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一组直观动图带您询问各类机械加工的「加减法

发布时间:2019-12-13 15:45编辑:技术文章浏览(153)

    参考资料:

    1. 《快速成型与快速模具制造技术及其应用》,王广春、赵国群编著,机械工业出版社
    2. 《提高SLM激光快速成型加工效率的途径》,陈光霞
    3. 激光束补焊:精密修复、表面熔覆、3D金属沉积(Laser Beam Build-Up Welding: Precision in Repair, Surface Cladding, and Direct 3D Metal Deposition),Steffen Nowotny
    4. 激光熔覆技术在金属3D打印中的应用,孙莹

    思考题:下图中体现了哪种加工方式?(误)

    澳门威斯尼人app 1危险动作,请勿模仿……

    刨削加工的工作原理一目了然,简单的往返运动,与车削、铣削相比生产效率极低,但是也因为设备和工具结构简单使用方便,目前还在用于粗糙处理工件的表面。

    又称液态模锻,是使熔融态金属或半固态合金,直接注入敞口模具中,随后闭合模具,以产生充填流动,到达制件外部形状,接着施以高压,使已凝固的金属产生塑性变形,未凝固金属承受等静压,同时发生高压凝固,最后获得制件或毛坯的方法,以上为直接挤压铸造;还有间接挤压铸造指将熔融态金属或半固态合金通过冲头注入密闭的模具型腔内,并施以高压,使之在压力下结晶凝固成型,最后获得制件或毛坯的方法。

    磨削加工

    澳门威斯尼人app 2录制者:DMG MORI

    磨削加工是利用砂轮、砂带之类的磨具对工件表面进行切削加工。在现今的加工中,磨削头已经可以很成熟地集成到数控铣床的加工中心内。

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    是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力,使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法,锻压的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷,优化微观组织结构,同时由于保存了完整的金属流线,锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件,除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外,多采用锻件。

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    车削是最基本、最常见的切削加工方法,在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面,大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工,如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等,所用刀具主要是车刀。

    刨削加工

    澳门威斯尼人app 5录制者:Non Jicholson

    刨削加工的工作原理一目了然,简单的往返运动,与车削、铣削相比生产效率极低,但是也因为设备和工具结构简单使用方便,目前还在用于粗糙处理工件的表面。

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    辊轧成型方法是使用一组连续机架来把不锈钢轧成复杂形状。辊子的顺序是这样设计的,即:每个机架的辊型可连续使金属变形,直到获得所需的最终形状。如果部件的形状复杂,最多可用三十六个机架,但形状简单的部件,三、四个机架就可以了。

    车削加工

    澳门威斯尼人app 7录制者:This Old Tony

    一言不合就车珠子?这“车”指的就是车削加工了。车削的关键在于,要让需要加工的工件旋转起来,然后再让直线移动的刀具靠近它们,对工件表面进行雕琢。

    首先,工件被卡盘固定在机床上,接下来,工件在电机的带动下进行高速转动,转速可以按照我们对加工的要求人为控制。然后,就可以开始控制刀具在工件表面进行雕琢,这被称为“走刀”。常见的车刀往往是用高速钢或硬质合金制成,近几年市面上陶瓷刀具和人造金刚石刀具也用的很广泛。不同形状的车刀可以满足各种加工要求:

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    除了外表面,车削中使用镗刀还可以在工件已经有孔的地方,对内表面进行精加工。

    澳门威斯尼人app 9录制者:This Old Tony

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    选择性激光烧结

    上到航天器,下到咖啡壶,你知道它们的零件是怎么做出来的吗?一组动图,带你了解机械加工的“加减法”。

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    金属注射成形

    数控机床

    数控机床这个词似乎总会和“汽车维修”、“挖掘机”之类的东西并列出现,它到底是什么玩意儿?

    我们说的普通机床,在加工操作时很大程度要依靠手动,比如调整工件的转速,就需要手动挂挡主轴箱上的推杆。而数控机床就是把这些操作全都变成了“自动挡”。数控机床在实际加工前,会先通过 CAD 软件进行计算机辅助设计的制图,再通过 CAM 软件模拟整个加工过程。一切确认无误后,把编制好的加工程序导入到数控机床中,安装好工件,闭合好保护舱门,之后只要等待数控机床自动进行加工,就可以得到想要的零件啦。

    澳门威斯尼人app 12传说中的数控机床

    而光是自动加工还不算什么,数控机床还可以加上刀库,升级成“加工中心”。加工中心可以让我们在几十种刀具之间进行切换,一会儿车削,一会儿铣削,一会儿再磨削……全都能搞定!工件一直都固定在夹具上,基点不需要转移,因此更换加工方式也不会影响到加工的精度。

    澳门威斯尼人app 13 要什么刀?随便选!加工中心的刀库与换刀过程。录制者:Ingo Klein

    看了半天全是简单造型,感觉不过瘾?下面就来个更高级的:

    澳门威斯尼人app 14头盔也能做哦。录制者:DAISHIN SEIKI RYOSUKE OMACHI

    这个头盔的加工用到了“5轴铣削加工”,这一次,工件和铣刀的运动方式都更加灵活了。

    5轴加工是机械切削方式中最先进的加工方式。在数控机床中,共有6条坐标轴:3 个方向的直线轴 XYZ, 以及相应的3个旋转轴 ABC(如下图)。“3轴”的机床机床只能让工件和刀具在三个方向上平移,它用来处理一些基础形状的表面;“4轴”则是在XYZ的基础上增加了一个方向的旋转轴,这样可以切削一些不太复杂的曲面;而到了“5轴”,就有两个方向的旋转轴可以进行联动,这就可以处理相当复杂的曲面了。

    澳门威斯尼人app 15数控机床坐标系,在三个方向的直线运动之外,还加入了不同方向的旋转。

    这一次,铺满金属粉末的大箱子也可以省去了。这种更为先进便捷的金属3D打印技术就是直接金属沉积工艺(Direct Metal Deposition)。它与“挤奶油”式的熔融沉积有些相似,但喷出的是金属粉末。喷嘴在喷出金属粉末材料的同时,还会一并提供高功率激光以及惰性气体保护。这样不会受到金属粉末箱尺寸的局限,能直接制造出更大体积的零部件,而且也很适合对局部破损的精密零件进行修复。

    本文由结构弹设计原创 一木友人 整理 编辑

    激光“打印”

    澳门威斯尼人app 16录制者:VMR GmbH & Co. KG

    看完了切割削磨的减法,这次轮到做“加法”了。与传统铸造不同,图中显示的是一种适用于金属零件加工的3D打印——选择性激光熔融(SLM)。

    平时经常能看到的3D打印方式主要是熔融沉积成型和光固化成型,前者将热熔塑料层层堆砌,而后者则将液态光敏树脂用特定光线逐层照射,形成所需的固化结构。

    不过,这两种方法并不适合加工金属。要想3D打印出金属零件,需要使用金属粉末,和足以让它们结合在一起的激光。如上图所示,在一个铺满金属粉末的槽内,计算机控制着一束大功率的二氧化碳激光选择性地扫过金属粉末表面。在激光所到之处,表层的金属粉末完全熔融结合在一起,而没有照到的地方依然保持着粉末状态。整个过程都需要在一个充满惰性气体的密封舱内进行。

    当“切片”的一层扫描完成后,下降台会带动已经固化的半成品下降一层,然后刮平器把表面刮平好让金属粉末均匀铺开。在新一层的金属粉末表面,激光器再度开始扫描照射,新固化的一层又会牢固地熔覆在上一层上。等整个零件制造完成后,下降台就带着零件从粉末堆中升起来:

    澳门威斯尼人app 17录制者:VMR GmbH & Co. KG

    选择性激光熔融技术由选择性激光烧结(SLS)衍生而来,它使用纯金属粉末,不需要粘结剂参与,而且只需要一次烧结,因此可以得到性能更优的零件。

    澳门威斯尼人app 18选择性激光熔融(SLM)成型的金属零件

    数控机床


    安全提示:在“削铁如泥”的舒爽动图背后,请不要忘记机械加工的安全风险。随着创客文化的流行,越来越多的DIY爱好者有机会接触到机械设备的操作,请牢记安全保障永远是重中之重,切勿心存侥幸。开机之前,多复习几遍加工流程,佩戴好护目镜,扎结实长头发,再想一次加工流程!

    除了外表面,车削中使用镗刀还可以在工件已经有孔的地方,对内表面进行精加工。

    CMF设计总群:163362230

    金属沉积

    澳门威斯尼人app 19录制者:DMG MORI

    这一次,铺满金属粉末的大箱子也可以省去了。这种更为先进便捷的金属3D打印技术就是直接金属沉积工艺(Direct Metal Deposition)。它与“挤奶油”式的熔融沉积有些相似,但喷出的是金属粉末。喷嘴在喷出金属粉末材料的同时,还会一并提供高功率激光以及惰性气体保护。这样不会受到金属粉末箱尺寸的局限,能直接制造出更大体积的零部件,而且也很适合对局部破损的精密零件进行修复。

    澳门威斯尼人app 20直接金属沉积加工,喷头示意图。截图来自:DMG MORI

    而且,用这种方法制造零件,也可以在“堆积”的途中方便地切换到数控铣削进行高精度的加工处理,这两者的自由切换让金属材质零件能够同时保证空间复杂度和表面高精度。

    这些新型快速成型技术最大的意义在于“设计制造一体化”,不再需要繁琐的流程,在很短时间内就可以把想法变成实物。不同“加法”与“减法”工艺的结合,不仅简化了制作流程,而且更能节约材料与能源。在科幻电影《机械公敌》中,威尔史密斯的座驾奥迪RSQ轿车就是快速成型技术的体现。它的车身由德国库卡公司的一个工业机器人利用快速成型技术一次性制成。

    澳门威斯尼人app 21电影纯属虚构,但这车身可是真实加工工艺的产物。

    机器制造零件,零件组成机器,机械加工不断改变着人类的生活。便捷的制造工艺还将产生怎样神奇的未来机器?让我们拭目以待。(编辑:窗敲雨)

    题图来源:123rf.com.cn正版图片库

    选择性激光熔融技术由选择性激光烧结(SLS)衍生而来,它使用纯金属粉末,不需要粘结剂参与,而且只需要一次烧结,因此可以得到性能更优的零件。

    如有错误欢迎点击下方↓留言吐槽批评.

    铣削加工

    澳门威斯尼人app 22录制者:DatronCNC

    说完了“车”,“铣”又是啥?其实,它还是利用旋转的加工方式,只不过这回轮到铣刀来旋转了。

    传统的铣削加工有两种相对运动方式,一种就是像上图这样,被加工的工件固定不动,完全依靠铣刀坐上来自己动旋转和平移;而另一种如下图所示,铣刀单纯做旋转运动,工件可以沿着前后、左右、上下三个方向移动。

    澳门威斯尼人app 23录制者:Glacern Machine Tools

    铣刀是一种多刃刀具,在每一转的铣削加工中,铣刀每个刀刃只参与一次切削,其余时间停歇有利于散热。这样一来,比起单刃的车刀,铣刀的切削效率也更高。不同形状的铣刀可以完成各种平面、台阶面、凹槽、腔体的加工。

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    平时经常能看到的3D打印方式主要是熔融沉积成型和光固化成型,前者将热熔塑料层层堆砌,而后者则将液态光敏树脂用特定光线逐层照射,形成所需的固化结构。

    就是用砂子制造铸模。 砂模铸造需要在砂子中放入成品零件模型或木制模型,然后在模样周末填满砂子,开箱取出模样以后砂子形成铸模。

    我们说的普通机床,在加工操作时很大程度要依靠手动,比如调整工件的转速,就需要手动挂挡主轴箱上的推杆。而数控机床就是把这些操作全都变成了“自动挡”。数控机床在实际加工前,会先通过 CAD 软件进行计算机辅助设计的制图,再通过 CAM 软件模拟整个加工过程。一切确认无误后,把编制好的加工程序导入到数控机床中,安装好工件,闭合好保护舱门,之后只要等待数控机床自动进行加工,就可以得到想要的零件啦。

    是指车床加工是机械加工的一部份。车床加工主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件,是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床加工。车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。

    而光是自动加工还不算什么,数控机床还可以加上刀库,升级成“加工中心”。加工中心可以让我们在几十种刀具之间进行切换,一会儿车削,一会儿铣削,一会儿再磨削……全都能搞定!工件一直都固定在夹具上,基点不需要转移,因此更换加工方式也不会影响到加工的精度。

    模切制程-刀模

    传统的铣削加工有两种相对运动方式,一种就是像上图这样,被加工的工件固定不动,完全依靠铣刀坐上来自己动旋转和平移;而另一种如下图所示,铣刀单纯做旋转运动,工件可以沿着前后、左右、上下三个方向移动。

    磨削是指用磨料,磨具切除工件上多余材料的加工方法。磨削加工是应用较为广泛的切削加工方法之一。

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    是指在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。此方法生产的锻件尺寸精确,加工余量较小,结构也比较复杂生产率高。

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    与“挤奶油”式的熔融沉积有些相似,但喷出的是金属粉末。喷嘴在喷出金属粉末材料的同时,还会一并提供高功率激光以及惰性气体保护。这样不会受到金属粉末箱尺寸的局限,能直接制造出更大体积的零部件,而且也很适合对局部破损的精密零件进行修复。

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    铣削是将毛坯固定,用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀,切出需要的形状和特征。传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形/特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工。铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣镗加工,用于加工,模具,检具,胎具,薄壁复杂曲面,人工假体,叶片等。 在选择数控铣削加工内容时,应充分发挥数控铣床的优势和关键作用。

    5轴加工是机械切削方式中最先进的加工方式。在数控机床中,共有6条坐标轴:3 个方向的直线轴 XYZ, 以及相应的3个旋转轴 ABC(如下图)。“3轴”的机床机床只能让工件和刀具在三个方向上平移,它用来处理一些基础形状的表面;“4轴”则是在XYZ的基础上增加了一个方向的旋转轴,这样可以切削一些不太复杂的曲面;而到了“5轴”,就有两个方向的旋转轴可以进行联动,这就可以处理相当复杂的曲面了。

    是利用贯通的结晶器在一端连续地浇入液态金属,从另一端连续地拔出成型材料的铸造方法。

    车削加工

    是一种金属铸造工艺,其特点是利用模具腔对融化的金属施加高压。模具通常是用强度更高的合金加工而成的,这个过程有些类似注塑成型。

    传说中的数控机床

    又称失蜡铸造,包括压蜡、修蜡、组树、沾浆、熔蜡、浇铸金属液及后处理等工序。失蜡铸造是用蜡制作所要铸成零件的蜡模,然后蜡模上涂以泥浆,这就是泥模。泥模晾干后,在焙烧成陶模。一经焙烧,蜡模全部熔化流失,只剩陶模。一般制泥模时就留下了浇注口,再从浇注口灌入金属熔液,冷却后,所需的零件就制成了。

    金属沉积

    群2:497279121

    直接金属沉积加工,喷头示意图。

    是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得所需形状和尺寸的工件的成形加工方法。

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    是SLS法采用红外激光器作能源,使用的造型材料多为粉末材料。加工时,首先将粉末预热到稍低于其熔点的温度,然后在刮平棍子的作用下将粉末铺平;激光束在计算机控制下根据分层截面信息进行有选择地烧结,一层完成后再进行下一层烧结,全部烧结完后去掉多余的粉末,则就可以得到一烧结好的零件。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉,用金属粉或陶瓷粉进行烧结的工艺还在研究之中。

    这个头盔的加工用到了“5轴铣削加工”,这一次,工件和铣刀的运动方式都更加灵活了。

    是用刨刀对工件作水平相对直线往复运动的切削加工方法,主要用于零件的外形加工。刨削加工的精度为IT9~IT7,表面粗糙度Ra为6.3~1.6um。

    不过,这两种方法并不适合加工金属。要想3D打印出金属零件,需要使用金属粉末,和足以让它们结合在一起的激光。如上图所示,在一个铺满金属粉末的槽内,计算机控制着一束大功率的二氧化碳激光选择性地扫过金属粉末表面。在激光所到之处,表层的金属粉末完全熔融结合在一起,而没有照到的地方依然保持着粉末状态。整个过程都需要在一个充满惰性气体的密封舱内进行。

    是将液体金属注入高速旋转的铸型内,使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件的技术和方法。离心铸造所用的铸型,根据铸件形状、尺寸和生产批量不同,可选用非金属型、金属型或在金属型内敷以涂料层或树脂砂层的铸型。

    看了半天全是简单造型,感觉不过瘾?下面就来个更高级的:

    群3:294121135

    铣削加工

    成型工艺的资料我们分享过很多,但是有动图一目了然的还是第一次,现在分享一篇一木头人的成型加工工艺的文章,希望对大家有帮助~

    刨削加工

    又称压延,指的是将金属锭通过一对滚轮来为之赋形的过程。如果压延时,金属的温度超过其再结晶温度,那么这个过程被称为“热轧”,否则称为“冷轧”。压延是金属加工中最常用的手段。

    不同形状的车刀可以满足各种加工要求:

    -- END --

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    是在专用模锻设备上利用模具使毛坯成型而获得锻件的锻造方法。根据设备不同,模锻分为锤上模锻,曲柄压力机模锻,平锻机模锻,摩擦压力机模锻等。辊锻是材料在一对反向旋转模具的作用下产生塑性变形得到所需锻件或锻坯的塑性成形工艺。它是成形轧制的一种特殊形式。

    上到航天器,下到咖啡壶,你知道它们的零件是怎么做出来的吗?一组动图,带你了解机械加工的“加减法”。

    的实质是在高压作用下,使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸型型腔,并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。

    当“切片”的一层扫描完成后,下降台会带动已经固化的半成品下降一层,然后刮平器把表面刮平好让金属粉末均匀铺开。在新一层的金属粉末表面,激光器再度开始扫描照射,新固化的一层又会牢固地熔覆在上一层上。等整个零件制造完成后,下降台就带着零件从粉末堆中升起来:

    刀模下料工艺,将薄膜面板或线路定位在底板上,将刀模固定在机器上模板,利用机器下压提供的力量控制刀锋将材料切断。他区别于冲切模的地方在于,切口更光滑;同时通过对切割压力、深浅的调整可以冲切出压痕、半断等效果。同时模具的成本低作业更方便、安全、快捷。

    而且,用这种方法制造零件,也可以在“堆积”的途中方便地切换到数控铣削进行高精度的加工处理,这两者的自由切换让金属材质零件能够同时保证空间复杂度和表面高精度。

    是一种从塑料注射成形行业中引伸出来的新型粉末冶金近净成形技术,众所周知,塑料注射成形技术低廉的价格生产各种复杂形状的制品,但塑料制品强度不高,为了改善其性能,可以在塑料中添加金属或陶瓷粉末以得到强度较高、耐磨性好的制品。近年来,这一想法已发展演变为最大限度地提高固体粒子的含量并且在随后的烧结过程中完全除去粘结剂并使成形坯致密化。这种新的粉末冶金成形方法称为金属注射成形。

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    选择性激光熔融

    看完了切割削磨的减法,这次轮到做“加法”了。与传统铸造不同,图中显示的是一种适用于金属零件加工的3D打印——选择性激光熔融(SLM)。

    CMF关注工业设计色彩、材料、表面处理工艺

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    是把与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振动造型,在负压下浇注,使模型气化,液体金属占据模型位置,凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。

    磨削加工是利用砂轮、砂带之类的磨具对工件表面进行切削加工。在现今的加工中,磨削头已经可以很成熟地集成到数控铣床的加工中心内。

    在低压气体作用下使液态金属充填铸型并凝固成铸件的铸造方法。低压铸造最初主要用于铝合金铸件的生产,以后进一步扩展用途,生产熔点高的铜铸件、铁铸件和钢铸件。

    电影纯属虚构,但这车身可是真实加工工艺的产物。

    以上所有图文转载于:机械工程师

    首先,工件被卡盘固定在机床上,接下来,工件在电机的带动下进行高速转动,转速可以按照我们对加工的要求人为控制。然后,就可以开始控制刀具在工件表面进行雕琢,这被称为“走刀”。

    在一个铺满金属粉末的槽内,计算机控制着一束大功率的二氧化碳激光选择性地扫过金属粉末表面。在激光所到之处,表层的金属粉末完全熔融结合在一起,而没有照到的地方依然保持着粉末状态。整个过程都需要在一个充满惰性气体的密封舱内进行。

    选择性激光熔融(SLM)成型的金属零件

    为了在浇铸金属之前取出模型,铸模应做成两个或更多个部分;在铸模制作过程中,必须留出向铸模内浇铸金属的孔和排气孔,合成浇注系统。 铸模浇注金属液体以后保持适当时间,一直到金属凝固。 取出零件后,铸模被毁,因此必须为每个铸造件制作新铸模。

    常见的车刀往往是用高速钢或硬质合金制成,近几年市面上陶瓷刀具和人造金刚石刀具也用的很广泛。

    是用 外力作用于被拉 金属的前端,将金属坯料从小于 坯料断面的模孔中拉出,以获得相应的形状和尺寸的制品的一种塑性加工方法。由于拉拔多在冷态下进行,因此也叫冷拔或冷拉。

    铣刀是一种多刃刀具,在每一转的铣削加工中,铣刀每个刀刃只参与一次切削,其余时间停歇有利于散热。这样一来,比起单刃的车刀,铣刀的切削效率也更高。不同形状的铣刀可以完成各种平面、台阶面、凹槽、腔体的加工。

    即下料工艺,将前制程成型后的薄膜定位在冲切模公模上,合模去除多余的材料,保留产品3D外形,与模具型腔相匹配。

    要什么刀?随便选!加工中心的刀库与换刀过程。

    数控机床坐标系,在三个方向的直线运动之外,还加入了不同方向的旋转。

    说完了“车”,“铣”又是啥?其实,它还是利用旋转的加工方式,只不过这回轮到铣刀来旋转了。

    磨削加工

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    这些新型快速成型技术最大的意义在于“设计制造一体化”,不再需要繁琐的流程,在很短时间内就可以把想法变成实物。不同“加法”与“减法”工艺的结合,不仅简化了制作流程,而且更能节约材料与能源。在科幻电影《机械公敌》中,威尔史密斯的座驾奥迪RSQ轿车就是快速成型技术的体现。它的车身由德国库卡公司的一个工业机器人利用快速成型技术一次性制成。

    激光“打印”

    机器制造零件,零件组成机器,机械加工不断改变着人类的生活。便捷的制造工艺还将产生怎样神奇的未来机器?让我们拭目以待。

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    头盔也能做哦。

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    本文由环球彩票登陆发布于技术文章,转载请注明出处:一组直观动图带您询问各类机械加工的「加减法

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