机械加工和特种加工技术优化

2.1.5.1 机械加工方法和设备

机械加工是一种用加工机械对工件的外形尺寸或性能进行改变的过程。按被加工的工件处于的温度状态，分为冷加工和热加工。一般在常温下加工，并且不引起工件的化学或物相变化的称冷加工。一般在高于或低于常温状态下的加工，会引起工件的化学或物相变化的称热加工。冷加工按加工方式的差别可分为切削加工和压力加工。热加工常见有热处理、锻造、铸造和焊接。广义的机械加工是指能用机械手段制造产品的过程；狭义的是指用车床、铣床、钻床、磨床、冲压机、压铸机等专用机械设备制作零件的过程。

机械冷加工通常指金属的切削加工，即用切削工具从金属材料（毛坯）或工件上切除多余的金属层，从而使工件获得具有一定形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。如车削、钻削、铣削、刨削、磨削、拉削等。在金属工艺学中，与热加工相对应，冷加工则指在低于再结晶温度下使金属产生塑性变形的加工工艺，如冷轧、冷拔、冷锻、冲压、冷挤压等。冷加工变形抗力大，在使金属成形的同时，可以利用加工硬化提高工件的硬度和强度。冷加工适用于加工截面尺寸小，加工尺寸和表面粗糙度要求较高的金属零件。

零件在加工和装配过程中所使用的基准，称为工艺基准。工艺基准按用途不同又分为装配基准、测量基准及定位基准。

1）装配基准。装配时用以确定零件在部件或产品中的位置的基准，称为装配基准。

2）测量基准。用以检验已加工表面的尺寸及位置的基准，称为测量基准。

3）定位基准。加工时工件定位所用的基准，称为定位基准。作为定位基准的表面（或线、点），在第一道工序中只能选择未加工的毛坯表面，这种定位表面称粗基准。在以后的各个工序中就可采用已加工表面作为定位基准，这种定位表面称精基准。

1.机械加工的一般原则

（1）先加工基准面 零件在加工过程中，作为定位基准的表面应首先加工出来，以便尽快为后续工序的加工提供精基准。称为“基准先行”。

（2）划分加工阶段 加工质量要求高的表面，都划分加工阶段，一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段。主要是为了保证加工质量，利于合理使用设备，便于安排热处理工序，以及便于及时发现毛坯缺陷等。

（3）先面后孔 对于箱体、支架和连杆等零件应先加工平面后加工孔。这样就可以以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置精度，而且对平面上的孔的加工带来方便。

（4）光整加工 主要表面的光整加工（如研磨、珩磨、精磨/滚压加工等），应放在工艺路线最后阶段进行，加工后的表面粗糙度值在Ra0.8μm以下，轻微的碰撞都会损坏表面。在日本、德国等国家，光整加工后，都要用绒布进行保护，绝对不准用手或其他物件直接接触工件，以免光整加工的表面，由于工序间的转运和安装而受到损伤。

有些具体情况可按下列原则处理：

1）为了保证加工精度，粗、精加工最好分开进行。因为粗加工时，切削量大，工件所受切削力、夹紧力大，发热量多，以及加工表面有较显著的加工硬化现象，工件内部存在较大的内应力，如果粗、精加工连续进行，则精加工后的零件精度会因为应力的重新分布而很快丧失。对于某些加工精度要求高的零件。在粗加工之后和精加工之前，还应安排低温退火或时效处理工序来消除内应力。

2）合理选用设备。粗加工主要是切掉大部分加工余量，并不要求有较高的加工精度，所以粗加工应在功率较大、精度不太高的机床上进行，精加工工序则要求用较高精度的机床加工。粗、精加工分别在不同的机床上加工，既能充分发挥设备能力，又能延长精密机床的使用寿命。

3）在机械加工工艺路线中，常安排有热处理工序。热处理工序位置的安排如下：为改善金属的切削加工性能，如退火、正火、调质等，一般安排在机械加工前进行。为消除内应力，如时效处理、调质处理等，一般安排在粗加工之后，精加工之前进行。为了提高零件的力学性能，如渗碳、淬火、回火等，一般安排在机械加工后进行。如热处理后有较大的变形，还需安排最终加工工序。

机械加工工艺流程是指工件或者零件按照制造加工的步骤，采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程，又称为机械加工工艺过程。例如，一个普通零件的加工工艺流程是粗加工→精加工→装配→检验→包装，就是一个加工的笼统的流程。

机械加工工艺就是在流程的基础上，改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品，是每个步骤、每个流程的详细说明。例如，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等，精加工可以分为车工，钳工，铣床等，每个步骤都要有详细的数据，如表面粗糙度要达到多少，公差要达到多少等。

技术人员根据产品数量、设备条件和工人素质等情况，确定采用的工艺过程，并将有关内容写成工艺文件，这种文件就称工艺规程。工艺规程比较有针对性，每个厂都可能不太一样，因为实际情况都不一样。

总的来说，工艺流程是纲领，加工工艺是每个步骤的详细参数，工艺规程是某个厂根据实际情况编写的特定的加工工艺。

2.零件常用的传统机械加工方法

（1）车削加工 车削加工是在车床上利用车刀对工件的旋转表面进行切削加工的方法。它主要用来加工各种轴类、套筒类及盘类零件上的旋转表面和螺旋面，其中包括：内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、成形回转面、端面、沟槽以及滚花等。此外，还可以钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹等。车削加工精度一般为IT8～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm；精车时，加工精度可达IT6～IT5，粗糙度可达Ra0.4～0.1μm。

车削加工的特点是：加工范围广，适应性强，不但可以加工钢、铸铁及其合金，还可以加工铜、铝等有色金属和某些非金属材料，不但可以加工单一轴线的零件，也可以加工曲轴、偏心轮或盘形凸轮等多轴线零件；生产率高；刀具简单，其制造、刃磨和安装都比较方便。由于上述特点，车削加工无论在单件、小批，还是大批量生产以及在机械的维护修理方面，都占有重要的地位。

车床的种类很多，按结构和用途可分为卧式车床、立式车床、仿形及多刀车床、自动和半自动车床、仪表车床和数控车床等。其中卧式车床应用最广，是其他各类车床的基础。常用的卧式车床有C6132A、C6136、C6140等几种。

（2）铣削加工 铣削主要用来对各种平面、沟槽等进行粗加工和半精加工，用成形铣刀也可以加工出固定的曲面。其加工精度一般可达IT9～IT7，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。概括而言，可以铣削平面、台阶面、成形曲面、螺旋面、键槽、T形槽、燕尾槽、螺纹、齿形等。

铣削加工的特点是：生产率较高，铣削过程不平稳，刀齿散热较好。因此，铣削时，若采用切削液对刀具进行冷却，则必须连续冷却，以免产生较大的热应力。

铣床主要包括卧式铣床和立式铣床，其中前者的主轴是水平的，而后者的主轴与工作台面相垂直。

（3）刨削加工 刨削是使用刨刀在刨床上进行切削加工的方法，主要用来加工各种平面、沟槽和齿条、直齿轮、花键等母线是直线的成形面。刨削比铣削平稳，但加工精度较低，其加工精度一般为IT10～IT8，表面粗糙度为Ra6.3～1.6μm。

刨削加工的特点是：生产率较低；刨削为间断切削，刀具在切入和切出工件时受到冲击和振动作用，容易损坏。因此，在大批量生产中的应用较少，常被生产率较高的铣削、拉削加工代替。

刨床主要包括两种，一种为牛头刨床，主要刨削中、小型零件的各种平面及沟槽，适用于单件、小批生产的工厂及维修车间；另一种是龙门刨床，主要用于加工大型工件或重型零件上的各种平面、沟槽以及各种导轨面，也可在工作台上一次装夹多个零件同时进行加工。

（4）钻削和镗削加工 钻削和镗削都是加工孔的方法。钻削包括钻孔、扩孔、铰孔和锪孔。其中，钻孔、扩孔和铰孔分别属于孔的粗加工、半精加工和精加工，俗称“钻-扩-铰”。钻孔精度较低，为了提高精度和表面质量，钻孔后还要继续进行扩孔和铰孔。钻削加工是在钻床上进行的，镗削是利用镗刀在镗床上对工件上的预制孔进行后续加工的一种切削加工方法。

钻削加工主要包括：

1）钻孔。钻孔是用钻头在实体工件上钻出孔的方法，常用的钻头是麻花钻。钻孔时，首先根据孔径大小选择钻头。一般，当孔径小于30mm时，可一次钻出；大于30mm时，应先钻出一小孔，然后再用扩孔钻将其扩大。

2）扩孔。扩孔是对已有孔进行扩大的加工方法。仅为了扩大孔的直径的扩孔可用麻花钻，在扩大孔的直径的同时提高孔形位精度的扩孔采用专门的扩孔钻，其加工精度一般为IT10～IT8，表面粗糙度为Ra6.3～3.2μm。扩孔可作为精度要求不高孔的最终加工，也可作为精加工（如铰孔）前的预加工。

3）铰孔。铰孔是用铰刀在扩孔或半精镗后的孔壁上切除微量金属层，以提高孔的尺寸精度和减小孔的表面粗糙度值的一种精加工方法。加工精度可达IT7～IT6，表面粗糙度为Ra0.8～0.4μm。铰刀有手用铰刀和机用铰刀两种，手用铰刀的工作部分较长，机用铰刀的工作部分较短。

4）锪孔。锪孔是指在已加工孔上加工圆锥形沉头孔、圆柱形沉头孔和端面凸台的方法。锪孔用的刀具统称为锪钻。

工厂中常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。其中台式钻床（简称台钻）结构简单，操作方便，适用于加工小型零件上直径小于等于13mm的孔；立式钻床（简称立钻）常用于加工单件、小批生产中的中、小型工件；而摇臂钻床适用于加工笨重和多孔的工件。

镗削加工可以对工件上的通孔和不通孔进行粗加工、半精加工和精加工。适宜加工箱体、机架等结构复杂和尺寸较大的工件上的孔及孔系。优点是用一种镗刀可以加工一定范围内各种不同直径的孔，特别是大直径孔，几乎是可供选择的唯一方法。

镗床有卧式镗床、立式镗床、深孔镗床和坐标镗床之分，应用最广的是卧式镗床。

（5）磨削加工 磨削加工是指用磨具（如砂轮）或磨料加工工件表面，广泛应用于工件的精加工，尤其是淬硬钢件及其他高硬度特殊材料的精加工。其应用范围及其特点包括：

1）加工精度高。磨削加工精度一般可达IT6～IT4，表面粗糙度值为Ra0.8～0.1μm，当采用高精度磨床时，表面粗糙度可达Ra0.1～0.08μm。

2）高硬度工件。

3）磨削温度高。磨削时要有充足的切削液，同时切削液还可以起到排屑和润滑作用。磨削加工主要用于零件的内外圆柱面、内外圆锥面、平面和成形面（如花键、螺纹、齿轮等）的精加工，以获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度值。

磨床的类型很多，主要有平面磨床、外圆磨床、内圆磨床、无心磨床、工具磨床及各种专用磨床（曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、导轨磨床）等。常用的是平面磨床和外圆磨床。

2.1.5.2 加工方法的选择

1.回转面加工方法的选择

每一种回转面都有很多加工方法，具体选择时应根据零件的材料、毛坯种类、结构形状、尺寸、加工精度、粗糙度、技术要求、生产类型及工厂的生产条件等因素来决定，以确保加工质量并降低生产成本。

（1）外圆表面加工 外圆表面的技术要求包括：尺寸与形状精度、位置精度、表面质量等。其加工方案可以选用以下几种：①粗车→半精车→磨；②粗车→半精车→粗磨→精磨→研磨或超级光磨；③粗车→半精车→精车→细精车→研磨。

此外还需要注意以下几点：

1）一般最终工序采用车削加工方案的，适用于各种金属（淬火钢除外）。

2）最终工序采用磨削加工方案的，适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，但不宜加工强度低、韧性大的有色金属。磨削前的车削精度无需很高，否则对车削不经济，对磨削也无意义。

3）最终工序采用精细车或研磨方案的，适用于有色金属的精加工。

4）研磨、超级光磨和高精度小粗糙值磨削前的外圆精度和粗糙度，对生产率和加工质量影响极大，所以在研磨或高精度磨削前一般都要进行精磨。

5）对尺寸精度要求不高，而粗糙度值要求低而光亮的外圆，可通过抛光达到要求。

（2）孔加工 零件上的孔多种多样，常见的有；螺栓、螺钉孔，油孔，套筒、齿轮、端盖上的轴向孔，箱体上的轴承孔，深孔（深径比L/D＞5～10）等。其加工方案可以选用以下几种：①钻→铰；②钻→扩→粗铰→精铰→研磨或手铰；③钻→粗镗→（半精镗）→粗磨→精磨→研磨；④钻→粗镗→半精镗→磨；⑤钻→粗镗→半精镗→精镗→精细镗。

钻孔适用于各种批量生产中，对各类零件和各种材料（淬火钢除外）的实体进行孔加工。孔加工应注意以下几点：

1）加工公差等级IT9的孔，如孔径小于10mm时，可采用钻铰方案；孔径小于30mm的孔，可采用钻模钻孔，或采用钻孔后扩孔；孔径大于30mm的孔，一般采用钻孔后镗孔，镗孔常用于单件小批生产。

2）加工公差等级IT8的孔，当孔径小于20mm时，可采用钻孔后铰孔；若孔径大于20mm，可视具体情况，采用钻→扩（或镗）→铰，此方案适用于加工除淬火钢以外的各种金属，但孔径应在ϕ20mm～ϕ80mm范围内。此外，也可采用最终工序为精镗或拉孔的方案。淬火钢可采用磨削加工。

3）加工公差等级IT7的孔，当孔径小于12mm时，一般采用钻孔后进行两次铰孔的方案；孔径大于12mm时，可采用钻→扩（或镗）→粗铰→精铰的方案，或采用最终工序为精拉或精磨的方案。精拉适用于大批量的生产，精磨适用于加工淬火钢、不淬火钢和铸铁，但不宜加工硬度低、韧性大的有色金属。

4）加工公差等级IT6的孔，其最终工序要视具体情况进行选择。例如，韧性较大的有色金属不宜采用珩磨，可采用研磨或精细镗；研磨对大孔、小孔均可加工，而珩磨适用于加工较大的孔。

5）对于已经铸出或锻出的孔（一般为中、大尺寸的孔），可直接进行扩孔或镗孔，直径大于100mm的孔，用镗孔比较方便。

6）加工盘套类零件中间部位的孔，为保证孔与外圆、端面的位置精度，一般是在车床上将孔与外圆、端面一次装夹加工出来。在成批生产或深径比较大时，应采用钻→扩→铰方案；若零件需要淬火，则应在半精加工后安排淬火，再进行磨削。

2.平面加工方法的选择

平面加工的技术要求主要包括：形状精度、位置精度、尺寸精度以及平行度、垂直度等，表面质量等。其加工方案可以选用以下几种：①粗刨（粗铣）→拉削；②粗刨（粗铣）→精刨→刮削（高速精铣）；③粗刨（粗铣）→刮削（高速精铣）→精磨→研磨；④粗刨（粗铣）→粗磨→精磨→研磨；⑤粗车→半精车→精车；⑥粗车→半精车→精磨→研磨。

平面加工过程中需要注意以下几点：

1）最终工序采用刮削时，用于要求直线度高、粗糙度值小且不淬硬的平面。当批量较大时，可采用宽刃细刨代替刮削，以提高生产率和减轻劳动强度。尤其是加工狭长的精密平面（如导轨面），或缺少导轨磨床时，常采用宽刃细刨。

2）最终工序采用高速精铣时，适用于加工精度要求高的有色金属工件。若采用高精度高速铣床和金刚石刀具，铣削表面粗糙度值Ra一般小于0.008μm。

3）最终工序采用磨削时，适用于加工要求直线度高、粗糙度值小的淬硬工件和薄片工件，也用于不淬硬的钢件或铸件上较大平面的精加工。但不宜精加工塑性大的有色金属。(www.xing528.com)

4）精车主要用于加工轴、套、盘等回转体零件的端面；大型盘类零件的端面，一般在立式车床上加工。在车床上加工端面，易保证端面与轴线的垂直度要求。

5）拉削平面加工精度高、生产率高、拉刀使用寿命长，是一种先进的加工方法。适用于大批量生产中加工质量要求较高而面积不太大的平面。

6）研磨适用于加工高精度、小粗糙度值表面，如块规等高精度零件的工作面。对于精度要求不高，仅要求光亮和美观的零件，可采用抛光加工。

2.1.5.3 特种加工方法和设备

1.概述

特种加工是指直接利用电能、热能、声能、光能、化学能和电化学能，有时也结合机械能对工件进行的加工。特种加工中以采用电能为主的电火花加工和电解加工应用较广，泛称电加工。特种加工不是采用常规的刀具或磨具对工件进行切削加工的工艺方法，而是利用电能、光能、化学能、声能、磁能等物理、化学能量或几种复合形式，直接施加在被加工的部位，从而使工件改变形状、去除材料、改变性能等。特种加工专指那些不属于传统加工工艺范畴的加工方法，它不同于使用刀具、磨具等直接利用机械能切除多余材料的传统加工方法。特种加工是近几十年发展起来的新工艺，是对传统加工工艺方法的重要补充与发展，目前仍在继续研究开发和改进中。

普通的切削加工，都是用比工件更硬的刀具，靠机械力来进行的。20世纪40年代发明的电火花加工开创了用软工具、不靠机械力来加工硬工件的方法。20世纪50年代以后先后出现电子束加工、等离子弧加工和激光加工。这些加工方法不用成形的工具，而是利用密度很高的能量束流进行加工。对于高硬度材料和复杂形状、精密微细的特殊零件，特种加工有很大的适用性和发展潜力，在模具、量具、刀具、仪器仪表、飞机、航天器和微电子元器件等制造中得到越来越广泛的应用。

特种加工的发展方向主要是：提高加工精度和表面质量，提高生产率和自动化程度，发展几种方法联合使用的复合加工，发展纳米级的超精密加工等。特种加工是20世纪40年代发展起来的，由于材料科学、高新技术的发展和激烈的市场竞争，发展尖端国防及科学研究的急需，不仅新产品更新换代日益加快，而且产品要求具有很高的强度质量比和性能价格比，并正朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密机械零件大量涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。例如，各种难切削材料的加工；各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工；薄壁、弹性元件等特殊零件的加工等。

对此，采用传统加工方法十分困难，甚至无法加工。于是，人们一方面通过研究高效加工的刀具和刀具材料、自动优化切削参数、提高刀具可靠性和在线刀具监控系统、开发新型切削液、研制新型自动机床等途径，进一步改善切削状态，提高切削加工水平，并解决了一些问题；另一方面，则冲破传统加工方法的束缚，不断地探索、寻求新的加工方法，于是一种本质上区别于传统加工的特种加工便应运而生，并不断获得发展。特种加工的特点可以归结如下：

1）不用机械能，与加工对象的力学性能无关。有些加工方法，如激光加工、电火花加工、等离子弧加工、电化学加工等，是利用热能、化学能、电化学能等，这些加工方法与工件的硬度、强度等力学性能无关，故可加工各种硬、软、脆、热敏、耐腐蚀、高熔点、高强度、特殊性能的金属和非金属材料。

2）非接触加工，不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故刚度极低元件及弹性元件得以加工。

3）微细加工，工件表面质量高。有些特种加工，如超声、电化学、水喷射、磨料流等，加工余量都是微细进行，故不仅可加工尺寸微小的孔或狭缝，还能获得高精度、极低粗糙度值的加工表面。

4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度值，其热应力、残余应力、冷作硬化等均比较小，尺寸稳定性好。

5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工，其综合加工效果明显，且便于推广使用。

6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。

2.常用特种加工方法

（1）电火花加工 在特种加工中，电火花加工的应用最为广泛。电火花加工是在一定的液体介质中，利用正负电极间脉冲放电时的电腐蚀现象对导电材料进行加工，从而使零件的尺寸、形状和表面质量达到技术要求的一种加工方法。图2.152所示为电火花加工的原理示意图。

图2.152 电火花加工原理示意图

1—工件 2—脉冲电源 3—自动进给调节装置 4—工具 5—工作液 6—过滤器 7—工作液泵

电火花加工是直接利用电能对零件进行加工的一种方法。电火花加工设备应由以下部分组成：脉冲电源、间隙自动调节器、机床本体、工作液及其循环过滤系统。间隙自动调节器自动调节电极间距离，使工具电极的进给速度与电蚀速度相适应。火花放电必须在绝缘液体介质中进行。电火花加工机床主要有以下两种类型：

1）电火花成形加工机床。主要由脉冲电源箱、工作液箱和机床本体组成。其中机床主体由主轴头、工作台、床身和立柱组成。主轴头是电火花成形加工机床的关键部件，它与间隙自动调节装置组成一体。主轴头的性能直接影响电火花成形加工的加工精度和表面质量。

2）电火花切割加工机床。它是利用一根运动的金属丝作为工具电极，在工具电极和工件电极之间通以脉冲电流，使之产生电腐蚀，最后工件被切割成所需要的形状。

电火花加工有如下特点：

1）可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料。

2）加工时无明显的机械力，故适用于低刚度工件和微细结构的加工，特别适用于复杂的型孔和型腔加工。

3）脉冲参数可以调节，可以在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工。

4）在一般情况下生产效率低于切削加工。为了提高生产率，常采用切削加工进行粗加工，再进行电火花加工。

5）放电过程有部分能量消耗在工具电极上，从而导致电极损耗，影响成形精度。

电火花加工应用最为广泛的是电火花成形加工和电火花线切割加工。前者是通过工具电极相对于工件作进给运动，将工件电极的形状和尺寸复制在工件上，从而加工出所需要的零件，主要用于加工各类热锻模、压铸模、挤压模、塑料模和胶木模的型腔；后者是利用移动的细金属丝作工具电极，按预定的轨迹进行脉冲放电切割。电火花线切割加工原理图如图2.153所示。目前，电火花线切割广泛用于加工各种冲裁模（冲孔和落料用）、样板以及各种形状复杂的型孔、型面和窄缝等。

图2.153 电火花线切割加工原理图

1—工作台 2—导向轮 3—钼丝 4—储丝桶 5—绝缘垫 6—工件 7—脉冲电源

（2）超声波加工 超声波加工是利用工具端面的超声频振动，通过磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。其加工原理如图2.154所示。超声波加工机床主要包括超声电源（超声发生器）、超声振动系统及加工机床本体三部分。超声波加工的特点主要包括：

1）特别适合加工各种硬脆材料，尤其是电火花加工等无法加工的不导电的非金属材料。

2）切削力小，热影响小，适合加工薄壁、窄缝等低刚度工件。

3）加工精度高，加工表面质量好。尺寸精度可达0.02～0.01mm，表面粗糙度值Ra可达0.8～0.1μm，加工表面无组织改变、残余应力及烧伤等现象。

4）易加工复杂型面、型孔、型腔等形状。

5）工具和工件无需作复杂的相对运动，因此普通的超声波加工设备结构较简单。

超声波加工主要应用于型孔和型腔加工、切割加工、超声波清洗以及超声波焊接领域。

图2.154 超声波加工原理

1—超声波发生器 2—换能器 3—振幅扩大棒 4—工具 5—工件 6—磨料悬浮液

（3）激光加工 激光加工是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。图2.155所示为固体激光器中激光的产生和工作原理图。激光加工装置主要由激光器、电源、光学系统和机械系统四部分组成。激光加工的特点包括：

1）激光的功率密度可高达10⁸～10¹⁰W/cm²，加工的热作用时间很短，热影响区小，几乎可以加工任何金属与非金属材料。

2）激光加工属于非接触加工，不需要工具，不存在工具损耗，无明显机械力，加工速度快，易于实现加工过程自动化。

3）激光可通过玻璃等透明材料进行加工，如对真空管内部进行焊接等。

4）激光可用于精密微细加工。平均加工精度可以达到0.01mm；表面粗糙度值Ra可达0.4～0.1μm。

5）激光加工不受电磁干扰。

6）激光除切除材料加工外，还可以进行焊接、热处理、表面强化等加工。

激光加工可以用于激光打孔、激光切割、激光焊接、激光表面热处理等领域。

图2.155 固体激光器中激光的产生和工作原理图

1—全反射镜 2—工作物质 3—光泵 4—部分反射镜 5—光阑 6—分色镜 7—透镜 8—工件 9—工作台

（4）特种加工机床——数控加工 特种加工机床是利用电能、电化学能、光能及声能等进行加工的机床。传统的机械加工都是用手工操作普通机床作业的，加工时用手摇动机械刀具切削金属，靠眼睛、用卡尺等工具测量产品的精度的。现代工业早已使用计算机数字化控制的机床进行作业了，数控机床可以按照技术人员事先编好的程序自动对任何产品和零部件直接进行加工。这就是通常说的“数控加工”。数控加工广泛应用在所有机械加工的任何领域，更是模具加工的发展趋势及重要和必要的技术手段。

“CNC”是英文Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。数控技术，简称数控（Numerical Control），它是利用数字化信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控（NC）机床。

数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分，数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动，以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速、主轴正反转、换刀、切削液开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件（即通常说的数控加工程序）存放在信息载体（如磁盘、穿孔纸带、磁带等）上，然后由机床上的数控系统读入（或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入），通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术基础。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、数控加工中心高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化、全功能的通用数控装置。数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位并体现国家综合实力的水平。它随着信息技术、微电子技术。自动化技术和检测技术的发展而发展。

数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。在加工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能，对工件各加工面连续自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差，减少了工件装夹、测量和机床的调整时间，及工件周转、搬运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。加工中心按主轴在空间的位置不同可分为立式加工中心与卧式加工中心。

（5）电解加工 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种工艺方法。电解加工具有如下特点：

1）可以加工高强度、高硬度和高韧性等难以加工的金属材料。

2）加工过程中无机械切削力和切削热，工件不会产生残余应力和变形，也没有飞边毛刺，适合于加工易变形和薄壁类零件。

3）平均加工精度可以达到0.1mm；表面粗糙度值Ra可达0.2～1.6μm。

4）加工过程中工具阴极在理论上不会损耗，可长期使用。

5）生产率较高，约为电火花加工的5～10倍。

6）一次进给运动可加工出形状复杂的型腔与型面。

7）电解加工的附属设备多，造价高，占地面积大，加工稳定性尚不够高。另外，电解液易腐蚀机床和污染环境。

电解加工的应用场合很多，例如，电解锻模型腔、电解整体叶轮、电解去毛刺等。