對(duì)多軸聯(lián)動(dòng)加工的關(guān)鍵性控制技 術(shù)也進(jìn)行了改進(jìn)，可以更好的擴(kuò)展控制軸，系統(tǒng) 對(duì)皮米插補(bǔ)功能以及其他的補(bǔ)償功能也進(jìn)行了改 進(jìn)；此外，本系統(tǒng)還具有其他的一系列功能，比 如在加工過(guò)程中，可以對(duì)擺軸長(zhǎng)度進(jìn)行合理設(shè)定； 可以進(jìn)行前瞻控制；另外，本數(shù)控系統(tǒng)還結(jié)合了 windows 系統(tǒng)，這樣數(shù)控系統(tǒng)的專(zhuān)用性才可以得 到提高。同時(shí)，更好的設(shè)計(jì)了軟件的界面，可以 對(duì)五軸加工過(guò)程進(jìn)行更好的模擬顯示。在卡具選用方面，也需要引起人們的重視，特別是工件的 裝卡位置，選擇對(duì)了位置，才可以促使操作人員 更好的裝卡。我們?cè)谘b卡的時(shí)候，選擇的是強(qiáng)力 拉緊螺釘，這樣在專(zhuān)用卡具上就可以牢牢的固定 小轎車(chē)，可以更加可靠的進(jìn)行加工。合理選用加 工刀具以及刀柄，在本加工案例中，通過(guò)對(duì)汽車(chē) 模型加工要素和加工精度等進(jìn)行綜合分析，需要 用 3 把刀具完成加工。分別選用 r4 圓角的 Φ16 立銑刀；Φ6 整體硬質(zhì)合金球刀；Φ10r1 的整體 硬質(zhì)合金銑刀。刀柄選用熱膨脹結(jié)構(gòu)刀柄，夾持 刀具就可以更加的精準(zhǔn)，保證在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)刀具 的動(dòng)平衡，并且回轉(zhuǎn)精度也不會(huì)受到影響。這樣，切削加工的精度就可以得到顯著提高，獲得更加 好的工件表面，并且在切削過(guò)程中，刀具的受力 狀態(tài)也可以得到顯著改善。在 CAM 軟件中后置設(shè)置方面：一是制作驅(qū)動(dòng) 曲面，上文我們已經(jīng)提到，在多軸編程中，首先 是依據(jù)相關(guān)策略，促使驅(qū)動(dòng)點(diǎn)合理生成于驅(qū)動(dòng)曲面，然后采取合理的投影方法，向被加工的工件表面上 投影這些生成的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，依據(jù)某些規(guī)則來(lái)促使刀具 路徑自動(dòng)生成。在多軸加工中，可以結(jié)合具體情況 來(lái)改變刀軸的軸線(xiàn)方向，這樣就可以有效加工復(fù)雜 曲面。我們需要注意的是，被加工曲面的加工效率 以及精度等都會(huì)受到驅(qū)動(dòng)曲面的影響，因此，一定 要科學(xué)合理的制作驅(qū)動(dòng)曲面，盡量制作的簡(jiǎn)單一些，不能過(guò)于復(fù)雜。二是編制數(shù)控加工程序：首先是編 制粗加工程序，利用加工模塊中的固定五軸來(lái)編程 小汽車(chē)模型，促使工具加工可以從各個(gè)方向來(lái)進(jìn)行，并且完成了粗加工之后，可以取出小轎車(chē)的大面積 材料。其次，編制半精加工程序，我們?cè)诎刖庸?小轎車(chē)時(shí)，采用的是多軸加工—連續(xù)五軸，將工件 的殘留量給去除掉。然后是編制精加工程序，在精 加工小轎車(chē)各個(gè)區(qū)域時(shí)，我們采用的是Φ6球刀，這樣不僅加工精度可以得到保證，還可以有效提高 加工效率和加工質(zhì)量。然后我們結(jié)合具體的操作要 求，來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)曲面的驅(qū)動(dòng)方向、參數(shù)以及其他的各 個(gè)方面進(jìn)行合理設(shè)置，比如切削方式、切削參數(shù)、非切削參數(shù)等等。其他的參數(shù)則是依據(jù)相關(guān)的規(guī)定，來(lái)對(duì)加工程序進(jìn)行合理編制。一般來(lái)講，在五軸聯(lián) 動(dòng)的編程中，很難采用手工編程的方式需要大量的 數(shù)學(xué)計(jì)算，借助專(zhuān)業(yè)的軟件來(lái)進(jìn)行自動(dòng)編程。最后，在編制多軸程序時(shí)，非常重要的一個(gè)方面就是控制 刀軸，同時(shí)，這樣方面也存在著較大的難度，它會(huì) 對(duì)工件加工的精度以及質(zhì)量等諸多方面產(chǎn)生直接影響，因此需要引起人們足夠的重視。在本加工案例 中，刀軸的變化主要是利用驅(qū)動(dòng)曲面來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在建造多軸后置處理方面，后置處理有著十 分大的作用，因?yàn)槲覀儾捎玫?CAM 軟件在計(jì)算工 件的刀具路徑時(shí)，并沒(méi)有考慮工件的變化，結(jié)合 工件上等待加工的空間點(diǎn)，來(lái)在工件上轉(zhuǎn)動(dòng)刀具。在后置處理時(shí)，結(jié)合機(jī)床結(jié)構(gòu)以及具體的運(yùn)動(dòng)關(guān) 系，來(lái)對(duì)刀具路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，之后將其轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的合適的程序代碼。要想進(jìn)行多軸程序的 后置處理，就需要構(gòu)造一個(gè)后置處理，保證構(gòu)造 的這個(gè)后置處理和數(shù)控機(jī)床有著相同的結(jié)構(gòu)，并 且和數(shù)控系統(tǒng)的指令格式以及運(yùn)行特點(diǎn)等也是符 合的。那么，在構(gòu)造后置處理時(shí)，需要對(duì)數(shù)控機(jī) 床的結(jié)構(gòu)充分了解，并且將數(shù)控系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn) 以及指令格式等充分納入考慮范圍，完成構(gòu)造 之后，將其合理保存。通過(guò)自動(dòng)編程將刀位程序 編制好之后，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換，一般將其轉(zhuǎn)換為標(biāo) 準(zhǔn) G 代碼，這樣才可以被數(shù)控機(jī)床所讀取。這些 工序完成之后，就需要校驗(yàn)這些程序，因?yàn)楸鞠?統(tǒng)

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具有模擬顯示的功能，那么就可以在軟件中建 立一個(gè)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床，它和實(shí)際結(jié)構(gòu)有著相 同的轉(zhuǎn)臺(tái)，其他方面也都是相同的，按照實(shí)際的 位置將汽車(chē)模型放進(jìn)去，就可以進(jìn)行模擬加工。機(jī)床實(shí)際加工：在轉(zhuǎn)臺(tái)上合理安裝夾具，轉(zhuǎn) 臺(tái)的旋轉(zhuǎn)中心和夾具的回轉(zhuǎn)中心重合，然后在夾 具上安裝汽車(chē)毛胚。結(jié)合編程時(shí)確定下來(lái)的加工 原點(diǎn)，來(lái)設(shè)定刀具，然后就可以進(jìn)行機(jī)床的操作。不管是粗加工，還是精加工，都需要嚴(yán)格依據(jù)確 定下來(lái)的工藝參數(shù)來(lái)進(jìn)行。在加工過(guò)程中，連續(xù) 擺動(dòng)擺動(dòng)軸，控制其擺動(dòng)范圍，同時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)軸，配合直線(xiàn)軸，來(lái)對(duì)那些倒扣的曲面進(jìn)行加工。

第5章新技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

柔性、復(fù)合、多軸聯(lián)動(dòng)、高精、高速化是多軸聯(lián) 動(dòng)機(jī)床發(fā)展的主流。多種先進(jìn)制造技術(shù)、如 ：直驅(qū)技術(shù)、直線(xiàn)電機(jī)、力矩 電機(jī)、內(nèi)裝式 主軸、熱變形控制技術(shù) 以及結(jié)構(gòu)化技術(shù)等在這些機(jī)床中都被廣泛利用。

它們普遍采用 力矩 電動(dòng)機(jī)，刀具主軸采用 電主軸 結(jié)構(gòu)，刀具主軸轉(zhuǎn)速大多在 1 2，000—1 8，000 r／min 之間 ：刀具接口以 HSK形式的為多 ：各直線(xiàn)快速移動(dòng) 速度大多在 20m-50m 規(guī)格相近的機(jī)床直線(xiàn)定位精 度一般在 0．008-0．01 mm 之間。有些精品，如 ：德 國(guó) 巨浪公司的 FZ 08K S MAGNUM five axis最 高轉(zhuǎn) 速 40，000 rpm：DMG 公 司 的 DMU 60 eVo linear快 移速度達(dá) 80m／min：牧野公司的 D500定位精 度達(dá) ±0．001 5mm 等

5.1新技術(shù)的應(yīng)用

一 些具有本公司特色的新技術(shù)也在 以上產(chǎn)品中 得到應(yīng)用，如 ：日本森精機(jī)的 NTX1 000采用本公司 獨(dú) 特 的 DDM，BTM 和 ORC技 術(shù)。德 國(guó) DMG公 司 的 DMU 65

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monoBIock配有 “主軸利用率和主軸振 動(dòng)監(jiān)視器”，這一特殊裝置可 以持續(xù)監(jiān)控主軸的工況。日本牧野公司的 D500采用主軸中心冷卻、電機(jī)法蘭冷卻、滾珠絲杠軸心冷卻、立柱與床身之間用隔熱材 料包裹等措施，以避免機(jī)床的高速運(yùn)行導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)部件 升溫而影響機(jī)床精度等。

5.2智能控制技術(shù)

主軸自適應(yīng)、防碰撞、溫度補(bǔ)償、工件 自動(dòng)檢測(cè)、故 障自診斷、智能報(bào)警等功能在以上產(chǎn) 品中都有體 現(xiàn)，如 ：DMG公司 的 DMU65monoBIock和森精機(jī) 的 NTX1 000具有碰撞監(jiān)控功能，在手動(dòng)和 自動(dòng)運(yùn)行 模式下防止機(jī)床各個(gè)部件(包括刀具)的碰撞。巨浪 公司的 FZ 08K S、牧野公司的 D500等產(chǎn)品具有刀 具磨損自動(dòng)檢測(cè)補(bǔ)償功能和刀具壽命監(jiān)控等功能。牧 野公 司 的 D500、巨浪公 司 的 FZ 08K S等 展 品具有 工件在線(xiàn)測(cè)量功能等等。

5.3低碳和綠色制造方式

一 些產(chǎn)品推行 “降低功率，節(jié)約能源消耗”，如 ： 森精機(jī)的 NTX1 000采用 LED照明，力求在實(shí)現(xiàn)高效 率運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)減少耗電量 機(jī)內(nèi)照 明具有自動(dòng)開(kāi)閉功 能，力求節(jié)電和延長(zhǎng)機(jī)內(nèi)照明燈的使用壽命。DMG 公司的 DMU65monoBIock的智能化待機(jī)控制功能可 以在停機(jī)狀 態(tài)下避免不必要 的能源 消耗，及智能化 的 進(jìn)給調(diào)節(jié)功能 以提高處理速度，節(jié)省能源

有 些產(chǎn) 品推行 “降 低材料使 用，節(jié) 約資 源消 耗 ”，用最小 的機(jī)床體積和占地面積來(lái)實(shí)現(xiàn)最大 的 加 工 范 圍，如 ：牧 野 公 司 的 D500、巨浪 公 司 的 O8 MAGNUM、DMG公 司的 DMU65monoBIock和南通

科技的 5DGBC50等 ： 一 些產(chǎn) 品還 采取 “降低 排放 量，促 進(jìn)環(huán)境 保護(hù) ” 措施，如 ：巨浪公司 FZ 08K S的油霧分 離裝置、牧 野公 司 D500和 DMG公司 DMU65 monoBIock的油 霧回收器等低碳和綠色制造方式等，用以保護(hù)有限的 地球 資源。

5.4結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)這些多軸聯(lián)動(dòng)、復(fù)合、柔性、智能型機(jī)床的 推出，我們親眼 目睹著國(guó)產(chǎn)機(jī)床技術(shù)的進(jìn)步和變化，深切感受到機(jī)床人的堅(jiān)持與努力。我們期待著 ：在不 遠(yuǎn)的將來(lái)，國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)、航空、航天器是用擁有自主 產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)機(jī)床生產(chǎn)出的，“中國(guó)制造”的多軸聯(lián)動(dòng) 加工機(jī)床被列入世界一流品牌的行列，我們期待著那 一 天早 日到來(lái)。

參考文獻(xiàn)

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［１］ 廖衛(wèi)獻(xiàn)．?dāng)?shù)控編程的后置處理與ＣＡＭ軟件的通用后置［Ｊ］．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造，２０００（１１）．［２］ 程筱勝，劉壯，周來(lái)水，等．?dāng)?shù)控編程系統(tǒng)中通用后置處理技術(shù)研究［Ｊ］．南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，１９９６（６）．［３］ 張利波，周濟(jì)．開(kāi)放式數(shù)控編程通用后置處理器［Ｊ］．機(jī)械與電子，１９９６（４）．［４］ 艾興．高速切削加工［Ｍ］．北京：國(guó)防工業(yè)出版社，２００３．

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第二篇：先進(jìn)加工技術(shù)

工程訓(xùn)練報(bào)告

先進(jìn)加工技術(shù)----3D打印

學(xué)院：機(jī)械與汽車(chē)工程學(xué)院

班級(jí)：機(jī)械13--4 姓名：姜暉

學(xué)號(hào)：201301011215

先進(jìn)加工技術(shù)--------3D打印

眾所周知，傳統(tǒng)的打印技術(shù)及其所配套的打印設(shè)備只能進(jìn)行簡(jiǎn)單或者稍微復(fù)雜的二維平面打印。然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，特別是對(duì)于加工效率，加工精度的要求日益增長(zhǎng)的情況下，傳統(tǒng)的二維打印越來(lái)越力不從心，在一次次高科技革命的推動(dòng)下，3D打印應(yīng)運(yùn)而生。

3D打印，也稱(chēng)為3D立體打印技術(shù)，即快速成型技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體的技術(shù)。

3D打印技術(shù)最早出現(xiàn)于20世紀(jì)90年代，是利用光固化和紙層疊等技術(shù)的最新快速成型裝置。原理方面與傳統(tǒng)的二維打印機(jī)相同，打印盒內(nèi)裝有粉末等打印材料與電腦連接后，通過(guò)電腦控制把“打印材料”一層層疊加起來(lái)，最終把計(jì)算機(jī)上的藍(lán)圖變成實(shí)物的一種快速成型技術(shù)。

相對(duì)于傳統(tǒng)打印機(jī)，3D打印機(jī)所用原理基本相同，但是所用的原料并不相同，傳統(tǒng)打印機(jī)所用的材料是墨粉和各種紙張，而3D打印機(jī)內(nèi)裝有金屬、陶瓷、塑料、砂等不同的“打印材料”，是實(shí)實(shí)在在的原材料，當(dāng)打印機(jī)與電腦連接后，在電腦進(jìn)行控制下，按照設(shè)計(jì)人員設(shè)定的三維立體模型，將原材料一層一層疊加起來(lái)，將計(jì)算機(jī)的立體模型變?yōu)橐粋€(gè)實(shí)實(shí)在在的立體產(chǎn)品。

3D打印存在著許多不同的技術(shù)。它們的不同之處在于以可用的材料的方式，并以不同層構(gòu)建創(chuàng)建部件。3D打印常用材料有尼龍玻纖、耐用性尼龍材料、石膏材料、鋁材料、鈦合金、不銹鋼、鍍銀、鍍金、橡膠類(lèi)材料。

介紹了3D打印技術(shù)，就不得不介紹3D打印的工作過(guò)程.3D打印最重要的一個(gè)過(guò)程就是設(shè)計(jì)過(guò)程，3D打印的設(shè)計(jì)過(guò)程是：先通過(guò)計(jì)算機(jī)建模軟件建模，再將建成的三維模型“分區(qū)”成逐層的截面，即切片，從而指導(dǎo)打印機(jī)逐層打印。

其次便是相切面包一樣，對(duì)模型進(jìn)行切片處理：打印機(jī)通過(guò)讀取文件中的橫截面信息，用液體狀、粉狀或片狀的材料將這些截面逐層地打印出來(lái)，再將各層截面以各種方式粘合起來(lái)從而制造出一個(gè)實(shí)體。這種技術(shù)的特點(diǎn)在于其幾乎可以造出任何形狀的物品。

打印機(jī)打出的截面的厚度（即Z方向）以及平面方向即X-Y方向的分辨率是以dpi（像素每英寸）或者微米來(lái)計(jì)算的。一般的厚度為100微米，即0.1毫米，也有部分打印機(jī)如ObjetConnex 系列還有三維 Systems' ProJet 系列可以打印出16微米薄的一層。而平面方向則可以打印出跟激光打印機(jī)相近的分辨率。打印出來(lái)的“墨水滴”的直徑通常為50到100個(gè)微米。用傳統(tǒng)方法制造出一個(gè)模型通常需要數(shù)小時(shí)到數(shù)天，根據(jù)模型的尺寸以及復(fù)雜程度而定。而用三維打印的技術(shù)則可以將時(shí)間縮短為數(shù)個(gè)小時(shí)，當(dāng)然其是由打印機(jī)的性能以及模型的尺寸和復(fù)雜程度而定的。

傳統(tǒng)的制造技術(shù)如注塑法可以以較低的成本大量制造聚合物產(chǎn)品，而三維打印技術(shù)則可以以更快，更有彈性以及更低成本的辦法生產(chǎn)數(shù)量相對(duì)較少的產(chǎn)品。一個(gè)桌面尺寸的三維打印機(jī)就可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)者或概念開(kāi)發(fā)小組制造模型的需要。

完成以上步驟后，便只剩下完成打印了：三維打印機(jī)的分辨率對(duì)大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠（在彎曲的表面可能會(huì)比較粗糙，像圖像上的鋸齒一樣），要獲得更高分辨率的物品可以通過(guò)如下方法：先用當(dāng)前的三維打印機(jī)打出稍大一點(diǎn)的物體，再稍微經(jīng)過(guò)表面打磨即可得到表面光滑的“高分辨率”物品。

有些技術(shù)可以同時(shí)使用多種材料進(jìn)行打印。有些技術(shù)在打印的過(guò)程中還會(huì)用到支撐物，比如在打印出一些有倒掛狀的物體時(shí)就需要用到一些易于除去的東西（如可溶的東西）作為支撐物。

現(xiàn)行的3D打印有多種成型方法，每項(xiàng)各有利弊：

電子束是3D金屬打印成型最快方法電子束快速成型技術(shù)目前還有一些技術(shù)難點(diǎn)尚待進(jìn)一步研究，比如成型過(guò)程中廢熱高，金屬構(gòu)件中金相結(jié)構(gòu)控制較為困難，特別是成型時(shí)間長(zhǎng)，先凝固的部分經(jīng)受的高溫時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)金屬晶態(tài)成長(zhǎng)控制困難，進(jìn)而引起大尺度構(gòu)件應(yīng)力復(fù)雜等等。

電子束成型對(duì)復(fù)雜腔體，扭轉(zhuǎn)體，薄壁腔體等成型效果不佳，他的成形點(diǎn)陣精度在毫米級(jí)，所以成型以后仍然需要傳統(tǒng)的精密機(jī)械加工，也需要傳統(tǒng)的熱處理，甚至鍛造等等。

但電子束快速成型速度快，是目前3D金屬打印類(lèi)打印速度最快的，可達(dá)15KG／小時(shí)，設(shè)備工業(yè)化成熟度高，基本可由貨架產(chǎn)品組合，生產(chǎn)線(xiàn)構(gòu)建成本低，具有很強(qiáng)的工業(yè)普及基礎(chǔ)，同時(shí)，電子束快速成型設(shè)備同時(shí)還能具有一定的焊接能力和金屬構(gòu)件表面修復(fù)能力，應(yīng)用前景廣泛。在發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域，目前美國(guó)和中國(guó)在電子束控制單晶金屬近凈形成型技術(shù)方面正積極研究，一旦獲得突破，傳統(tǒng)的單晶渦輪葉片生產(chǎn)困難和生產(chǎn)成本高的問(wèn)題將獲得極大的改善，從而大大提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的性能，并對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)研制改進(jìn)等提供了極大的助力。

由于電子束成形精度受到電子束聚焦和掃描控制能力的限制，激光作為更高精度的能量介質(zhì)引起高度重視，激光成形技術(shù)幾乎是和電子束成形技術(shù)同步起步發(fā)展，但是，由于穩(wěn)定的10KW以上級(jí)的大功率激光器到2008年才開(kāi)始逐步工業(yè)化，所以激光成形技術(shù)在最近才出現(xiàn)噴涌的盛況。

激光數(shù)字成型技術(shù)主要有兩個(gè)類(lèi)別，一是激光近凈成形制造（LENS）、金屬直接沉積（DMD），這個(gè)類(lèi)別的技術(shù)和電子束快速成型類(lèi)似，也是利用控制掃描區(qū)域形成控制的熔融區(qū)，用金屬絲或金屬粉同步掃描點(diǎn)添加，金屬熔融沉積，這項(xiàng)技術(shù)算電子束快速成型的高精度的進(jìn)化成果，激光的掃描點(diǎn)陣精度可以比電子束高一個(gè)數(shù)量級(jí)，可以得到更高精度的零件，從而進(jìn)一步減少材料的耗量和機(jī)械加工的需求，同時(shí)它還能保留電子束快速成型的打印速度快的優(yōu)勢(shì)。

這類(lèi)區(qū)域熔融的技術(shù)需要大尺度的腔體提供零件加工所需的真空環(huán)境，這限制了加工零件的尺寸，激光熔融區(qū)的大小和功率直接相關(guān)，越大形的構(gòu)件加工能力要求越高，由于電子束對(duì)金屬的熱效應(yīng)深度比較大，而激光熱效應(yīng)深度較小，激光成形時(shí)胚體受熱和散熱狀況要好于電子束，因此它能形成很薄的熔化區(qū)和更細(xì)密均勻的沉積構(gòu)造，凝固過(guò)程中的金相結(jié)構(gòu)更容易控制，熱應(yīng)力復(fù)雜度要低很多，可以制造更精確的形狀和更復(fù)雜零件，也能制造較薄壁的零件類(lèi)型。美DRAPA，洛克希德先進(jìn)制造技術(shù)中心，和飛利浦、賓州大學(xué)等于2013年演示的先進(jìn)制造

DM概念，就是基于這類(lèi)技術(shù)基礎(chǔ)。

激光3D打印幾乎可直接加工出工業(yè)零件

目前主流的激光打印機(jī)是利用硒鼓靜電吸附墨粉，激光掃描熔融墨粉形成圖像的，這種打印方式精度可達(dá)300PPI，利用激光打印和粉末冶金技術(shù)結(jié)合，新一代的最有希望的最精密成型的技術(shù)是以直接金屬激光燒結(jié)（Direct metal laser sintering，DMLS）和選區(qū)激光（selective laser sintering，SLS）為代表的激光精密數(shù)字成形。這兩者都是在基底鋪設(shè)金屬粉末，由激光掃瞄燒結(jié)，所不同的是，直接燒結(jié)是邊鋪粉邊燒，而選區(qū)燒結(jié)是先鋪整層粉末，然后激光掃描燒結(jié)，這種燒結(jié)每次沉積厚度約20－100微米，通過(guò)反復(fù)多次的沉積最終獲得三維立體的零件。

激光精密成形的優(yōu)點(diǎn)是精度高，成形點(diǎn)陣可以小于0.01毫米，可以得到近似平滑的表面，能夠處理空腔，薄壁等復(fù)雜空間扭轉(zhuǎn)體，和相互交叉穿透的復(fù)雜空腔和管路，幾乎可以加工出直接應(yīng)用的工業(yè)零件。

激光3D打印零件強(qiáng)度略小于鍛造機(jī)加件

高精度激光燒結(jié)對(duì)激光的功率要求中等，燒結(jié)點(diǎn)溫度雖然高，但是點(diǎn)陣小，每點(diǎn)陣金屬熔融凝固量很少，全過(guò)程熱釋放低，材料胚體溫度接近常溫區(qū)，較少形成復(fù)雜的熱應(yīng)力情況，金屬凝固形成的金相較為均勻細(xì)密，大多為細(xì)小的晶格態(tài)，類(lèi)似于經(jīng)過(guò)鍛造的金屬構(gòu)件，獲得金屬零件強(qiáng)度略小于鍛造機(jī)加件。

美國(guó)德州大學(xué)奧斯汀分院最早于1986年提出SLS的專(zhuān)利，由DTM公司提供商用設(shè)備，美國(guó)麻省理工1988年提出DMLS的概念和專(zhuān)利，但目前商用化設(shè)備主要的供應(yīng)商都來(lái)源于歐洲，德國(guó)EOS略占優(yōu)勢(shì)，MTT 公司和 Concept Laser 公司也具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)于1998年以后開(kāi)始開(kāi)展SLS方面的研究，2000年以后，隨著商品化光纖激光器的成熟，國(guó)內(nèi)在SLS方面取得一定成果，2004年起，有至少3家公司和單位提出SLS技術(shù)應(yīng)用化的專(zhuān)利，在航空領(lǐng)域因材料強(qiáng)度方面的問(wèn)題，早期的應(yīng)用主要在快速建立冶金應(yīng)用模具方面。

作為一種主流的高新技術(shù)，3D打印有著非常廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域：軍工，航天，醫(yī)學(xué)，甚至于建筑行業(yè)，均存在著3D打印技術(shù)的影子.3D打印技術(shù)目前在全球也是前沿技術(shù)和前沿應(yīng)用，最尖端的航空工業(yè)對(duì)這種技術(shù)最為關(guān)注也最嚴(yán)謹(jǐn)，美國(guó)90年代中期就獲得這類(lèi)技術(shù)的工業(yè)嘗試，但是他們一直稱(chēng)為近凈成型加工技術(shù)，F(xiàn)－22,F－35都有應(yīng)用，不過(guò)因?yàn)橐恍┘庸すに嚨仍?，美?guó)也沒(méi)有能大規(guī)模應(yīng)用，但美國(guó)將這一技術(shù)一直作為先進(jìn)制造技術(shù)而由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DRAPA）牽頭，組織美國(guó)30多家企業(yè)對(duì)這一技術(shù)長(zhǎng)期研究。

美國(guó)如此重視，我國(guó)自然也不甘落后。最近幾年，中國(guó)航空工業(yè)捷報(bào)頻傳，先進(jìn)戰(zhàn)斗機(jī)殲-20，殲-31，艦載機(jī)殲-15，運(yùn)輸機(jī)運(yùn)-20一大批高新機(jī)不斷誕生，接踵而出，最為引人關(guān)注的是，在2013年全球3D打印熱潮中，以北航和西工大兩個(gè)科研主體帶動(dòng)，沈飛、成飛、西飛等數(shù)家航空制造企業(yè)為主體，成為全球第二個(gè)能夠在實(shí)際應(yīng)用中利用3D打印技術(shù)制造飛機(jī)零件的國(guó)家。

與其他的高新技術(shù)一樣，3D打印技術(shù)也有著自身的缺點(diǎn)和不足之處。

3D打印零件強(qiáng)度還難以作為飛機(jī)受力構(gòu)件

3D打印概念的出現(xiàn)是一種制造工業(yè)領(lǐng)域革命性的新技術(shù)，目前的諸多成形手段和方法都有各自的具體優(yōu)點(diǎn)和缺陷，在航空領(lǐng)域，選擇燒結(jié)SLS技術(shù)看起來(lái)潛力最大，應(yīng)用前景最廣泛，它的材料適應(yīng)范圍最廣，從鋁合金、鈦合金、高強(qiáng)度鋼、高溫合金到陶瓷都能處理，但是它屬于微觀粉末冶金的范疇，快速成形中，粉末冶金技術(shù)中因熔融——凝固過(guò)程過(guò)快，成形體中容易夾雜空穴，未完全熔融的粉末，胚體缺陷還有可能包括激光掃描線(xiàn)方向形成的熔融——凝固不均勻金相微觀線(xiàn)狀晶格排列，這些都會(huì)嚴(yán)重影響了成形件的強(qiáng)度。

目前激光選區(qū)成形的構(gòu)件大多都只能達(dá)到同牌號(hào)金屬鑄造的強(qiáng)度水平，雖然這已經(jīng)能讓構(gòu)件進(jìn)入正常的應(yīng)用領(lǐng)域，但顯然要承擔(dān)象飛機(jī)這樣的主要結(jié)構(gòu)受力構(gòu)件還是有很大限制的。

3D金屬打印零件表面還需進(jìn)一步機(jī)械加工直接金屬激光燒結(jié)DMLS技術(shù)因?yàn)橹苯佑眉す馊廴诮饘俳z沉積，金屬本身是致密體重熔，不易產(chǎn)生粉末冶金那樣的成形時(shí)的空穴，這個(gè)技術(shù)生產(chǎn)的構(gòu)件致密度可達(dá)99％以上，接近鍛造的材料胚體，目前國(guó)際國(guó)內(nèi)都主要利用這種技術(shù)制造高受力構(gòu)件，它能達(dá)到同牌號(hào)金屬最 高強(qiáng)度的90～95％左右的水平，接近一般鍛造構(gòu)件。

目前的金屬3D打印構(gòu)件都不能直接形成符合要求的零件表面，它都必須經(jīng)過(guò)表面的機(jī)械加工，去除表面多余的，不連續(xù)的，不光滑的金屬，才能作為最終使用的零件，因此，盡管3D打印可以獲得復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)和一些復(fù)雜的管路和腔體，但是這些管路和腔體的機(jī)械加工很有可能無(wú)法進(jìn)行，其零件的重量效率，管路流動(dòng)效率等方面不一定能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求，因此，盡管3D打印可能能一步直接完成很多復(fù)雜零件的成形，但其還不具備直接取代傳統(tǒng)機(jī)械加工的能力。

3D打印對(duì)飛機(jī)大型構(gòu)件制造還存在問(wèn)題

直接成形的金屬零件在生產(chǎn)過(guò)程中因?yàn)榉磸?fù)經(jīng)受局部接近熔點(diǎn)溫度受熱，內(nèi)部熱應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜，在成形某些大型細(xì)長(zhǎng)體，薄壁體金屬構(gòu)件時(shí)，應(yīng)力處理和控制還不能滿(mǎn)足要求，實(shí)際上到目前為止一直影響3D打印在航空業(yè)的應(yīng)用也正是因?yàn)檫@個(gè)原因。

美國(guó)從1992年開(kāi)始就不斷利用這類(lèi)技術(shù)希望能夠直接生產(chǎn)飛機(jī)用的大型框架，粱絎，整體壁板等，正是因?yàn)閼?yīng)力復(fù)雜，大型構(gòu)件成形過(guò)程中或成形后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重變形，嚴(yán)重到無(wú)法使用。所以3D打印技術(shù)盡管很早就出現(xiàn)了，但國(guó)外航空工業(yè)界還持有相當(dāng)?shù)谋Ｊ貞B(tài)度也是有原因的。激光3D打印工業(yè)化面臨精細(xì)度難題目前激光成形技術(shù)面臨工業(yè)化的兩個(gè)方向相互間有矛盾，一是打印精細(xì)度，目前的打印精細(xì)度SLS最高，基本在1～0.1毫米左右，而其他技術(shù)加工生成的零件表面精度則在0.8～5毫米之間，目前市場(chǎng)銷(xiāo)售的2D激光打印機(jī)點(diǎn)陣精度在1200DPI左右即0.02毫米，這個(gè)精度可以獲得近似光滑的曲面，提高精度受到打印耗材粉末的粒徑粗細(xì)和激光熔融金屬液態(tài)滴狀表面張力影響，要把精度提高到0.1毫米以下還有很大困難，不過(guò)鋪粉預(yù)處理、激光超快速融化——凝固等技術(shù)的出現(xiàn)會(huì)為提高激光成形的精度有很大幫助。

激光3D打印工業(yè)化面臨打印速度難題另一個(gè)發(fā)展方向則是提高打印速度，目前激光打印的速度還是較慢的，每小時(shí)印重量大多都在1公斤以下，最好水平也只有9公斤／小時(shí)左右，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，特別是大規(guī)模化生產(chǎn)，這個(gè)速度是不夠的，現(xiàn)在的激光成形基本還是單光頭單層鋪粉作業(yè)，未來(lái)為了提高打印速度和應(yīng)對(duì)超大型構(gòu)件打印，已經(jīng)有多光頭多層鋪粉同步打印的設(shè)計(jì)出現(xiàn)。

激光成形目前尚屬于單一技術(shù)應(yīng)用，但是在工業(yè)界，激光沖擊強(qiáng)化在冶金方面應(yīng)用已經(jīng)有10幾年的歷史了，激光打印成形實(shí)際上很有希望能夠直接集成激光沖擊強(qiáng)化，激光淬火等技術(shù)，它能讓激光成形的構(gòu)件更加致密，且具有高級(jí)別的強(qiáng)度，實(shí)際上激光3D打印機(jī)都能簡(jiǎn)單的通過(guò)軟件控制來(lái)實(shí)現(xiàn)激光沖擊強(qiáng)化的功能。

現(xiàn)在3D打印技術(shù)還只是露出第一縷曙光

新的制造方法需要新的一系列處理工藝配合，3D打印目前只能算一絲曙光，真正達(dá)到大規(guī)模應(yīng)用產(chǎn)生效益，還需要很長(zhǎng)的時(shí)間發(fā)展和積累。

3D打印技術(shù)的出現(xiàn)是信息革命在攻克傳統(tǒng)工業(yè)的最后堡壘的終結(jié)的沖鋒號(hào)，因而引發(fā)了一系列的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域研究的新課題，激光粉末冶金，微沉積金相學(xué)，微觀淬火、鍛造，激光沖擊強(qiáng)化等一系列機(jī)械制造，冶金等領(lǐng)域的課題將會(huì)讓已經(jīng)暮氣沉沉的傳統(tǒng)冶金科學(xué)，和制造科學(xué)領(lǐng)域重新充滿(mǎn)發(fā)展的動(dòng)力，在未來(lái)的數(shù)十年間，誰(shuí)在這些技術(shù)領(lǐng)域獲得應(yīng)用化的實(shí)際成果，可能會(huì)影響和顛覆現(xiàn)有的制造工業(yè)的基本面貌,未來(lái)可謂潛力無(wú)限。

第三篇：納米加工技術(shù)

納米加工技術(shù)及其應(yīng)用

江蘇科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院

學(xué)號(hào)：139020021

姓名：原旭全

納米尺度的研究作為一門(mén)技術(shù),是80年代剛剛興起的.它所研究的對(duì)象是一般研究機(jī)構(gòu)很難涉獵的即非宏觀又非微觀的中間領(lǐng)域,有人稱(chēng)之為介觀領(lǐng)域.所謂納米技術(shù)通常指納米級(jí)(0.1nm~l00nm)的材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量、控制和產(chǎn)品的技術(shù).納米技術(shù)主要包括納米級(jí)精度和表面形貌的測(cè)量;納米級(jí)表層物理、化學(xué)、機(jī)械性能的檢測(cè);納米級(jí)精度的加工和納米級(jí)表層的加工一一原子和分子的去除、搬遷和重組;納米材料;納米級(jí)微傳感器和控制技術(shù);微型和超微型機(jī)械;微型和超微型機(jī)電系統(tǒng);納米生物學(xué)等;納米加工技術(shù)是納米技術(shù)的一個(gè)組成部分.納米加工的含義是達(dá)到納米級(jí)精度(包括納米級(jí)尺寸精度,納米級(jí)形位精度和納米級(jí)表面質(zhì)量)的加工技術(shù).其原理使用極尖的探針對(duì)被測(cè)表面掃描(探針和被側(cè)表面不接觸),借助納米級(jí)的三維位移控制系統(tǒng)測(cè)量該表面的三維微觀立體形貌.材料制造技術(shù).著名的諾貝爾獎(jiǎng)獲得者Feyneman在20世紀(jì)60年代曾預(yù)言:如果我們對(duì)物體微小規(guī)模上的排列加以某種控制的話(huà),我們就能使物體得到大量的異乎尋常的特性,就會(huì)看到材料的性能產(chǎn)生豐富的變化.他說(shuō)的材料即現(xiàn)在的納米材料.納米材料是由納米級(jí)的超微粒子經(jīng)壓實(shí)和燒結(jié)而成的.它的微粒尺寸大于原子簇,小于通常的微粒,一般為l一100nm.它包括體積份數(shù)近似相等的兩部分:一是直徑為幾個(gè)或幾十個(gè)納米的粒子;二是粒子間的界面.納米材料的兩個(gè)重要特征是納米晶粒和由此產(chǎn)生的高濃度晶界.這導(dǎo)致材料的力學(xué)性能、磁性、介電性、超導(dǎo)性、光學(xué)乃至熱力學(xué)性能的改變.如:納米陶瓷由脆性變?yōu)?00%的延展性,甚至出現(xiàn)超塑性.納米金屬居然有導(dǎo)體變成絕緣體.金屬納米粒子摻雜到化纖制品或紙張中,可大大降低靜電作用.納米Tiq按一定比例加入到化妝品中,可有效遮蔽紫外線(xiàn).當(dāng)前納米材料制造方法主要有:氣相法、液相法、放電爆炸法、機(jī)械法等.l)氣相法:1熱分解法:金屬撥基化合物在惰性介質(zhì)(N2或潔凈油)中熱分解,或在H沖激光分解.此方法粒度易控制,適于大規(guī)模生產(chǎn).現(xiàn)在用于Ni、Fe、W、M。等金屬,最細(xì)顆粒可達(dá)3一10nm.o真空

蒸發(fā)法:金屬在真空中加熱蒸發(fā)后沉積于一轉(zhuǎn)動(dòng)圓的流動(dòng)油面上;可用真空蒸餾使顆粒濃縮.此法平均顆粒度小于10nm.2)液相法:1沉積法:采用各種可溶性的化合物經(jīng)混合,反應(yīng)生成不溶解的氫氧化物、碳酸鹽、硫酸鹽或有機(jī)鹽等沉淀.把過(guò)濾后的沉淀物熱分解獲得高強(qiáng)超純細(xì)粉.采用此工藝制備出均質(zhì)的玻璃和陶瓷.由于該法可制備超細(xì)(10nm一100nm)、化學(xué)組成及形貌均勻的多種單一或復(fù)合氧化物粉料.已成為一種重要的超細(xì)粉的制備方法.3)放電爆炸法:金屬細(xì)絲在充滿(mǎn)惰性氣體的圓筒內(nèi)瞬間通人大電流而爆炸.此法可制造Mo.W等難熔金屬的超細(xì)顆粒(25一350nm),但不能連續(xù)操作.4)機(jī)械法:利用單質(zhì)粉末在攪拌球磨(AttritorMill)過(guò)程中顆粒與顆粒間和顆粒與球之間的強(qiáng)烈、頻繁的碰撞粉碎.近幾年大量采用攪拌磨,即利用被攪拌棍攪拌的研磨介質(zhì)之間的研磨,將粉料粉碎粉碎效率比球磨機(jī)或振動(dòng)磨都高.(3)三束加工技術(shù):可用于刻蝕、打孔、切割、焊接、表面處理等.l)電子束加工技術(shù):電子束加工時(shí),被加速的電子將其能量轉(zhuǎn)化成熱能,以便除去穿透層表面的原子,因此不易得到高精度.但電子束可以聚焦成很小的束斑(巾0.1林m)照射敏感材料.用電子刻蝕,可加工出0.1林m線(xiàn)條寬度.而在制造集成電路中實(shí)際應(yīng)用.2)離子束加工技術(shù):因離子直徑為0.Inm數(shù)量級(jí).故可直接將工件表面的原子碰撞出去達(dá)到加工的目的.用聚焦的離子束進(jìn)行刻蝕,可得到精確的形狀和納米級(jí)的線(xiàn)條寬度.3)激光束加工技術(shù):激光束中的粒子是光子,光子雖沒(méi)有靜止質(zhì)量,但有較高的能量密度.激光束加工常用YAG激光器認(rèn)封.06林m)和Cq激光器位一10.63林m).激光束加工不是用光能直接撞擊去掉表面原子,而是光能使材料熔化、汽化后去掉原子.(4)LIGA(Lithographie,Galvanoforming,Abforming)技術(shù).這是最新發(fā)展的光刻、電鑄和模鑄的復(fù)合微細(xì)加工技術(shù).它采用深度同步輻射X射線(xiàn)光刻,可以制造最大高度為1000林m、高寬比為200的立體結(jié)構(gòu),加工精度可達(dá)0.1林m.刻出的圖形側(cè)壁陡峭,表面

光滑.加工微型器件可批量復(fù)制,加工成本低.目前,在LIGA工藝中再加入犧牲層的方法,使加工出的微器件一部分可脫離母體而能轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng).這在制造微型電動(dòng)機(jī)或其他驅(qū)動(dòng)器時(shí)極為有用.LIGA技術(shù)對(duì)微型機(jī)械是非常有用的工藝方法.1與常規(guī)精加工的比較

納米級(jí)加工中.工件表面的原子和分子是直接加工的對(duì)象.即需切斷原子間的結(jié)合.納米加工實(shí)際已到了加工的極限.而常規(guī)的精加工欲控制切斷原子間的結(jié)合是無(wú)能為力的,其局限性在于: l)高精度加工工件時(shí),切削量應(yīng)盡量小而常規(guī)的切削和磨削加工,要達(dá)到納米級(jí)切除量,切削刀具的刀刃鈍圓半徑必須是納米級(jí),研磨磨料也必須是超細(xì)微粉.目前對(duì)納米級(jí)刃口半徑還無(wú)法直接測(cè)量.2)工藝系統(tǒng)的誤差復(fù)映到工件,工藝系統(tǒng)的受力/熱變形、振動(dòng)、工件裝夾等都將影響工件精度.3)即使檢測(cè)手段和補(bǔ)償原理正確,加工誤差的補(bǔ)償也是有限的.4)加工過(guò)程中存在不穩(wěn)定因素.如切削熱,環(huán)境變化及振動(dòng)等.由此可見(jiàn).傳統(tǒng)的切削/磨削方法,一方面由于加工方法的局限或由于加工機(jī)床精度所限,顯示出在納米加工領(lǐng)域應(yīng)用裕度不足.另一方面,由于科技產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,加工技術(shù)的極限不斷受到挑戰(zhàn).有研究表明,磨削可獲得o.35nm的表面粗糙度,但對(duì)如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的納米機(jī)加工以及觀察研究材料微加工過(guò)程力學(xué)性能則始終受到實(shí)驗(yàn)手段的限制.因此納米機(jī)加工必須尋求新的途徑即直接用光子、電子、離子等基本粒子進(jìn)行加工.例如,用電子束光刻加工超大規(guī)模集成電路.2.微納米加工技術(shù)的分類(lèi)

自人類(lèi)發(fā)明工具以來(lái),加工是人類(lèi)生產(chǎn)活動(dòng)的主要內(nèi)容之一.所謂加工是運(yùn)用各種工具將原材料改造成為具有某種用途的形狀.一提到加工,人們自然會(huì)聯(lián)想到機(jī)械加工.機(jī)械加工是將某種原材料經(jīng)過(guò)切削或模壓形成最基本的部件,然后將多個(gè)基本部件裝配成一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng).某些機(jī)械加工也可以稱(chēng)為微納米加工.因?yàn)榫推浼庸ぞ榷?某些現(xiàn)代磨削或拋光加工的精度可以達(dá)到微米或納米量級(jí).但本文所討論的微納米加工技術(shù)是指加工形成的部件或結(jié)構(gòu)本身的尺寸在微米或納米量級(jí).微納米加工技術(shù)是一項(xiàng)涵蓋門(mén)類(lèi)廣泛并且不斷發(fā)展中的技術(shù).在2004年國(guó)際微納米工程年會(huì)上,曾有人總結(jié)出多達(dá)60種微納米加工方法.可見(jiàn)實(shí)現(xiàn)微納米結(jié)構(gòu)與器件的方法是多樣的.本文不可能將所有微納米加工技術(shù)一一介紹.對(duì)這些加工技術(shù)的詳細(xì)介紹目前已有專(zhuān)著出版.筆者在此僅將已開(kāi)發(fā)出的微納米加工技術(shù)歸納為三種類(lèi)型作概括性的介紹

（1）平面工藝

以平面工藝為基礎(chǔ)的微納米加工是與傳統(tǒng)機(jī)械加工概念完全不同的加工技術(shù).圖1描繪了平面工藝的基本步驟.平面工藝依賴(lài)于光刻(lithography)技術(shù).首先將一層光敏物質(zhì)感光,通過(guò)顯影使感光層受到輻射的部分或未受到輻射的部分留在基底材料表面,它代表了設(shè)計(jì)的圖案.然后通過(guò)材料沉積或腐蝕將感光層的圖案轉(zhuǎn)移到基底材料表面.通過(guò)多層曝光,腐蝕或沉積,復(fù)雜的微納米結(jié)構(gòu)可以從基底材料上構(gòu)筑起來(lái).這些圖案的曝光可以通過(guò)光學(xué)掩投影實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)直接掃描激光束,電子束或離子束實(shí)現(xiàn).腐蝕技術(shù)包括化學(xué)液體濕法腐蝕和各種等離子體干法刻蝕.材料沉積技術(shù)包括熱蒸發(fā)沉積,化學(xué)氣相沉積或電鑄沉積.圖1平面工藝的基本過(guò)程:在硅片上涂光刻膠、曝光、顯影,然后把膠 的圖形通過(guò)刻蝕或沉積轉(zhuǎn)移到其他材料

（2）探針工藝

探針工藝可以說(shuō)是傳統(tǒng)機(jī)械加工的延伸,這里各種微納米尺寸的探針取代了傳統(tǒng)的機(jī)械切削工具.微納米探針不僅包括諸如掃描隧道顯微探針,原子力顯微探針等固態(tài)形式的探針,還包括聚焦離子束,激光束,原子束和火花放電微探針等非固態(tài)形式的探針.原子力探針或掃描隧道電子探針一方面可以直接操縱原子的排列,同時(shí)也可以直接在基底材料表面形成納米量級(jí)的氧化層結(jié)構(gòu)或產(chǎn)生電子曝光作用.這些固體微探針還可以通過(guò)液體輸運(yùn)方法將高分子材料傳遞到固體表面,形成納米量級(jí)的單分子層點(diǎn)陣或圖形.非固態(tài)微探針如聚焦離子束,可以通過(guò)聚焦得到小于10nm的束直徑,由聚焦離子束濺射刻蝕或化學(xué)氣體輔助沉積可以直接在各種材料表面形成微納米結(jié)構(gòu).聚焦激光束已經(jīng)廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)加工工業(yè),作為切割或焊接工具.高度聚焦的激光束也可以直接剝蝕形成微納米結(jié)構(gòu),例如近年來(lái)出現(xiàn)的飛秒激光加工技術(shù).利用激光對(duì)某些有機(jī)化合物的光固化作用也可以直接形成三維立體微納米結(jié)構(gòu).只要加工的工具足夠小,即使傳統(tǒng)機(jī)械加工技術(shù)也有可能制作微米量級(jí)的結(jié)構(gòu).例如,利用聚焦離子束的微加工能力可以制造尖端小于10Lm的高速鋼銑刀.這種微型銑刀可以加工小于100Lm的溝槽或臺(tái)階結(jié)構(gòu).探針工藝與平面工藝的最大區(qū)別是,探針工藝只能以順序方式加工微納米結(jié)構(gòu).而平面工藝是以平行方式加工,即大量微結(jié)構(gòu)同時(shí)形成.因此平面工藝是一種適合于大生產(chǎn)的工藝.但探針工藝是直接加工材料,而不是像平面工藝那樣通過(guò)曝光光刻膠間接加工.3納米級(jí)加工的關(guān)鍵技術(shù)

(l)測(cè)量技術(shù)

納米級(jí)測(cè)量技術(shù)包括納米級(jí)精度的尺寸和位移的測(cè)量、納米級(jí)表面形貌的測(cè)量.納米級(jí)測(cè)量技術(shù)主要有兩個(gè)發(fā)展方向:1)光干涉測(cè)量技術(shù):可用于長(zhǎng)度、位移、表面顯微形貌的精確測(cè)量.用此原理測(cè)量的方法有雙頻激光干涉測(cè)量、光外差干涉測(cè)量、X射線(xiàn)干涉測(cè)量等.2)掃描探針顯微測(cè)量技術(shù):主要用于測(cè)量表面微觀形貌.用此原理的測(cè)量方法有掃描隧道顯微鏡(STM)和原子力顯微鏡(AFM)等.(5)掃描隧道顯微加工技術(shù)(sTM).掃描隧道顯微加工技術(shù)是納米加工技術(shù)中的最新發(fā)展,可實(shí)現(xiàn)原子、分子的搬遷、去除、增添和排列重組,可實(shí)現(xiàn)極限的精加工或原子級(jí)的精加工.近年來(lái)這方面發(fā)展迅速,取得多項(xiàng)重要成果.1990年美國(guó)Eigler等人,在低溫和超真空環(huán)境中,用STM將鎳表面吸附的xe(氛)原子逐一搬遷,最終以35個(gè)Xe原子排成IBM3個(gè)字母,每個(gè)字母高snm.Xe原子間最短距離約為Inm,以后他們又實(shí)現(xiàn)了原子的搬遷排列.在鉑單晶的表面上,將吸附的一氧化碳分子用sTM搬遷排列起來(lái),構(gòu)成一個(gè)身高snm的世界上最小人的圖樣.此“一氧化碳小人”的分子間距僅為0.snm.將STM用于納米級(jí)光刻加工時(shí),它具有極細(xì)的光斑直徑,可以達(dá)原子級(jí),可得到10nm寬的線(xiàn)條圖案.4微型機(jī)械和微型機(jī)電系統(tǒng)

(l)微型機(jī)械.現(xiàn)在微型機(jī)械的研究已達(dá)到較高水平,已能制造多種微型零件和微型機(jī)構(gòu).已研制成功的三維微型機(jī)械構(gòu)件有微齒輪、微彈簧、微連桿、微軸承等.微執(zhí)行器是比較復(fù)雜、難度大的微型器件,研制成功的有微閥、微泵、微開(kāi)關(guān)、微電動(dòng)機(jī)等.(2)微型機(jī)電系統(tǒng).MEMS是在微電子工藝基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多學(xué)科交叉的前沿研究領(lǐng)域.是納米加工技術(shù)走向?qū)嵱没?能產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的主要領(lǐng)域.比如:l)微型機(jī)器人是一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng).美國(guó)正在研制的無(wú)人駕駛飛機(jī)僅有蜻蜓大小,并計(jì)劃進(jìn)一步縮小成蚊子機(jī)器人,用于收集情報(bào)和竊聽(tīng).醫(yī)用超微型機(jī)器人是最有發(fā)展前途的應(yīng)用領(lǐng)域.它可進(jìn)入人的血管,從主動(dòng)脈管壁上刮去堆積的脂肪,疏通患腦血栓病人阻塞的血管.日本制定了采用機(jī)器人外科醫(yī)生的計(jì)劃,并正在開(kāi)發(fā)能在人體血管中穿行、用于發(fā)現(xiàn)并殺死癌細(xì)胞的超微型機(jī)器人.2)微型慣性?xún)x表:慣性?xún)x表是航空、航天、航海中指示方向的導(dǎo)航儀器,由于要求體積小、重量輕、精度高、工作可靠.因此是微型機(jī)電系統(tǒng)應(yīng)用的理想領(lǐng)域.現(xiàn)在國(guó)外已有微型加速度幾何微型陀螺儀的商品生產(chǎn),體積和重量都很小,但尚需提高精度.由于MEMs的發(fā)展已初具基礎(chǔ),微型器件的發(fā)展也已達(dá)到一定水平,同時(shí)有微電子工業(yè)制造集成電路的經(jīng)驗(yàn)可借鑒,各產(chǎn)業(yè)部門(mén)又有使用MEMS的要求,因此現(xiàn)在MEMS的發(fā)展條件已具備.4.微納米加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

微納米加工技術(shù)是一項(xiàng)不斷發(fā)展中的技術(shù).新技術(shù)取代老技術(shù),先進(jìn)技術(shù)取代落后技術(shù)是客觀發(fā)展規(guī)律.加工技術(shù)本身從來(lái)都只是手段,其目的是服務(wù)于科學(xué)研究或工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與生產(chǎn).因此新的科研課題或新的工業(yè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)會(huì)不斷對(duì)加工技術(shù)提出新的要求.新的加工技術(shù)將會(huì)不斷出現(xiàn).5.參考文獻(xiàn)

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第四篇：食品加工技術(shù)

食品加工技術(shù)培訓(xùn)講座

黃國(guó)柱

[培養(yǎng)目標(biāo)]培養(yǎng)能從事食品生產(chǎn)加工、設(shè)備操作與維護(hù)、生產(chǎn)管理與品質(zhì)控制、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工程設(shè)計(jì)等崗位高素質(zhì)高級(jí)技能型專(zhuān)門(mén)人才。

[主要課程] 食品生產(chǎn)技術(shù)（焙烤、肉制品、乳制品、飲料、方便休閑、果蔬制品）、食品安全與品質(zhì)控制、食品生物化學(xué)、食品微生物、食品加工原理、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)實(shí)踐等。

[就業(yè)趨向]可直接從事食品生產(chǎn)企業(yè)的工藝員、技術(shù)員、品控員、質(zhì)檢員、管理員及食品的生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理、質(zhì)量監(jiān)督、技術(shù)服務(wù)等工作。

食品藥品監(jiān)督管理

[培養(yǎng)目標(biāo)]培養(yǎng)掌握食品感官、理化、微生物檢驗(yàn)技術(shù)和質(zhì)量管理等方面的高素質(zhì)高級(jí)技能型專(zhuān)門(mén)人才。

[主要課程]食品理化檢驗(yàn)技術(shù)、儀器分析、食品安全與品質(zhì)控制、食品質(zhì)量管理、食品微生物、食品感官評(píng)定、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)實(shí)踐等。

[就業(yè)趨向] 適合于海關(guān)、商檢、衛(wèi)檢、產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所、各類(lèi)食品生產(chǎn)企事業(yè)單位等，從事食品分析與檢驗(yàn)、質(zhì)量和安全的監(jiān)督與管理等工作。

食品營(yíng)養(yǎng)與檢測(cè)（食品營(yíng)養(yǎng)與保健方向）

[培養(yǎng)目標(biāo)]培養(yǎng)具備營(yíng)養(yǎng)健康指導(dǎo)、保健食品生產(chǎn)，能從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)

保健食品生產(chǎn)操作、技術(shù)管理、品質(zhì)控制與營(yíng)銷(xiāo)，食品營(yíng)養(yǎng)與健康服務(wù)的高素質(zhì)高級(jí)技能型專(zhuān)門(mén)人才。

[主要課程] 基礎(chǔ)營(yíng)養(yǎng)學(xué)、公共營(yíng)養(yǎng)、特殊人群營(yíng)養(yǎng)、功能食品生產(chǎn)、食品質(zhì)量管理、食品生物化學(xué)、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)實(shí)踐等。

[就業(yè)趨向]從事?tīng)I(yíng)養(yǎng)健康指導(dǎo)、營(yíng)養(yǎng)配餐、保健食品生產(chǎn)、食品質(zhì)量安全與監(jiān)督等工作。

食品貯運(yùn)與營(yíng)銷(xiāo)

[培養(yǎng)目標(biāo)]培養(yǎng)掌握農(nóng)產(chǎn)品貯藏與保鮮、食品質(zhì)量控制、食品市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理等高素質(zhì)高級(jí)技能型專(zhuān)門(mén)人才。

[主要課程]食品貯藏與保鮮、農(nóng)產(chǎn)品加工技術(shù)、食品商品學(xué)、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、食品質(zhì)量管理、食品包裝學(xué)、食品市場(chǎng)調(diào)查、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)實(shí)踐等。

[就業(yè)趨向]可到各類(lèi)食品生產(chǎn)企事業(yè)單位和食品經(jīng)營(yíng)管理部門(mén)，從事食品貯藏保鮮、經(jīng)營(yíng)管理、產(chǎn)品銷(xiāo)售等工作。

食品生物技術(shù)

[培養(yǎng)目標(biāo)] 培養(yǎng)掌握發(fā)酵食品生產(chǎn)與管理、新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與研制、安全檢測(cè)、品質(zhì)控制等方面的高素質(zhì)高級(jí)技能型專(zhuān)門(mén)人才。

[主要課程] 食用菌生產(chǎn)技術(shù)、酶制劑生產(chǎn)與應(yīng)用、發(fā)酵調(diào)味品生產(chǎn)技術(shù)、食品理化檢驗(yàn)技術(shù)、食品微生物、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)實(shí)踐等。

[就業(yè)趨向]可在食品、商檢、輕化工、衛(wèi)生防疫、環(huán)保等行業(yè)從事產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、檢疫檢驗(yàn)、生產(chǎn)與管理等工作。

飼料與動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)

[培養(yǎng)目標(biāo)]培養(yǎng)掌握動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)、飼料生產(chǎn)、動(dòng)物生產(chǎn)及動(dòng)物保健的基本知識(shí)和基本技能的高素質(zhì)高級(jí)技能型專(zhuān)門(mén)人才。

[主要課程] 動(dòng)物營(yíng)養(yǎng)學(xué)、配合飼料學(xué)、飼料企業(yè)管理、飼料營(yíng)銷(xiāo)學(xué)、飼料加工工藝與設(shè)備、飼料分析與質(zhì)量檢驗(yàn)、專(zhuān)業(yè)綜合實(shí)訓(xùn)及畢業(yè)實(shí)踐等。

[就業(yè)趨向]可在飼料生產(chǎn)企、事業(yè)單位從事生產(chǎn)與管理等工作。

第五篇：激光加工技術(shù)

激光加工技術(shù)

一、技術(shù)概述

激光加工技術(shù)是利用激光束與物質(zhì)相互作用的特性對(duì)材料（包括金屬與非金屬）進(jìn)行切割、焊接、表面處理、打孔及微加工等的一門(mén)加工技術(shù)。激光加工技術(shù)是涉及到光、機(jī)、電、材料及檢測(cè)等多門(mén)學(xué)科的一門(mén)綜合技術(shù)，它的研究范圍一般可分為：

1．激光加工系統(tǒng)。包括激光器、導(dǎo)光系統(tǒng)、加工機(jī)床、控制系統(tǒng)及檢測(cè)系統(tǒng)。

2．激光加工工藝。包括切割、焊接、表面處理、打孔、打標(biāo)、劃線(xiàn)、微調(diào)等各種加工工藝。

二、現(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)

作為20世紀(jì)科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要標(biāo)志和現(xiàn)代信息社會(huì)光電子技術(shù)的支柱之一，激光技術(shù)和激光產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到世界先進(jìn)國(guó)家的高度重視。

激光加工是國(guó)外激光應(yīng)用中最大的項(xiàng)目，也是對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造的重要手段，主要是kW級(jí)到10kW級(jí)CO2激光器和百瓦到千瓦級(jí)YAG激光器實(shí)現(xiàn)對(duì)各種材料的切割、焊接、打孔、刻劃和熱處理等。據(jù)1997~1998年的最新激光市場(chǎng)評(píng)述和預(yù)測(cè)，1997年全世界總激光器市場(chǎng)銷(xiāo)售額達(dá)32.2億美元，比1996年增長(zhǎng)14％，其中材料加工為8.29億美元，醫(yī)療應(yīng)用3億美元，研究領(lǐng)域1.5億美元。1998年總收入預(yù)計(jì)增長(zhǎng)19％，可達(dá)到38.2億美元。其中占第一位的材料加工預(yù)計(jì)超過(guò)10億美元，醫(yī)用激光器是國(guó)外第二大應(yīng)用。

激光加工應(yīng)用領(lǐng)域中，CO2激光器以切割和焊接應(yīng)用最廣，分別占到70％和20％，表面處理則不到10％。而YAG激光器的應(yīng)用是以焊接、標(biāo)記（50％）和切割（15％）為主。在美國(guó)和歐洲CO2激光器占到了70~80％。我國(guó)激光加工中以切割為主的占10％，其中98％以上的CO2激光器，功率在1.5kW~2kW范圍內(nèi)，而以熱處理為主的約占15％，大多數(shù)是進(jìn)行激光處理汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸套。這項(xiàng)技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)效益都很高，故有很大的市場(chǎng)前景。

在汽車(chē)工業(yè)中，激光加工技術(shù)充分發(fā)揮了其先進(jìn)、快速、靈活地加工特點(diǎn)。如在汽車(chē)樣機(jī)和小批量生產(chǎn)中大量使用三維激光切割機(jī)，不僅節(jié)省了樣板及工裝設(shè)備，還大大縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期；激光束在高硬度材料和復(fù)雜而彎曲的表面打小孔，速度快而不產(chǎn)生破損；激光焊接在汽車(chē)工業(yè)中已成為標(biāo)準(zhǔn)工藝，日本Toyota已將激光用于車(chē)身面板的焊接，將不同厚度和不同表面涂敷的金屬板焊接在一起，然后再進(jìn)行沖壓。雖然激光熱處理在國(guó)外不如焊接和切割普遍，但在汽車(chē)工業(yè)中仍應(yīng)用廣泛，如缸套、曲軸、活塞環(huán)、換向器、齒輪等零部件的熱處理。在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，激光加工技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)及柔性制造技術(shù)相結(jié)合，派生出激光快速成形技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)不僅可以快速制造模型，而且還可以直接由金屬粉末熔融，制造出金屬模具。

到了80年代，YAG激光器在焊接、切割、打孔和標(biāo)記等方面發(fā)揮了越來(lái)越大作用。通常認(rèn)為YAG激光器切割可以得到好的切割質(zhì)量和高的切割精度，但在切割速度上受到限制。隨著YAG激光器輸出功率和光束質(zhì)量的提高而被突破。YAG激光器已開(kāi)始擠進(jìn)kw級(jí)CO2激光器切割市場(chǎng)。YAG激光器特別適合焊接不允許熱變形和焊接污染的微型器件，如鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等。YAG激光器打孔已發(fā)展成為最大的激光加工應(yīng)用。

目前，國(guó)外激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車(chē)制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。打孔峰值功率高達(dá)30~50kw，打孔用的脈沖寬度越來(lái)越窄，重復(fù)頻率越來(lái)越高，激光器輸出參數(shù)的提高，很大程度上改善了打孔質(zhì)量，提高了打孔速度，也擴(kuò)大了打孔的應(yīng)用范圍。國(guó)內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及手表寶石軸承的生產(chǎn)中。

目前激光加工技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)可歸納為：

－－新一代工業(yè)激光器研究，目前處在技術(shù)上的更新時(shí)期，其標(biāo)志是二極管泵浦全固態(tài)激光器的發(fā)展及應(yīng)用；

－－精細(xì)激光加工，在激光加工應(yīng)用統(tǒng)計(jì)中微細(xì)加工1996年只占6％，1997年翻了一倍達(dá)12％，1998年已增加到19％；

－－加工系統(tǒng)智能化，系統(tǒng)集成不僅是加工本身，而是帶有實(shí)時(shí)檢測(cè)、反饋處理，隨著專(zhuān)家系統(tǒng)的建立，加工系統(tǒng)智能化已成為必然的發(fā)展趨勢(shì)。

激光技術(shù)在我國(guó)經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，取得了上千項(xiàng)科技成果，許多已用于生產(chǎn)實(shí)踐，激光加工設(shè)備產(chǎn)量平均每年以20％的速度增長(zhǎng)，為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)改造、提高產(chǎn)品質(zhì)量解決了許多問(wèn)題，如激光毛化纖技術(shù)正在寶鋼、本鋼等大型鋼廠推廣，將改變我國(guó)汽車(chē)覆蓋件的鋼板完全依賴(lài)進(jìn)口的狀態(tài)，激光標(biāo)記機(jī)與激光焊接機(jī)的質(zhì)量、功能、價(jià)格符合國(guó)內(nèi)目前市場(chǎng)的需求，市場(chǎng)占有率達(dá)90％以上。

存在的主要問(wèn)題：

－－科研成果轉(zhuǎn)化為商品的能力差，許多有市場(chǎng)前景的成果停留在實(shí)驗(yàn)室的樣機(jī)階段；

－－激光加工系統(tǒng)的核心部件激光器的品種少、技術(shù)落后、可靠性差。國(guó)外不僅二級(jí)管泵浦的全固態(tài)激光器已用于生產(chǎn)過(guò)程中，而且二級(jí)管激光器也被應(yīng)用，而我國(guó)二極管泵浦的全固態(tài)激光器還處在剛開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)階段。

－－對(duì)加工技術(shù)的研究少，尤其對(duì)精細(xì)加工技術(shù)的研究更為薄弱，對(duì)紫外波激光進(jìn)行加工的研究進(jìn)行的極少。

－－激光加工設(shè)備的可靠性、安全性、可維修性、配套性較差，難以滿(mǎn)足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

三、“十五”目標(biāo)及主要研究?jī)?nèi)容

1．目標(biāo)

“十五”的主要工作是促進(jìn)激光加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，保持激光器年產(chǎn)值20％的平均增長(zhǎng)率，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值200億元以上；在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用中普及和推廣加工技術(shù)，重點(diǎn)完成電子、汽車(chē)、鋼鐵、石油、造船、航空等傳統(tǒng)工業(yè)應(yīng)用激光技術(shù)進(jìn)行改造的示范工程；為信息、材料、生物、能源、空間、海洋等六大高科技領(lǐng)域提供嶄新的激光設(shè)備和儀器。

2．主要研究?jī)?nèi)容

（1）激光加工用大功率CO2和固體激光器及準(zhǔn)分子激光器的引進(jìn)機(jī)型研究，提高國(guó)產(chǎn)機(jī)水平；同時(shí)開(kāi)發(fā)和研制專(zhuān)用配套的激光加工機(jī)床，提高激光器產(chǎn)品在生產(chǎn)線(xiàn)上穩(wěn)定運(yùn)行的周期，力爭(zhēng)在國(guó)內(nèi)建立較全面的加工用激光器的生產(chǎn)基地。

（2）建立激光加工設(shè)備參數(shù)的檢測(cè)手段，并進(jìn)行方法研究。

（3）激光切割技術(shù)研究。對(duì)現(xiàn)有的激光切割系統(tǒng)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化，提供性能好、價(jià)格便宜的2－3軸數(shù)控CO2切割機(jī)，并開(kāi)展相應(yīng)的切割工藝的研究，使該工藝廣泛用于材料加工、汽車(chē)、航天及造船等領(lǐng)域。為此應(yīng)著重在激光器外圍裝置，如：導(dǎo)光系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)測(cè)和控制、噴咀、浮動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)和研制以及CAD／CAM等方面開(kāi)展工作。

（4）激光焊接技術(shù)研究。開(kāi)展激光焊接工藝及材料、焊接工藝對(duì)設(shè)備要求及焊接過(guò)程參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制技術(shù)研究，從而掌握普通鋼材、有色金屬及特殊鋼材的焊接工藝。

（5）激光表面處理技術(shù)研究。開(kāi)展維CAD／CAM技術(shù)、激光表面處理工藝、材料性能及激光表面處理工藝參數(shù)監(jiān)測(cè)和控制研究，使激光表面處理工藝能較大幅度的應(yīng)用于生產(chǎn)。

（6）激光加工光束質(zhì)量及加工外圍裝置研究。研究各種激光加工工藝對(duì)激光光束的質(zhì)量要求、激光光束和加工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)，光學(xué)系統(tǒng)及加工頭設(shè)計(jì)和研制。

（7）擇優(yōu)支持2~3個(gè)國(guó)家級(jí)加工技術(shù)研究中心，開(kāi)展激光加工工藝技術(shù)研究，重點(diǎn)是材料表面改性和熱處理方面的研究和推廣應(yīng)用；開(kāi)展激光快速成形技術(shù)的應(yīng)用研究，拓寬激光應(yīng)用領(lǐng)域。