加工原理

加工原理（精选9篇）

加工原理 篇1

不同零件的几何外形和尺寸是各不相同的, 但其内外轮廓都是由一些简单的表面 (平面、圆柱面、圆锥面以及若干成形面等) 组成的, 如阶梯轴是由不同直径的圆柱面、端面、轴肩面 (平面) 、成形面 (各种沟槽, 回转曲面, 螺纹) 等组成;箱体是由平面、孔 (圆柱面) 、各种圆弧过渡面 (成形面) 等组成。不同类别的金属切削机床的运动形式、结构都有很大的区别, 但从零件表面成形的原理分析, 却有很多共同点。不同的机床完成不同表面的加工, 最终得到要求的零件, 亦即完成零件的机械加工工艺过程。传统的零件表面成形理论对此有所描述, 但过于简化, 特别是对部分典型表面的成形原理缺乏统一而准确的描述, 因此有必要进一步研究零件表面的发生线成形理论, 使之完善并系统化。

1 机床上零件表面成形的原理

金属切削机床可加工的零件表面均为线性表面, 即该表面可以通过两条发生线以一定的规则运动形成。这两条线分别为母线和导线, 母线以一定的规则或方式沿着导线运动可以形成某种特定表面。因此也可以说, 线性表面是通过母线和导线的相对运动而形成的, 或者说零件表面的成形过程也就是两条发生线形成的过程, 这就是零件表面的发生线成形原理。金属切削机床的成形运动就是形成两条发生线的运动。

1.1 表面发生线的形成方法形成零件表面的母线和导线都是发生线, 发生线形成的方法共有4种:

轨迹法、成形法、相切法和范成法 (或称展成法) 。

1.1.1 轨迹法的特征是:

刀具的切削刃与将要形成的表面呈点接触, 该点沿着将要形成的发生线运动, 其轨迹线就是发生线。轨迹法需要一个成形运动。

1.1.2 成形法的特征是:

刀刃的形状和将要形成的发生线是完全吻合的, 因此不需刀具和工件之间有相对成形运动即可实现发生线。

1.1.3 相切法的特征:

刀具为盘状或柱状的多齿刀具, 每个刀齿轮流切削形成一系列刀刃的轨迹线, 和这些轨迹线共同相切的线被称为包络线, 该包络线即是将要形成的发生线;相切法需要两个成形运动, 一个是刀具的旋转运动, 一个是刀具轴线沿着将要形成的发生线等距离的运动。

1.1.4 范成法的特征:

范成法是形成渐开线的方法, 是利用齿轮啮合的原理由“范成运动”所形成的。范成法形成渐开线 (发生线) 需要刀具和工件严格地按一定规律作相对运动, 即需要一个由刀具和工件共同完成的复合运动。范成运动需要两个成形运动。

形成零件某一表面的两条发生线的方法可以一样, 也可以不一样。如, 在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮的齿廓面时, 滚刀和工件的相对复合运动所形成的渐开线是母线, 由范成法形成, 而呈直线的齿向线是导线, 由相切法形成;但在插齿机上加工同样的直齿圆柱齿轮的齿廓面时, 渐开线变成了导线, 由范成法形成, 而直线齿向线变成了母线, 由轨迹法形成。又如, 用尖头车刀加工圆柱面时, 作为母线的圆和作为导线的直线均为轨迹法形成的。而用成形圆弧车刀车削成形圆弧沟槽时, 和刀具圆弧刃吻合的弧线为母线, 由成形法形成, 作为导线的圆是轨迹法形成的。因此, 某一表面的成形原理和成形运动要根据所采用的具体加工方法具体分析, 而不是由表面本身确定。还应特别指出, 上述4种方法仅仅是实现一条发生线的方法, 而不是形成表面的方法。

从成形原理看, 有些表面的母线和导线可以交换, 这样的表面也称为可逆表面;另一些表面的母线和导线不能交换, 否则不能形成希望得到的表面或不能形成表面, 这种表面称为不可逆表面。各种表面的母线沿导线运动的规律是不同的, 有的很简单, 如平面、圆柱面等, 而有一些却很复杂, 如圆锥面、螺纹面和斜齿轮齿廓面等。针对传统发生线成形理论的不完善, 作者将各种表面分为简单表面和复杂表面, 并分别对两类表面的发生线成形原理作较详细的定义和归纳。

1.2 简单表面的成形原理

简单表面的导线是直线、圆或简单的成形线, 母线沿着导线作平行移动。比如直齿圆柱齿轮的齿廓面是渐开线和齿向线 (与齿轮轴线平行的直线) 相对运动实现。简单表面一般都是可逆表面, 由于简单表面线性简单, 母线导线可以交换, 因此, 简单表面的成形方法 (即7zn-r方法) 通常是多种的。在滚齿机上加工直齿圆柱齿轮的齿廓面时, 多齿滚刀在齿轮的端面上先形成渐开线的母线。如在插齿机上加工直齿圆柱齿轮时, 母线是齿向线, 而导线是渐开线。

1.3 复合表面的成形原理

复合表面的导线各有不同, 因而母线沿着导线的运动规律也相对复杂, 实现导线的运动不是简单的直线运动或圆周运动, 而是复合运动, 即由两个或两个以上的简单运动复合而成的运动。通常, 复合表面是不可逆表面。下面针对组成零件的常见复合表面:螺纹面和斜齿轮齿廓面进行分析。

1.3.1 过螺纹轴线的平面与螺纹牙型面的相贯线 (V形的两个线段) 就是螺纹面的母线A, 而导线B是与螺纹的导程相同的螺旋线。

母线A与螺纹轴线始终处于同一平面内, 且母线A的方位保持不变, 当母线A沿着螺旋线导线B做螺旋运动时, 母线A扫过的表面就是螺纹面。V形线的形状取决于螺纹的牙型, V形线与轴线的距离决定了螺纹直径, 螺旋导线的导程决定了螺纹的导程 (或螺距) 。

1.3.2 斜齿圆柱齿轮的齿廓面

斜齿圆柱齿轮轮齿的端面上为标准的渐开线齿形, 因此, 从表面成形原理看, 可认为和轮齿切向呈垂直的平面与齿槽的相贯线为母线A, 向螺旋线为导线曰, 母线A所在的平面始终和轮齿的切向呈垂直状态, 并与齿轮轴线保持同等的距离沿螺旋导线B上升, 母线A扫过的表面即是该斜齿圆柱齿轮的齿廓面。

2 机床表面的成形原理与加工精度的关系

从上述零件表面成形原理的分析可以得出, 完成零件表面的加工过程就是实现两条发生线的过程。发生线的形状误差将直接复映在工件的表面上。如, 在车削圆柱面时, 刀具直线运动的误差将直接影响圆柱面的圆柱度, 工件的旋转运动误差将直接影响圆柱面的圆度。因此, 实现发生线的成形运动精度是决定零件表面精度的最主要的原因之一。发生线大多需要成形运动 (成形法由刀刃决定, 不需要成形运动。机床部件的设计和改进的核心目标之一就是提高实现发生线的精度。为了简化机床结构, 大多数机床将刀具和工件之间的相对运动分解为简单的直线运动和旋转运动。直线运动的精度体现在运动的直线度和匀速性, 旋转运动的精度体现在运动的圆度和匀速性。仍以车床上加工圆柱面为例, 工件的旋转精度受制于车床主轴的径向跳动和角度摆动、主运动传动链各环节的分度精度、由于切削层厚度硬度的变化引起的受迫振动以及主轴和刀架部件的刚度等;刀具的直线运动精度受制于溜板导轨的直线度和刚度, 刀具的刚度, 进给运动传动链各环节的分度精度等。发生线的精度也与工件本身的刚度有着极大的关系。因此, 从工件表面成形原理, 可以探寻提高机床加工精度的方向和途径。

参考文献

[1]贾亚洲.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社, 1996.[1]贾亚洲.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社, 1996.

[2]顾维邦.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1992.[2]顾维邦.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1992.

[3]吴圣庄.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1985.[3]吴圣庄.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1985.

加工原理 篇2

1）激光熔焊技术：基本原理是把波长一定的连续脉冲光束，通过放大、反射、聚焦，使光束的束宽、束形、束能、峰值功率及重复频率等参数达到特定的技术要求后辐射到工作表面，形成特殊熔池， 特点：具有熔点小、熔速快、精度高、变形小等。工业上主要应用于精密件的焊补、焊接及特殊加工或表面强化。

2）离子束技术：基本原理是由离子源获得高能离子束流，通过磁化、纯化、加速，再经过多为旋转扫描器后注入材料表面，注入的离子与原材料的原子之间发生辐射扩散效应以及晶格置换错位现象，出现成核化合物，生成弥散硬化相，使其表层显微组织结构发生突变，从而获得所需要的性能，

3）摩擦旋转电火花涂覆技术：优点是可以极大地提高工件表面的硬度、耐磨性、热硬性及耐腐蚀等机械特性、不受重量、体积、形状的局限，工件不变性。

4）喷涂、喷焊技术：将焊材加热至熔融状态，以高速撞击在工件表面，属于物理结合

机械加工的成形原理分析 篇3

关键词：机械加工,成形,原理分析

不同零件的内外轮廓都是由圆锥面、圆柱面、平面和若干成形面等一些简单的表面组成的, 其尺寸和几何外形各不相同, 另外, 对于不同类别的金属来说, 从零件表面成形的原理分析, 有很多共同点, 但其切削机床的结构和运动形式却有很大的区别。零件机械加工工艺过程的完成就是使不同的机床来对不同表面的加工进行完成, 最终得到要求的零件。

1 机床上零件表面成形的原理

1.1 复合表面成形的原理

实现导线的运动是复合运动, 并不是简单的圆周运动或直线运动, 是指由2个或2个以上的简单运动复合而成的运动。复合表面是不可逆的表面, 其导线各不相同, 所以母线沿着导线的运动规律也比较复杂。下面开始分析斜齿轮齿廓面、螺纹面和圆锥面等组成零件的常见复合表面。

1.1.1 斜齿圆柱齿轮的齿廓面

从表面成形的原理来看, 我们可以认为, 齿向螺旋线为导线A, 齿槽和轮齿切向呈垂直的平面之间的相贯线为母线B, 因为斜齿圆柱齿轮轮齿的端面是标准的渐开线齿形, 所以轮齿的切向和母线B所在的平面始终呈垂直状态, 同时母线B所在的平面沿螺旋导线A上升且与齿轮轴线保持相同距离, 该斜齿圆柱齿轮的齿廓面就是母线B扫过的表面。

1.1.2 螺纹面

和螺纹导程相同的螺旋线就是导线A, 螺纹牙型面和过螺纹轴线的平面之间的相贯线就是螺纹面的母线B。母线B的方位保持不变, 同时螺纹轴线和母线B始终处于同一平面内, 螺纹面就是指当母线B沿着螺旋线导线A做螺旋运动时, 母线B所扫过的表面。螺纹的导程 (螺距) 受螺旋导线的导程决定, 螺纹直径受轴线与V形线之间的距离决定, 螺纹的牙型决定了V形线的形状。

1.1.3 圆锥面

圆锥表面的其中一条素线是圆锥面的母线, 固定某一点A在该线上, 而另外一个确定点B围绕一个圆移动, 则圆锥面就是该素线扫过的表面。圆台的侧面可以当作是圆锥面的一部分, 圆锥的尺寸和外形要靠导线圆的直径和AB两点之间的长度共同来确定。

1.2 简单表面成形的原理

简单表面的加工方法 (即成形方法) 通常是多种的, 因为一般而言, 简单表面都是可逆表面, 其母线和导线之间可以交换, 线性简单。简单表面的导线简单的形成线、圆或直线, 母线沿着导线做平行移动。

1.3 形成表面发生线的方法

零件表面形成的导线和母线均是发生线, 形成发生线的方法共有四种, 即展成法 (或称范成法) 、相切法、成形法和轨迹法。

(1) 展成法的特征:展成法是形成渐开线的方法, 是由“展成运动”利用齿轮啮合的原理所形成的。展成法是一个复合运动需要由工件和刀具来共同完成, 也就是说需要工件和刀具按一定规律严格的做相对运动才能形成发生线 (渐开线) , 范成运动需要两个成形运动。

零件某一表面的两条发生线形成的方法可以不一样, 也可以一样。要根据所采用的具体加工方法来对某一表面的成形运动和成形原理进行具体分析, 并不是由表面本身来确定。例如, 对圆柱面利用尖头车刀进行加工时, 对成形圆弧沟槽利用成形圆弧车刀进行车削时, 是由轨迹法形成作为导线的圆, 由成形法形成和刀具圆弧刃吻合的弧线 (即母线) , 作为导线的直线和作为母线的圆都是由轨迹法形成的。以上的这些方法不是形成表面的方法, 仅仅是实现一条发生线的方法。从成形原理来看, 各种表面的母线沿导线运动的规律各不相同有的很复杂, 如斜齿轮齿廓面、螺纹面和圆锥面, 有的很简单, 如圆柱面和平面等。有些表面的导线和母线之间不能交换, 否则无法形成表面或形成希望得到的表面, 此类表面称为不可逆表面;有些表面的导线和母线之间能够交换, 此类表面称为可逆表面;由于传统形成发生线的理论不够完善, 所以本文把各种表面分为复杂表面和简单表面, 并分别归纳和定义了两类表面的发生线成形原理。

(2) 相切法的特征:相切法需要两个成形运动, 一个是沿着将要形成的发生线刀具轴线进行等距离的运动, 一个是旋转刀具的运动。刀具是多齿刀具, 为柱状或盘状, 轮流用每个刀齿进行切削, 形成一系列刀刃的轨迹线, 包络线就是和该轨迹线共同相切的线, 即将要形成的发生线。

(3) 成形法的特征:无需工件和刀具之间发生相对的成形运动就可以实现发生线, 因为将要形成的发生线和刀刃的形状是完全吻合的。

(4) 轨迹法的特征:轨迹法需要一个成形运动。将要形成的表面呈点和刀具的切削刃相互接触, 此点沿着将要形成的发生线运动, 所形成的轨迹线就是发生线。

2 加工精度和机床表面的成形原理之间的关系

通过分析以上零件表面成形的原理能够得出, 实现两条发生线的过程就是对零件表面的加工的完成过程, 发生线的形状误差会在工件的表面上直接的反映出来。所以, 最主要的决定零件表面精度的原因之一就是实现发生线的成形运动精度, 大多情况下都需要成形运动才能形成发生线 (成形法除外, 不需要成形运动, 由刀刃决定) , 提高实现发生线的精度是改进和设计机床部件的核心目标之一。把大多数机床的工件和刀具之间的相对运动分解为简单的旋转运动和直线运动, 才能简化机床结构, 运动的匀速性和圆度是旋转运动的精度体现, 运动的匀速性和直线度是直线运动的精度体现。例如, 车床上加工圆柱面, 工件的旋转精度受切削层厚度硬度的变化、主运动传动链各环节的分度机构精度以及车床主轴的角度摆动和径向跳动引起的受迫振动, 还有刀架部件和主轴的刚度等;运动传动链各环节由刀具刚度决定的分度机构精度、溜板导轨的刚度和直线度限制刀具的直线运动精度等, 工件本身的刚度和发生线的精度之间有着很大的关系。所以, 从形成工件表面的原理, 能够对提高机床加工精度的途径和方向进行探寻。

3 结语

通过对复杂表面和简单表面的定义, 从而准确的描述了斜齿圆柱齿轮齿廓面、螺纹面、圆锥面等典型的复杂表面的成形原理, 对形成复杂表面的要件进行了构建, 对于制造装备的技术研发和运动分析, 尤其是对设计自由度数控加工机床的运动方案而言, 该成形理论有着非常重要的指导意义。通过系统的划分和归纳机床上零件表面的成形原理, 尤其是进一步探究了复杂表面的成形原理, 从而对表面成形原理在机械加工中的理论进行了完善。

参考文献

[1]吴圣庄.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1985.

[2]顾维邦.金属切削机床概论[M].北京:机械工业出版社, 1992.

[3]贾亚洲.金属切削机床[M].北京:机械工业出版社, 1996.

特种加工基本原理及发展方向 篇4

司光宇 学号 ： H101901202 哈尔滨工业大学材料科学系

摘要：由于传统加工方法的限制和制约，特种加工越来越多地运用到加工材料中去，广泛包含了直接利用电能，电化学能，光能，声能，特殊机械能等能量来加工材料的方法，本文主要介绍了特种加工的原理及发展方向。关键词：特种加工 电火花 电解 超声 激光 发展方向

特种加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标之一，在精密和超精密加工技术上，微型机械和纳米技术代表了其发展的水平和研究热点，也是先进制造技术中最活跃的因素。许多精密工程和纳米技术需要特种加工的支持。特种加工原理

1.1电火花加工

电火花加工是利用脉冲对导电材料的腐蚀作用去除金属，通过工件和工具电极间的放电而有控制地去除工件材料，以及使材料变形、改变性能或被镀覆，以获得一定形状和尺寸的特种加工。

脉冲电源发出一连串的脉冲电压，施加在浸于工作液中的工件电极和工具电极上，两极间距离很小时，由于电极间的微观表面突起，使得突出点电场强度最大，其间的工作液被电离成电子和正离子，使介质被击穿形成放电通道，在电场力的作用下，产生火花放电，由于受到磁场和工作液的压缩，使得通道内的电流密度很大，可达10的四次方到10的七次方安培每立方厘米，电子和正离子在电场力作用下高速运动，轰击阳极和阴极，生成大量的热，使电极表面迅速熔化甚至气化，由于熔化和气化的速度极高，具有爆炸性，爆炸力把金属微粒迅速抛离金属表面，由此使金属不断被腐蚀。

其中成形加工适用于各种孔、槽模具，还可刻字、表面强化、涂覆等；切割加工适用于各种冲模、粉末冶金模及工件，各种样板、磁钢及硅钢片的冲片，钼、钨、半导体或贵重金属。

1.2电火花线切割加工

电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展而来的，利用金属丝（钼丝或黄铜丝）做电极产生电火花来对金属产生切割的加工方法。一般涵盖了高速走丝线切割和低速走丝线切割两种形式。1.3电解加工

电化学加工是通过电化学反应去除工件材料或在其上镀覆金属材料等的特种加工。

加工时工件接直流电源的正极，工具接负极，电源电压不高，约为20v左右，但工作电压可达1000A-2000A，两极间的间隙约为0.1-1mm,电解液从间隙中通过，流速高达5-50m/s，则工件与工具阳极所对应的部分产生溶解，产物不断被电解液冲走，这样阳极不断溶解，使工件不断按阳极型面的形状不断溶解，从而达到加工形状及尺寸的目的。

其中电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、抛光等。电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；注塑用的模具、薄壁零件；复制精密的表面轮廓；表面粗糙度样板、反光镜、表盘等零件。涂覆加工可针对表面磨损、划伤、锈蚀的零件进行涂覆以恢复尺寸；对尺寸超差产品进行涂覆补救。对大型、复杂、小批工件表面的局部镀防腐层、耐腐层，以改善表面性能。

1.4超声加工

超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中，产生磨料的冲击、抛光、液压冲击及由此产生的气蚀作用来去除材料，以及超声振动使工件相互结合的加工方法。其适用于成形加工、切割加工、焊接加工和超声清洗。超声波加工比电火花，电解加工的生产效率低，但加工精度和表面粗糙度比前者好。并且能加工半导体和非半导体。因此，超声波可以进行抛磨精加工。

工具的超声振动是从超声换能器获得的，超声换能器可产生磁致伸缩效应，使铁钴材料尺寸交变振动，振动频率为20-40KHZ，材料在悬浮液的超声波作用的空化现象，使之强化磨粒对材料加工。

超声加工一般包括超声车削，超声钻孔，超声磨削，超声抛光，超声砂袋抛光，超声振动滚齿加工，超声清洗 1.5激光加工

由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性，因此就给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的特性。

当能量密度极高的激光照射在工件的被加工表面时，光能被工件吸收迅速转化成热能，照射斑点局部区域的材料在0.001s内急剧熔化和气化，熔化和气化的物质被爆炸性地高速喷射出来，工件在高温熔融和冲击波的同时作用下被加工。光制孔的最小孔径已达0.002mm，已成功地应用自动化六坐标激光制孔专用设备加工航空发动机涡轮叶片、燃烧室气膜孔，达到无再铸层、无微裂纹的效果。目前薄材切割速度可达15m/min，切缝窄，一般在0.1～1mm之间，热影响区只有切缝宽的10%～20%，最大切割厚度可达45mm，已广泛应用于飞机三维蒙皮、框架、舰船船身板架、直升机旋翼、发动机燃烧室等。

激光束加工主要应用有打孔、切割、焊接、金属表面的激光强化、微调和存储等。电子束加工有热型和非热型两种，热型加工是利用电子束将材料的局部加热至熔化或气化点进行加工的，适合打孔、切割槽缝、焊接及其他深结构的微细加工；非热型加工是利用电子束的化学效应进行刻蚀、大面积薄层等微细加工等。离子束加工主要应用于微细加工、溅射加工和注入加工。等离子弧加工适用于各种金属材料的切割、焊接、热处理，还可制造高纯度氧化铝、氧化硅和工件表面强化，还可进行等离子弧堆焊及喷涂。1.6快速原型制造加工

快速原型制造是综合使用CAD技术，数控技术，材料科学，机械工程，电子技术及激光技术集成，从设计到三维实体制造的加工统称。

此种加工方法基于光固化成形工艺，即用CAD设计出的三维实体经过处理薄片圆环处理后生成数控代码，在计算机的控制下，由激光照射在液态光敏树脂上固化形成原型；熔融沉积造型工艺是在热熔喷头和送丝机构输送原料，在加热成型室中进行层层堆积的方式加工。1.7水射流切割

水射流切割是利用高压高速液流对工件的冲击实现切割工件。其原理是由液压机构将储存的液流在加压情况下高速喷出，水速可达500-900m/s，束流的功率密度可达10的六次方瓦特每平方毫米，加工深度取决于液压喷射的速度，压力，压射距离及喷射角度来实现。1.8等离子体加工 等离子体加工是利用电弧使气体电离成过热的等离子束流，靠局部的熔化及气体去除材料来实现加工。

工件接直流电源阳极，钨丝接阴极，利用高频振荡或瞬间短路的方法引弧，使钨丝电极产生电弧，在电弧高温作用下，使气体电离成等离子体，使之具有强大的动能和冲击力，对金属工件释放大量的的热，加热时金属熔化，从而实现加工。

1.9化学加工

化学加工使利用化学溶液与金属产生化学反应，使金属腐蚀溶解，改变工件形状、尺寸的加工方法。用于去除材料表层，以减重；有选择地加工较浅或较深的空腔及凹槽；对板材、片材、成形零件及挤压成形零件进行锥孔加工。2 主要加工领域

难加工材料，如钛合金、耐热不锈钢、高强钢、复合材料、工程陶瓷、金刚石、红宝石、硬化玻璃等高硬度、高韧性、高强度、高熔点材料。

难加工零件，如复杂零件三维型腔、型孔、群孔和窄缝等的加工。

低刚度零件，如薄壁零件、弹性元件等零件的加工。

以高能量密度束流实现焊接切割、制孔、喷涂、表面改性、刻蚀和精细加工。

3发展方向

3.1存在问题

(1)不少特种加丁的机理(如超声、激光等加工)还不十分清楚．其工艺参数选择、加工过程的稳定性均需进一步提高。

(2)有些特种加工(如电化学加工)加工过程中的废渣、废气若排房不当．会产生环境污染，影响工人健康。(3)有些特种加工(如快速成形、等离子弧加工等)的加工精度及生产率有待提高。(4)有些特种加工(如激光加工)所需设备投资大、使用维修费高。亦有待进一步解决。

3.2现代发展

1）在加工用途上，现代电火花加工的发展趋势将朝着大力发展计算机数控(CNC)电火花加工技术，积极开展适应控制和加工过程最佳化技术的应用研究．开发适应行星式电火花加工技术。日本发明一种新的电火花成型加工方法, 即在加工液中掺人适量的微细硅粉末,或者铝粉、石墨粉等, 可以提高表面精度数倍以上。目前这种加工方法对应的电火花工机床亦已商品化。今后电火花放电加工技术发展离不开三大趋势, 即高速度化、高精度化(包括表面质量)和高自动化。

2）电解加工一直无法满足高精度零件的精加工要求及电解液对设备的腐蚀严重，在一定程度上限制了电解加工工艺的发展和应用。因此今后电解加工的发展趋势就是进一步拓宽电解加工的应用范围，提高加工精度，降低加工成本，提高生产率，建立电解加工柔性制造系统，开展计算机数控仿形电解加工技术研究，开展理论研究和建立过程模型。例如，脉冲电化学加工

3）高能书发展。离子束流加工技术主要发展方向是实现计算机数控自动化、超精密化、经济与高效化。激光束主要发展趋势是向系统化、多功能化、系列化、通用化、小型化和柔性化方向发展.高能束正朝着高精度、大功率、高速度及自动控制与组合化加工方向发展。4）微型磨料射流切割技术是一种全新的微型加工技术，是唯一的一种“软、冷”切割加工方式，具有无热影响区、切口质量好、无火花、降尘、能量集中等独特的优点。微型磨料射流切割速度比激光切割低得多，但可以切割几乎所有的材料，所以微型磨料射流切割成为首选的加工技术。高压水射流加工技术是近年来一种新的工艺，它的适应性、多样性和环保性目前受到各国的重视，也是成长最快的加工技术

国外公司一直用磨料水喷射加工10 m m 以上厚度的防弹玻璃、层压玻璃和聚碳酸醋, 效果良好。磨料水喷射切割加工十分适合于航空材料的加工, 目前正 在这方面进行着大量研究, 最新开发的三维切割方法,如法国L o u is Ble r o it 研究中心已开发一种6 轴龙门式机器人, 用于对组合零件进行精加工以对钦合金、碳纤维成形加工件进行切削加工。该机床申两个磨料水喷射切割头, 一个传感器和一些切削刀具组成.磨料水喷射加工可以胜任精密切割, 加工工件无须去毛刺, 这在氧乙炔、激光束切割法中是无法实现的

5）复合加工包括传统加工和特种加工的复合、特种加工和特种加工的复合。电火花复合加工是以火花放电所产生的热能为主，与磨料机械能、超声振动能和电解液的化学能等中的一种或几种能量相复合进行加工，以提高表面质量和加工效率。电子束加工技术将向高功率化、高精度化、微细化、自动化方向发展。

电解复合加工是以电解的电化学能为主，与磨料的机械能、超声振动和电弧放电能等中的一种或者几种能量相复合进行加工。

复合加工是对传统中常用的单一机械加工、电加工和激光加工等方法的重要发展和补充。随着精密机械大量使用脆性材料以及电子工业要求超精密的警惕材料促使对其他能量形式的加工机理进行深入研究，并发展出多种多样的适用于各类特殊需求的最佳复合加工方法。其次，发展虚拟制造技术。在实验基础上，应用计算机仿真模拟有限元分析方法来精确优化加工参数。如对脆陛材料的物理化学多样特性的研究，可以开发出对脆性材料进行无微细裂纹且经济性高的有效的工艺，并可预测出各种不同复合加工工艺的物理参数和磨料特性下的表面精整质量、形状精度和材料去除率，以利于对加工过程进行优化控制。3.3技术发展趋势

1)采用自动化。充分利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，加大对特种加工的基本原理、加工机理、工艺规律、加工稳定性等深入研究的力度，建立综合工艺参数自适应控制装置、数据库等(如超声、激光等加工)，进而建立特种加工的CAD／CAM与FMS(Flexible ManufacturingSystem，柔性制造系统)系统，使加工设备向自动化、柔性化方向发展。’这是当前特种加工技术的主要发展方向。

2)精密化、微型化。要在保持原有特种加工特点的基础上，向微细加工、纳米加工方向发展，同时，不仅要注意分离加工，而且要注意结合和变形加工。趋向精密化研究。高新技术的发展促使高新技术产品向超精密化与小型化方向发展，对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格的要求。为适应这一发展趋势，特种加工的精密化研究已引起人们的高度重视，因此，大力开发用于超精加工的特种加工技术(如等离子弧加工等)已成为重要的发展方向。

3)新方法。要开拓一些新的特种加工方法和复合加工方法，如LIGA 加工技术是德国开发的，它把深层同步辐射X 射线光刻、电铸成形和铸塑结合起来，是实现高深宽比三维结构的成形方法，国外应用已比较广泛；又如量子束加工技术也是很有加工前途的。目前已成功应用的水射流加工技术，包括水射线、磨料水射流和冰粒水射流等都有广泛的应用前景，与电子束、离子束、激光束共同组成了束流加工技术。开发新工艺方法及复合工艺。为适应产品的高技术性能要求与新型材料的加工要求，需要不断开发新工艺方法，包括微细加工和复合加工，尤其是质量高、效率高、经济型的复合加工，如工程陶瓷、复合材料以及聚晶金刚石等。

4)绿色制造，由于世界性的环境保护，制造业必须面对这一问题进行绿色加工，在特种加工中，用水基溶液代替有污染的工作液，有多方面的工作可做。污染问题是影响和限制有些特种加工应用、发展的严重障碍。加工过程中产生的废渣、废气如果排放不当，会造成环境污染，影响工人健康。必须花大力气处理并利用废气、废液、废渣。向“绿色”加工的方向发展。

5)进一步开拓特种加工技术。以多种能量同时作用，相互取长补短的复合加工技术，如电解磨削、电火花磨削、电解放电加工、超声电火花加工等，需要不断发展。

6)柔性化、集成化、智能化.柔性化可实现多品种小批量生产；集成化可充分利用CAD/ CAM、CIMS 等技术实现设计制造一体化、并行设计、虚拟制造、反求工程等；智能化可利用专家系统、模糊推理、人工神经网络、遗传基因等人工智能技术，解决制造过程中的复杂决策问题，提高实用性，代替人的部分脑力劳动。

结束语

随着特种加工在生活，发展，军事领域的不断扩大，我们有必要解决现阶段特种加工存在的问题和缺陷，研究新的方法工艺，开发新的技术，从而使特种加工不断发展，符合人类发展的需要。4参考文献

数控车床螺纹加工原理及故障分析 篇5

在普通车床加工螺纹时, 主轴与进给机构之间存在机械上的定比传动关系, 是由复杂的机械传动链来保证的。数控车床在设计上, 简化了传动链, 取消了主轴箱, 主轴一般采用变频调速。在数控车床的螺纹加工中, 主轴与刀架之间不存在机械上的定比传动关系, 而是依靠数控系统控制伺服进给电机, 保障Z轴进给速度与主轴的转速保持一线性比例关系。只有了解数控车床螺纹加工原理, 按照操作规程使用数控车床, 对螺纹加工中常见故障现象进行分析, “据理析象”, 才能解决实际加工生产中出现的一些问题, 提高加工效率。

数控车床进行螺纹切削时, 主轴工作在转进给状态下, 其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补。在数控车床中, 一般采用光电编码器作为主轴角位移测量元件, 通过机械部件与主轴连接, 传动比为1∶1, 将编码器的Z脉冲 (也称“一转信号”) 作为主轴位置信号, 经数控系统处理后驱动刀架运动。主轴脉冲发生器送出两组信号脉冲, 一组为计数脉冲, 我校CK6140数控车床配置1200线主轴编码器, 即每转送出1200个计数脉冲, 另一组为主轴基准脉冲, 每转送出一个同步脉冲信号。车削螺纹时, 数控系统检测到主轴基准脉冲同步信号到来时开始切削, 否则处于等待状态。这样就保证螺纹加工时每次切削的初始位置在工件圆周的同一个位置上, 以保证各次切削的螺纹牙形相重合, 防止了多次切削乱扣现象发生。在数控系统中, 完成螺纹加工的要素为:主轴转速n和螺纹导程t, 进给速度F=nt。即主轴每转一圈, Z轴进给一个导程, 主轴的旋转与进给轴必须保持严格的比例关系。基准脉冲同步信号极为重要, 它是保证在螺纹加工每次切削的初始位置在工件的同一个位置上, 防止了“乱扣”现象发生。

2 螺纹加工常见故障及分析

2.1 螺纹加工起始段出现“乱牙”, 后段正常

某数控车床, 在G32车螺纹时, 出现起始段螺纹“乱牙”的故障。

分析:数控车床进行螺纹切削时, 主轴工作在转进给状态下, 其实质是主轴的角位移与Z轴进给之间进行的插补。乱牙是由于主轴转速与Z轴进给不能实现同步引起的。由于该机床使用的是变频器作为主轴调速装置, 主轴启动/制动需要一定时间, 与变频器加/减速时间参数有关, 该参数不能设定太短, 否则容易导致变频器产生过电压报警。即主轴伺服有一定滞后性, 且刚起动时的主轴速度不稳, 这就导致了螺纹加工起始段, 主轴与Z轴进给不能实现严格同步, 造成螺纹加工起始段出现“乱牙”现象。螺纹后段正常, 是因为后段主轴速度已经稳定下来, 可以保证主轴与Z轴进给实现严格同步。

解决故障方法:通过在螺纹加工指令 (G32) 前加G04延时指令或更改螺纹加工程序的起始点, 使其离开工件一段距离, 即设置足够的升速段, 通常编程时升速段大于5mm, 以消除伺服滞后造成的影响, 保证在主轴速度稳定后, 再开始螺纹加工。

2.2 螺纹加工不执行

某数控车床, 在自动加工时, 出现机床不执行螺纹加工程序的故障。

分析:数控车床加工螺纹, 主轴的角位移是通过主轴编码器进行测量的, 据此判断故障与主轴编码器密切相关。分析故障原因可能有:1) 主轴编码器反馈电缆未接好或断路;2) 主轴编码器损坏;3) 软件故障;4) 主轴旋转方向与编码器反馈不一致。

解决故障方法:1) 检查编码器反馈电缆, 如断路需更换;2) 更换主轴编码器;3) 将备份软件恢复, 如果软件版本太低, 可以升级软件;4) 检查主轴旋转方向, 检查系统参数中的机床参数:主轴编码器方向, 可用32或33来改变主轴编码器反馈方向。

2.3 加工螺纹时, 有乱丝现象

某数控车床, 在G82车螺纹时, 出现螺纹“乱牙”的故障。

分析:数控系统中, 完成螺纹加工的要素为:主轴转速n和螺纹导程t, 进给速度F=nt。加工螺纹时有乱丝现象, 说明加工螺纹时, Z轴进给速度F与主轴转速不能保持线性比例关系。分析故障原因可能有:1) 主轴编码器每转脉冲数设置错误;2) 主轴编码器的电源供电功率不够;3) 主轴编码器的反馈电缆不可靠;4) 机械松动;5) Z轴伺服电机编码器不良。

解决故障方法:1) 正确设置编码器每转脉冲数;2) 为主轴编码器单独提供DC5V电源;3) 更换编码器的反馈电缆, 应采用双绞屏蔽电缆, 反馈电缆屏蔽层可靠接地, 电缆两端加磁环;4) 检查编码器与主轴之间的机械连接是否有松动;5) 更换Z轴伺服电机编码器。

2.4 加工螺纹时, 出现“Z轴超速”报警

某数控车床, 在G82车螺纹时, 出现“Z轴超速”的故障。

分析:加工螺纹时, Z轴进给速度F与主轴转速必须保持线性比例关系。查阅系统参数, 该数控车床Z轴最高加工速度为1000mm/min;根据主轴转速n和螺纹导程t, 进给速度F=nt。

“Z轴超速”, 说明nt的值超过了最高加工速度1000mm/min。

解决故障方法:适当调低转速, 保障进给速度F=nt的值小于最高加工速度1000mm/min。

2.5 加工螺纹时, 出现主轴堵转现象

某数控车床, 在G82车螺纹时, 出现主轴堵转现象。

分析:主轴堵转现象, 说明主轴在切削时, 负载“过重”, 造成堵转。经与操作员现场交流, 加工螺纹时, 主轴在高档位下 (传动比为1∶1) , 进行螺纹加工。表面原因是螺纹加工时负载“过重”, 实质原因是操作员操作不当, 由于螺纹加工时转速较低, 由变频调速原理与特性, 低速下力矩不足, 导致堵转。

解决方法:换档至低速档 (此时转动比为3∶1) , 主轴工作在第转速, 但主轴电机工作在高转速下, 避免了“低速下力矩不足”的问题, 可以进行切削, 不好造成堵转。

3 结语

数控机床在使用过程中出现问题在所难免, 因此要求使用者严格遵守操作规程, 对发生故障情况予以详细的记录, 善于钻究加工过程中出现的各种问题, “据理析象”, 找出故障产生的原因, 及时对机床进行维护和保养, 保障设备的正常运行。文中所述方法, 在我校数控实训基地数控车床使用及日常维护维修中的经验总结。

参考文献

[1]潘海丽.数控机床故障分析与维修 (第二版) [M].西安:西安电子科技大学出版社, 2008.

[2]郑小年.数控机床故障诊断与维修[M].武汉:华中科技大学出版社, 2005.

[3]王侃夫.数控机床故障诊断及维修[M].北京:机械工业出版社, 2002.

加工原理 篇6

目前,由于学生的知识面较窄、理论性较弱,聚合物加工原理课程主要以课堂讲授的教学方法为主,使得学生上课感觉枯燥、学习性低,培养出来的学生存在着理论脱离实际的倾向,缺乏实践能力、创新能力。为了培养出符合现代化、新世纪的复合型人才,贯彻落实“质量工程”[2]的方针政策,本文提出了运用多媒体教学手段,采取课堂授课和课堂讨论相结合的授课方式,同时辅以现场参观实习相结合的教学方法,有效的提高了学生的学习兴趣,提高了教学质量,对聚合物加工原理课程的教学进行了有益的改革。

1 教学内容的改革

《聚合物加工原理》这门课程主要学习的是利用高分子化学及物理的知识和以流体力学、塑性力学为基础建立起来的流变学理论论述加工问题。采用简化加工处理的方法,建立加工中的物理模型和数学模型,融入表征材料结构的本构方程,经过数学解析,最终能定量或定性地表征流场中的物性及工艺参数的分布状态或变化趋势,从而分析加工成型中材料的分子构象变化特点及相态结构形成机理,以便改进控制工艺条件和预测产品质量。同时,成型加工原理的研究也为开发新的成型加工方法,设计新的机械提供理论依据。聚合物加工原理内容是聚合物加工工程的核心部分。因此,在学习这门课程时,以课程要求的学习目的为主要依据,为了避免单一过多的讲解相关理论,适时将高分子成型加工的基本理论与实际生活和生产相结合,与学生进行分析和讨论,使学生更好的理解本课程的主题思想,并启发学生的学习积极性和主动性[3]。例如,讲解中空吹塑成型时,分别介绍了用作各种液状货品的包装容器的主要原材料和主要加工工艺(挤出吹塑成型、注塑吹塑成型、注塑成型、压制成型等),不同加工方法和成型工艺生产的容器具有不同的特性,通过使用具体的例子形象说明了成型加工工艺与材料制品性能的关系。使教学内容由庞杂繁多变得简单易懂,通过理论结合实际,强化了学生的专业知识,提高了学生的学习兴趣以及教学质量。

高分子材料是一门新兴的学科,随着科技的不断发展,《聚合物加工原理》的内容也在不断的更新和完善,因此要注意结合本学科前沿研究领域和最新发展动态、介绍重点科技成果,增加教学信息量,大大丰富和活化教学内容,使教学跟上时代的脚步,使学生掌握更多、更新的专业知识。

2 教学方法的改革

教学方法是影响教学目标是否能够实现、实现的程度和效率的关键。聚合物加工后原理》是一门教学内容具有很强的综合性和实践性的课程。如果不能使学生对生产工艺流程产生感性认识,课堂讲授将无法真正实现教学目标[4]。因此,选择合适的教学方法不仅能够调动学生学习的积极性和主动性,而且在使学生获得知识的前提下,更进一步提高了教学质量。

2.1 利用多媒体教学手段

进行多媒体教学,是将图像、声音、动画、视频等各种多媒体信息结合在一起[5]。现如今,各大高校的专业课教学方法逐渐从黑板的板书向应用计算机多媒体转变,《聚合物加工原理》是一门综合性和相对抽象的专业课。例如,书中建立加工的物理模型和数学模型以及生产工艺流程,单凭板书很难使学生产生感性认识并且理解掌握。甚至有可能是学生产生厌学的情绪,积极性降低等问题。而通过多媒体在教学过程中所发挥的作用及其优势是显而易见的:它能调动学生各个感观,促进思维;改变以往枯燥的平面教学,使教学立体化;使学生在轻松的环境中高效率地接收信息[6]。因此,在该专业课的教学过程中,可以借鉴相关学校的教学方法和教学手段,按照选定的教材制作基本的教学课件,并从网络上搜集并整理大量与本课程相关的多媒体动画和图片资料,选择性地将多媒体动画和图片资料补充到电子课件中,并不断对课件内容进行修改完善,从而大大加深学生对知识的理解,提高学生学习积极性,增加课堂信息量,提高教学效率,使学生获得对聚合物加工原理的感性认识[7]。从而,不仅使上课更加生动活泼、提高了学生的学习兴趣,而且也达到了事半功倍的效果,提高了教学质量。

2.2 课堂授课与课堂讨论相结合

通过多媒体教学也会带来些负面的影响:偏重对学生大量信息输入,弱化了学生知识掌握情况的反馈;出于操作设备的需求,限制了教师个人魅力的有效展现[8]。从而采取课堂讨论与课堂讲授相结合的教学方法,不仅有利于发挥学生在学习中的主观能动性,提高学生的学习兴趣,使学生在学习活动中处于主动积极的状态,尤其能促进学生对一些重要知识的理解、应用与扩展,以及对知识进行深入探究,而且课堂讨论还能够使学生的自学能力、思维能力和表达能力受到实际的锻炼。课堂授课是教师运用语言向学生系统而连贯地传授科学文化知识的方法。在众多的教学方法中,教师课堂授课无疑是最便捷、成本最低的一种授课方式,也是能充分展现教师的个人魅力的授课方式。聚合物加工原理课程中,有众多的基本概念、基本原理和基本加工设施可通过课堂授课传递给学生,教师要以教学目标为宗旨,以教材为根据,突出教学内容的重点与难点,让学生明了主次,理解重点、难点。

在课堂授课的过程中,如果只是以传统的教师讲课,学生听讲的方式进行,不易发挥学生的主观能动性,容易使授课变成“填鸭式”的教学,正所谓“授人以鱼,不如授人以渔”。因此,在讲课的过程中,应该充分的让学生主动的参与进来,发挥学生的主观能动性,教师提出问题,调动学生的积极性,引导学生进行分析与讨论,激发学生的学习兴趣,从而使学生能更好的理解课本内容,提高教学质量。

2.3 现场参观实习教学法

现场教学法与传统的在教室内课堂授课相比,最明显的特点是能够更加直接的接触认识对象,提高学生的感官认识,并能够亲身参与实践活动,为学生提供丰富的直接经验,从而使学生更好的理解和掌握课本上的理论知识,为以后的实践奠定了基础。例如,在课堂讲解挤出成型时,即使在课上用多媒体教学,学生在理解上还是比较吃力,不能及时的发现问题与解决问题。在教学过程中,运用现场参观实习教学法可以使学生近距离的接触成型加工的设备和成型加工的方法,通过亲身实践,动脑动手,提高学生的学习兴趣,使学生真正的了解和掌握课本上的内容,并能灵活的应用。通过现场参观实习教学的方法,增加了师生之间的互动,提高了学生的动手能力,真正达到了授人以渔的目的。

3 结 语

通过对聚合物加工原理课程的教学改革,激发了学生学习的兴趣、主动性和积极性;同时提高了学生思维能力和动手能力;由于在师生互动的教学中,学生在老师的引导下需要不断进行思考和探索,无形中使其思维能力得以提高;通过现场教学的方式提高了学生的工程实践能力[9]。随着当今高分子材料科学的飞速发展,聚合物加工原理课程的教学内容也需要适应其学科发展状况,不断吸收新的内容和现代科学研究的最新成果,从而扩大和完善本科教学的知识结构。所以对本课程教学内容的改革势必是一个长期的过程,在今后的课程建设中,我们要继续在各个层面加大课程改革的步伐,为培养新世纪现代高分子材料的专门人才而努力。

摘要：《聚合物加工原理》是我校高分子材料科学与工程专业的学科基础必修课。本文针对该课程的特点,以本校培养高素质的应用型创新性高级专门人才为目标,围绕课程教学内容和目标,运用多媒体教学手段,采取课堂授课和课堂讨论相结合的授课方式,同时辅以现场参观实习相结合的教学方法,有效的提高学生的学习兴趣,提高教学质量,对聚合物加工原理课程的教学进行有益的改革。

关键词：加工原理,教学方法,教学改革

参考文献

[1]周达飞,唐颂超.高分子材料成型加工[M].北京:中国轻工业出版社,2000:1-10.

[2]高思.质量工程:提高高校教学质量的重大举措[J].中国高等教育,2007(5):18-20.

[3]杨芳,刘钰馨.《高分子材料成型加工原理》课程教学改革探索[J].广西师范学院学报:自然科学版,2010(12):119-122.

[4]刘仿军,李亮,汪艳,等.浅论“探索式”教学在《聚合物加工原理》课程中的应用[J].中国科教创新导报,2012(4):98-99.

[5]方志梅.多媒体教学应该正确处理的几个关系[J].中国高教研究,2002(4):73-74.

[6]孙如,徐西红,顾仁敖.物理化学多媒体教学的体会[J].广西师范学院学报:自然科学版,2004(21):94-95.

[7]刘全校,曹海燕,李东立,等.高分子材料成型与加工课程建设[J].中国科技博览,2009(15):4-5.

[8]张生芹,邓能运,韩明荣.多媒体教学模式下的物理化学课堂互动[J].重庆科技学院学报社会科学版.2010,(12):172-173.

加工原理 篇7

1 合理设置问题, 活跃课堂气氛

根据食品储藏与加工原理课程性质、教学内容和学生特点, 进行教学设计, 设置合理的问题, 运用教学和信息资源, 找到适宜的教学方式。具体做法: (1) 设置问题。讲每一章节内容前或后, 设置一些问题, 也可让学生先自学, 然后提出问题。 (2) 搜集资料。学生利用图书馆和互联网查询资料。 (3) 小组讨论, 形成观点。学生5人一个学习小组, 利用课外时间搜集资料并整理成文, 在小组内讨论, 形成统一观点, 然后各小组推荐代表, 在课堂上发言。 (4) 教师点评, 总结提高。讨论结束后, 由教师点评, 帮助学生总结。如在讲热杀菌时, 为了让学生更好地理解新杀菌技术的原理和应用, 布置一道有关杀菌新技术的讨论题, 学生5人一组, 查阅相关新技术, 选一名代表在课堂上向同学介绍超高静压杀菌、脉冲电场杀菌、脉冲X射线杀菌、磁力杀菌等技术的特点及应用。学生对机理讲得不是很清时, 教师要及时补充。在学生讲述过程中, 其他学生也可提问, 如学生讲到日本首先开发使用超高压杀菌的果酱商品, 其风味、营养成分与未经超高压杀菌处理的新鲜水果几乎无任何差异。这时就有学生问:“为什么超高压杀菌不影响水果风味?”讲解的学生就会从超高压技术进行食品加工的特点作解释, 即它不会使食品的温度升高, 只是作用于非共价键, 共价键基本不被破坏, 所以对食品原有的色、香、味及营养成分影响较小, 特别适用于果汁、果酱类食品的杀菌。讨论结束后, 由教师点评, 帮助学生总结提高, 教师先肯定学生认真查阅资料、积极思考问题的态度, 然后对不足的地方进行补充。学生讲到的杀菌技术, 大都是冷杀菌技术, 教师可对热杀菌和冷杀菌技术作一比较, 使学生对杀菌技术有进一步的了解, 懂得如何选择杀菌方法。

2 不断强化实践教学环节

为培养符合社会需要的高素质创新型人才, 有必要在企业开展食品储藏与加工原理实践教学。首先, 安排学生去现代化食品企业进行学习, 安排企业的技术人员讲解企业的原料采购、产品生产加工过程、生产技术, 并演示产品生产过程, 进一步加强理论与实践的结合, 缩短教学与实际生产的差距, 使学生更好地适应未来工作要求, 掌握生产技能。

另外可结合一些热点案例进行讨论与分析, 提高学生分析问题和解决实际问题的能力。如讲述食品生产要遵守的三原则时, 强调其中的食品安全问题是重点, 让学生先去查找有关食品安全方面的资料, 在下一堂课引导学生讨论。就红心鸭蛋、肯德基苏丹红、三聚氰胺等事例及对人体的健康影响进行讨论:“为什么中国存在这么严重的食品安全问题?”学生很容易就会想到是厂家为了谋利而进行的不道德行为, 且检测力度不够, 却并未谈到深层次的原因, 此时可引导学生从食品安全制度方面谈一谈。目前我国正处于社会主义初级阶段, 市场机制和法制尚不健全, 诚信意识缺失, 一些不安全因素存在于食品供应链的全过程, 影响食品安全的一些深层次问题仍然存在, 初级农产品源头污染依然严重, 食品生产加工环节假冒伪劣问题比较突出, 食品流通经营秩序有待进一步规范。在热烈的讨论气氛中使学生明确在生产食品时一定要遵守食品安全原则。

3 撰写综述小论文, 改革成绩考核方式

教师提供一些与教材内容紧密相联的论题, 如当前食品加工新技术、保藏新技术在食品工业中的应用和发展趋势等, 让学生写一篇综述小论文, 要求3 000~5 000字, 在学期结束前两周上交, 教师根据小论文及平时考勤和讨论课上的发言情况综合评定成绩, 改变以前依据开卷考试测试成绩的方式, 以培养学生学习的主动性, 使其进行自主式学习。

通过对食品储藏与加工原理教学进行探索与实践, 取得了较好的效果。课堂授课由教师独白到对话交流再到学生上台, 活跃了课堂氛围, 提高了学生学习的兴趣和主动性。通过强化实践教学环节, 不仅使学生学习了书面知识, 而且了解了企业的生产活动及国内外食品领域的生产新技术、食品安全控制方法, 更有利于其对书本知识的深入理解。

摘要：为拓展学生知识面, 加强学生学习的主动性, 提高教学质量, 在食品储藏与加工原理教学中进行探索与实践, 取得较好的教学效果。

加工原理 篇8

1 高能电子束产生及辐射加工原理

高能电子束的电子由电子枪产生, 电子枪的阴极发射出电子, 不断产生的电子汇聚在一起在高压电场的作用下速度被提高至0.3~0.7倍的光速。通常电子束的直径为1~1.5cm, 根据需要的不同, 或利用电磁透镜汇聚成更细的束流, 或利用扫描装置扩展成扇面束流。高能电子束与物质的相互作用, 被处理的材料产生电离或者激发, 形成自由基, 自由基或者其他激活态基团能构成新的分子形式。电子束辐射加工原理在于破坏化学键的同时伴随生成新的化学反应, 有机物分解或者原子错位等。作为一种加工过程, 电子束处理的基本效应是引起物理效应, 以及化学结构的变化。

2 电子束辐射加工技术的应用

2.1 工业中的应用

2.1.1 辐射加工

辐射加工包括辐射交联、辐射固化、辐射硫化、辐射降解及辐射接枝改性。

辐射交联是利用电子束辐射在高分子聚合物长链之间形成化学键, 从而使聚合物的物理性能、化学性能获得改善并有可能引入新性能的技术手段。利用辐射交联技术生产的一大类产品是具有特殊“记忆效应”的热收缩材料, 另一大类产品是辐射交联的电线电缆。

辐射固化是一种借助照射方法实现化学配方 (涂料、油墨和胶黏剂) 由液态转化为固态的加工过程。具有固化速度快、表面均一、能耗低、不使用化学溶剂等优点, 是一种环保的固化方法, 几乎涵盖所有的印刷工艺。

辐射硫化是高能电子束在橡胶基体中激活橡胶分子, 产生橡胶大分子自由基, 使橡胶大分子交联, 形成三维网状结构[3]。它避免了传统的化学热硫化由于使用的交联剂在基材内部分布不均而造成交联不均匀, 以及温度梯度的影响造成的材料性能下降的缺点, 非常适合用于载重汽车轮胎、密封圈以及长期使用于户外的橡胶产品。

辐射降解是指在辐射作用下, 高分子聚合物发生主链断裂的情况。辐射降解技术主要应用于废旧塑料的处理及橡胶制品的再生利用。

辐射接枝改性是研制各种性能优异的新材料, 或对原有材料进行辐射改性的有效手段之一。由于辐射接枝不需要向体系添加引发剂, 可得到非常纯的接枝聚合物, 是合成医用高分子材料的有效方法。

2.1.2 无损检测

电子束在无损检测中的应用是利用高能电子束对目标靶进行轰击所产生的X射线, 在不损伤和不破坏材料、制品和构建的情况下, 检测出它们内部的情况判别内部有无缺陷的技术。由于具有穿透本领和灵敏度高, 作为一种最终检查手段在大型铸锻焊件、大型压力容器、反应堆压力壳、火箭的固体燃料等公建的质量控制中得到广泛的应用。

2.1.3 表面技术

电子束加工技术在表面技术中的应用主要分为两大类。一类是电子束物理气相沉积 (EB-PVD) 技术。它是利用高速运动的电子轰击沉积材料表面, 使材料升温变成蒸气而凝聚在基体材料表面的一种表面加工工艺, 广泛应用于航空、航天发动机, 工模具涂层, 防腐涂层, 热障涂层等工业领域。另一类是电子束表面改性技术。由于电子束加工技术在使用过程中可以较灵活地调节加热面积、加热区域以及材料表面的能量密度, 电子束的能量利用率可以高达95%, 并且电子束在材料表面的作用范围仅为0.01~0.2mm, 因此, 利用电子束对材料表层进行加热, 可以达到所需温度或使材料熔化, 从而实现对材料表面的改性, 以满足材料表面的摩擦磨损、耐腐蚀和高温使用性能等要求。其主要分类有电子束表面淬火、电子束表面合金化和熔敷、制造非晶态表面及电子束表面熔凝处理。

2.2 农业中的应用

2.2.1 辐射育种

辐射育种主要利用高能电子改变农作物遗传特性, 使其沿优化方向发展, 通过辐射诱变选育良种, 在提高单亩产量、改进品质、缩短生长期和增强抗逆性起到显著作用。利用电子束对农作物种子的刺激效应能够使农作物产量明显提高, 有研究显示1~12k Gy的电子束辐射对马铃薯的产量刺激效果明显, 最高增产幅度达到91.8%[4]。而适当的辐射剂量对马铃薯的品质也有影响, 低剂量电子束照射, 能够提高其淀粉与还原糖含量。

2.2.2 辐射保鲜灭菌

根据蒙特利尔公约, 到2005年要在全球范围内禁止使用溴甲烷, 因此在农产品、食品领域采取加速器辐射杀虫、灭菌代替原有的化学熏蒸法, 得到了迅速的发展。辐射保鲜灭菌技术是利用电离辐射产生的γ、β、x射线及电子束对产品进行加工处理, 以达到保鲜灭菌目的的一种方法[5]。这些高能射线能使微生物发生一系列物理、化学反应, 从而抑制其呼吸作用、内源乙烯的产生、过氧化酶等酶活性, 抑制发芽, 杀灭害虫及寄生虫, 防止腐烂, 以延长产品的贮藏时间[6]。南京辐照中心刘践等在电子束辐照榨菜研究中发现, 天然榨菜经电子束 (8Me V) 3k Gy辐照, 在南京地区9~10月常温 (20~25℃) 下保质期提高至3个月。辐照榨菜的卫生指标、感观指标、全N以及Pb、Hg、As的含量均符合国家标准, 辐照对榨菜氨基酸, 粗纤维含量无显著影响[7]。

2.3 医疗卫生中的应用

2.3.1 放射治疗

用于恶性肿瘤的放射治疗的医用加速器是当今世界范围内, 在加速器的各种应用领域中数量最大、技术最为成熟的一种。对许多癌症病人而言, 放射治疗是必须使用的治疗方法, 大约70%的癌症病人在治疗癌症的过程中需要放射治疗, 约有40%的癌症可以用放疗根治。

2.3.2 医用同位素生产

目前已确定作为临床使用的80种医用同位素, 三分之二是由电子加速器生产的, 广泛的应用于诊断疾病和治疗肿瘤, 尤其是缺中子短寿命同位素只能利用加速器生产。

2.3.3 辐射对中药材提取率的影响

甘肃农业大学动物医学院靳振召等[8]在贯叶金丝桃的电子束辐射杀菌研究中发现, 与对照组 (0剂量) 相比, 8.5k Gy时, 金丝桃素含量增加显著 (P<0.05) , 在10.0k Gy的辐射剂量下, 金丝桃素含量增加极显著 (P<0.01) 。

3 辐射食品的安全性

电子加速器产生的电子束与60Co-γ射线的最大区别在于, 其产生的电离射线由高能电场中电子跃级而形成的, 于放射性元素产生的射线来说, 更利于大众接受。但辐射后的食品安全性仍然值得关注。例如维生素是对辐射稳定性较差的一种营养成分, 维生素辐射后的损失主要受本身结构与辐射剂量的影响, 其中维生素B1和维生素C是所有维生素中最敏感的两种。因此, 严格控制辐射剂量是保证辐射食品安全的首要手段, 同时也应将检测辐射食品的辐射剂量及残留辐射量作为监督辐射食品的一种行政手段。

4 辐射食品的检测方法

辐射食品的检测主要基于辐射处理食品能够引起食品中某些物质的细微变化, 包括:分子激发或电离 (损失电子) 、化学键破裂、产生有极端活性的自由基、微生物迹象, 由于自由基或者化学键的进一步反应, 产生新的辐解产物[9]。目前常用的检测方法主要有以下几种:

4.1 热释光分析法 (TL)

吸附有硅酸盐的食品在辐射的过程中储存的能量, 通过控制加热分离出来的硅酸盐, 测定其热释光的强度, 可以判断是否经过辐射。此法广泛使用于检测草药、香辛料、水果、蔬菜、贝类水产及谷物, 具有检测准确灵敏, 检出限小于1k Gy, 检测信号经数年不衰减的优点。

4.2 电子自旋共振光谱检测法 (ERS)

食品经过电离辐射后会生成一定数量的自由基, 通过检测自由基判定食品是否经过辐射的方法称为ERS法。一般情况下, 辐射产生的自由基寿命很短, 尤其在液态情况下更不稳定, 因此, 该方法适用于干燥或固态食品, 如骨头、纤维素等。

4.3 激光成像检测法 (PSL)

通过激光致使辐射食品中的矿物质释放辐射积累的电荷转化成光量子而产生激发光谱, 检测PSL信号即可判断食品是否经过辐射。该法具有快速、样品无需进行前处理、可重复测量的特点, 但应注意同一样品多次测量会使PSL信号减弱。

4.4 细菌内毒素/革兰氏阴性微生物筛选法 (LAL/GNB)

食品经过一定剂量的辐射后, 活的革兰氏阴性菌基本会被杀死, 产生大量的细菌内毒素。通过对细菌内毒素的测定和革兰氏阴性菌的培养计数可以估算食品中死的G-总数和活的G-总数。如果两者差异很大, 说明该食品可能经过辐射处理。

4.5 DNA裂解产物检测法

电离辐射能够导致DNA断裂, 从而产生大量的单链和双链的DNA片段。由此产生的DNA裂解物可作为辐射处理的标记物, 使用微凝胶电泳方法检测。此方法仅为一种筛选试验, 筛选结果需要用另一种特定的技术手段鉴定。

5 结束语

随着科技的不断发展, 电子束辐射技术已由传统的工业行业向农业、医疗、微电子行业纵深发展, 近年来更在环境保护方面发挥着积极的作用。新技术的深度发展及应用领域的扩张带来了可观的经济效益和工业产值, 但更值得研究者关注的应该是如何科学、安全、高效并且可持续性发展地利用这项技术, 使之更好的为社会生产及人类发展做出贡献。

参考文献

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加工原理 篇9

1 结构与加工控制原理

1.1 设备结构简介

TOBSPIN切丝机设备结构如图1与图2所示。

注:图1与图2中各数字代表的部件分别为:1.烟草供料单元2.压实器3.上、下排链4.刀门5.刀盘6.刀片7.磨刀单元8.烟丝回收单元9.冷却装置10.烟草输出单元

1.2 设备加工控制原理

TOBSPIN切丝机加工控制原理如下。

供料单元:首先烟片通过供料槽 (图1-1) 的振动被松散、在送料通道内定向并被压实器 (图2-2) 预压实。然后通过排链 (图2-3) 上部压向下部的动作被进一步压紧, 并通过刀门 (图1-4) 输送至刀盘 (图2-5) 。回收单元:在烟片压实运行的同时, 烟片回收单元 (图2-8) 同时运行, 借助烟片回收单元, 落入排链链节下方的烟草会被吸走, 并落入一个收集箱内。回收单元的风机电机会周期性地关断, 收集箱内的负压减小, 使烟片回收闸板 (重载闸板) 打开, 烟草从收集箱内落到上排链上, 再次被带入烟片中。

旋转式切丝方式:刀盘上安装有8把刀片 (图2-6) , 通过刀盘的旋转带动刀片实现对烟叶的切削。切丝宽度取决于刀盘的转速和刀门处烟草的进给速度。

磨刀单元:在烟叶切割的过程中, 磨削辊自动对切刀进行磨削。磨刀装置 (图1-7) 定期用蒸汽和水加以清洁, 使切刀始终保持锋利。

刀片的进给:同时由于切刀的磨损, 造成切刀与刀门之间的间隙会逐渐变大, 影响到切丝宽度, 所以必须重新调整切刀的位置, 这一过程是自动完成的, 切刀每转一圈, 切刀进给电机会将其向前推一小段距离, 使切刀与刀门间隙基本保持一致,

物料的输送:切割好的烟草由刀架通过刀盘输送至烟草卸料区 (图1-10) 。此处, 烟片由剔出轴拦住并制动, 使得烟草可以由一条输送皮带或一台振槽式输送机运走。

冷却单元:切丝机通过内部的循环冷却装置 (图1-9) , 对配电箱和水冷电机进行冷却。

2 主要技术参数设计 (表1)

3 设备运行条件 (表2)

4 TOBSPIN型切丝机主要特征

TOBSPIN型切丝机较目前国内广泛使用的SQ滚刀式切丝机有如下几方面较为突出的不同 (图3) :

4.1 径向切削方式

SQ系列切丝机是纵向线性切削 (A) , 切丝时刀片刀锋是与上、下刀门平行的, 为点状切削, 这就造成了切割力很大, 当遇到未压实的部位时很容易造成跑片现象。TOBSPIN型切丝机是径向由点到线的切削 (B) , 切丝时刀片刀锋与上、下刀门存在一定的角度。采用这种切削方式, 能够减少由于刀片的锋锐度不够在切丝时产生撕扯而造成切丝跑片现象。通过实际生产运行来看, 切丝跑片现象基本消除, 在此问题上与SQ切丝机相比, 具有明显优势。

SQ系列切丝机因其纵向的切削方式 (图4-A) , 必须使用导丝条对切出的丝条进行引导, 可能会出现由于导丝条不洁造成物料的堵塞。而径向的切削方式 (图4-B) 由于其切削方式的不同无需使用导丝条, 规避了这种弊端。

4.2 渐进的压实系统

SQ型切丝机切丝时, 烟片进入上、下排链构成的楔形通道, 通过上、下排链运动输送并挤压, 只有在即将进入刀门时才会持续受力, 达到压紧状态。而TOBSPIN型切丝机切丝时, 烟片一进入送料通道就被压实器开始预压实, 然后通过排链上部压向下部的动作被进一步压紧, 使整个进入到刀门的过程受到的压力是持续、均匀、逐渐增加的过程。采用这种压实系统, 能够保证来料的密度均匀性, 减小刀门的作用力, 同时能够降低刀门的更换周期 (压实系统示意见图5) 。

4.3 磨刀单元

SQ系列切丝机的磨刀是往复式磨刀, 其弊端在于, 不能保证每把刀的刀锋同时被研磨, 因此, 不能完全保证刀片的锋利度及平齐, 同时由于采用金刚石对砂轮进行修正, 虽有除尘, 但仍有砂轮粉尘落入烟丝中。而TOBSPIN型切丝机采用的CBN磨刀单元 (图6) , 在切削过程中, 刀盘转动一圈磨刀辊自动对所有切刀进行磨削, 使刀片永远保持最佳的锋利度, 同时通过水和蒸汽清洁砂轮上的凝结物, 避免了SQ的粉尘问题。

4.4 自动进刀系统

SQ系列切丝机进刀是机械进刀, 调整进刀速度需要机修工对进刀系统调整测试, 工作量相对较大, 而TOBSPIN型切丝机是电机进刀, 切刀每转一圈, 切刀进给电机将其向前推一小段, 该过程是自动完成的。同时通过编写程序对进刀速度进行控制, 调整进刀速度仅需在切丝机控制面板就可以进行, 操作简易且能够实现无级调整。

5 冷却装置

SQ切丝机采用风扇对设备进行散热, 配电柜不能完全密闭, 造成粉尘进入。TOBSPIN型切丝机通过内部的一台冷却循环装置对设备进行散热冷却 (图7) , 就避免了电箱由于不能完全密闭造成的粉尘进入, 同时提升了散热效果。

6 切丝宽度的过程能力

TOBSPIN型切丝机切丝宽度的过程能力如图8所示。

7 结语

TOBSPIN型切丝机为目前世界范围内第一台应用于卷烟生产的新型切丝机, 成都分厂制丝线2010年将该机型首次运用于大生产线进行使用。在使用过程中其各项性能指标均能达到技术要求, 在降低消耗、切丝效果保障、部分消耗件寿命延长、降低跑片现象等方面较SQ切丝机均有较大的改善, 目前, TOBSPIN型切丝机设计人员正对其除尘系统、烟丝回收单元、制动系统等方面作进一步优化改进。

参考文献

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