精密加工与特种加工-绪论

1、精密加工与特种加工精密加工与特种加工【课程名称课程名称】精密加工与特种加工精密加工与特种加工【授课学时授课学时】48学时，学时，40理论学时，理论学时，8学时实验学时实验【课程类别课程类别】专业课专业课/限选课（考查课）限选课（考查课）【性质任务性质任务】 本课程以精细加工工艺为主线，依据现代加工技术的基本原理本课程以精细加工工艺为主线，依据现代加工技术的基本原理和方法，以实现机械、物理、化学和复合精密加工的综合交叉和融和方法，以实现机械、物理、化学和复合精密加工的综合交叉和融合为重点，全面讲解精密加工、特种加工和复合加工的新技术的发合为重点，全面讲解精密加工、特种加工和复合加工的新技术的发展

2、动态。以此开阔学生工艺领域眼界，开拓加工方法思路，培养和展动态。以此开阔学生工艺领域眼界，开拓加工方法思路，培养和激发学生的创新思维和能力。激发学生的创新思维和能力。本课程主要教学内容有精密切削加工、精密磨削加工和特种加工等。本课程主要教学内容有精密切削加工、精密磨削加工和特种加工等。 制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十分重要的位置，是国民经济的有十分重要的位置，是国民经济的支柱产业支柱产业。美国美国68%的财富来源于制造业；的财富来源于制造业；日本国民总产值的日本国民总产值的49%由制造业提供；由制造业提供；中国的制造业在工业总产值中

3、也占有中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例的比例。制造技术是使原材料变成产品的技术的总称，制造技术是使原材料变成产品的技术的总称， 是国民经济得以发展，也是制造业本身赖以生存的是国民经济得以发展，也是制造业本身赖以生存的关键基础关键基础技术技术. .可以说，没有发达的制造业就不可能有国家真可以说，没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。正的繁荣和富强。 常规切削加工方法有哪些，常规切削加工方法有哪些，请举例说明。请举例说明。 常规切削常规切削加工方法加工方法车削车削铣削铣削镗削镗削钻削钻削刨削刨削拉削拉削磨削磨削常规加工方法已有很长的历史，对常规加工方法已有很长的历史，对人类的

4、生产和物质文明起了很大的人类的生产和物质文明起了很大的作用作用传统切削加工工艺面临着严峻的挑战传统切削加工工艺面临着严峻的挑战 1)1)宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。 难加工材料的加工，如硬质合金、难加工材料的加工，如硬质合金、钛合金钛合金、耐、耐热钢、不锈钢、热钢、不锈钢、宝石宝石及其他各种高硬度、高强度、及其他各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。2)特殊复杂表面的加工特殊复杂表面

5、的加工 喷气涡轮叶片、整体喷气涡轮叶片、整体涡轮、注射模的立体涡轮、注射模的立体成型表面成型表面 冲模、冷拔模型孔冲模、冷拔模型孔 炮管的内膛线炮管的内膛线 喷油嘴、栅网小孔、喷油嘴、栅网小孔、窄缝窄缝 如各种异形孔、微型如各种异形孔、微型孔和窄缝等的加工孔和窄缝等的加工3)特殊要求零件的加工特殊要求零件的加工 航天、航空陀螺仪的加工航天、航空陀螺仪的加工 伺服阀的加工伺服阀的加工-表面质量和精度要求很高表面质量和精度要求很高 细长轴的加工细长轴的加工 薄壁零件的加工薄壁零件的加工 弹性元件的加工弹性元件的加工 -低刚度低刚度精密数控铣床精密数控铣床三大噪声来源： 螺旋桨、主泵和齿轮箱。如何解

6、决？ 螺旋桨螺旋桨潜艇潜艇隔振平台隔振平台精密和超精密加工技术的需求精密和超精密加工技术的需求国防工业上的需求国防工业上的需求导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，1kg的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴0. 5nm，则会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。因此超精密加工技术与国防工业关系密切。弹道导弹攻击航母的想象图弹道导弹攻击航母的想象图DF-21导弹导弹大型天体望远镜的透镜、直径达大型天体望远镜的透镜、直径达2.4m，形状精度，形状精度0.01m，如著，如著名哈勃太空望远镜，能观察名哈勃太空望远镜，能观察140亿光年天体（六轴亿光年天体（六轴CNC研磨抛研磨抛光机光机 ）。）。红外

7、线探测器反射镜，其抛物面红外线探测器反射镜，其抛物面反射镜形状精度反射镜形状精度1m，表面粗糙，表面粗糙度度Ra0.01m，其加工精度直接，其加工精度直接影响导弹引爆距离和命中率。影响导弹引爆距离和命中率。激光核聚变用的曲面镜，其形状激光核聚变用的曲面镜，其形状精度小于精度小于1m，表面粗糙度小于，表面粗糙度小于Ra0.01m，其质量直接影响激，其质量直接影响激光的光源性能。光的光源性能。国防工业上的需求国防工业上的需求服役的哈勃望远镜服役的哈勃望远镜信息产品中的需求信息产品中的需求 计算机上的芯片、磁板基片、光盘基片等都计算机上的芯片、磁板基片、光盘基片等都需要超精密加工技术来制造。录像机的

8、磁鼓、复需要超精密加工技术来制造。录像机的磁鼓、复印机的感光鼓、各种磁头、激光打印机的多面体、印机的感光鼓、各种磁头、激光打印机的多面体、喷墨打印机的喷墨头等都必须进行超精密加工，喷墨打印机的喷墨头等都必须进行超精密加工，才能达到质量要求。才能达到质量要求。民用产品中的需求民用产品中的需求 现代小型、超小型的成像设备，如摄相机、现代小型、超小型的成像设备，如摄相机、照相机等上的各种透镜，特别是光学曲面透镜，照相机等上的各种透镜，特别是光学曲面透镜，激光打印机、激光打标机等上的各种反射镜都要激光打印机、激光打标机等上的各种反射镜都要靠超精密加工技术来完成。至于超精密加工机床靠超精密加工技术来完成

9、。至于超精密加工机床设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。u现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空航天工业部门要求其尖端产品向高精度、高速度、大功航天工业部门要求其尖端产品向高精度、高速度、大功率、小型化的方向发展，率、小型化的方向发展， 为了适应这些要求，为了适应这些要求， 各种新各种新结构、新材料和复杂形状的工件大量出现，结构、新材料和复杂形状的工件大量出现， 因而对加因而对加工工艺提出了一系列严峻要求，传统的加工工艺越来越工工艺提出了一系列严峻要求，传统的加工工艺越来越难以满足所有

10、要求，特种加工得到迅速发展和广泛应用。难以满足所有要求，特种加工得到迅速发展和广泛应用。以解决制造业中用以解决制造业中用常规加工方法无法实现常规加工方法无法实现的加工难题的加工难题 材料愈来愈难加工，产品结构和材料愈来愈难加工，产品结构和形状越来越复杂，对表面粗糙度和精形状越来越复杂，对表面粗糙度和精度要求愈为愈高。度要求愈为愈高。 如何解决？关键问题如何解决？关键问题问题问题如对表面质量和精度要求很高，以及低刚如对表面质量和精度要求很高，以及低刚度零件的加工。度零件的加工。高强度、高硬度、高韧性、高脆性的金高强度、高硬度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工属及非金属材料的加工如喷气涡轮机

11、叶片、整体涡轮、注射模的如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、注射模的立体成型表面等立体成型表面等需要解决以下三类问题？需要解决以下三类问题？ 1. 1. 解决各种解决各种难切削材料难切削材料的加工问题的加工问题 2. 2. 解决各种解决各种复杂表面复杂表面的加工问题的加工问题 3. 3. 解决各种解决各种超精超精或具有或具有特殊要求特殊要求的零件的零件的加工问题的加工问题对制造业提出新的要求对制造业提出新的要求精密与特种加工技术精密与特种加工技术什么叫精密加工?机械加工中通常分：机械加工中通常分：粗加工粗加工、半精加工半精加工、精加工精加工。 精密加工精密加工是指加工精度和表面质量达到极高精度的加工工

12、是指加工精度和表面质量达到极高精度的加工工艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工。艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工。常规加工常规加工精密加工精密加工5 m以上以上超精密加工超精密加工1 m以上以上20世纪世纪60年代年代100m1 m0.1 m20世纪世纪90年代年代5m0.05 m0.005 m20世纪末世纪末1m 0.01 m0.001 m 加工方法有金刚车、加工方法有金刚车、金刚镗金刚镗、研磨、珩磨、砂带磨、研磨、珩磨、砂带磨削、削、镜面磨削镜面磨削等等 精密加工精密加工 尺寸精度尺寸精度10.1m10.1m，RaRa值为值为0.020.1 m0.020.1 m 超精密加工超精密加

13、工 尺寸精度尺寸精度0.10.001m0.10.001m，RaRa值小于值小于0.025 m0.025 m精密加工与超精密加工的发展精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）普通加工普通加工精密加工精密加工超精密加工超精密加工超高精密磨床超高精密磨床超精密研磨机超精密研磨机离子束加工离子束加工分子对位加工分子对位加工车床车床,铣床铣床卡尺卡尺加工设备加工设备测量仪器测量仪器精密车床精密车床磨床磨床百分尺百分尺比较仪比较仪坐标镗床坐标镗床坐标磨床坐标磨床气动测微仪气动测微仪光学比较仪光学比较仪金刚石车床金刚石车床精密磨床精密磨床光学磁尺光学磁尺电子比较仪电子比较仪超精密磨床超精密

14、磨床精密研磨机精密研磨机激光测长仪激光测长仪圆度仪轮廓仪圆度仪轮廓仪激光高精度激光高精度测长仪测长仪扫描电镜扫描电镜电子线分析电子线分析仪仪加工误差加工误差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份年份精密加工与超精密加工的发展精密加工与超精密加工的发展切削这么硬的材料，车刀很快就崩刃。切削这么硬的材料，车刀很快就崩刃。 传统切削加工方法很难甚至无法承担上述传统切削加工方法很难甚至无法承担上述加工任务。加工任务。 人们开始探索新的加工方法。人们开始探索新的加工方法。不仅用机械能，而且还采用：不仅用机械能，而且还采用：.电电化学光声化学能

15、等其它能量 什么叫特种加工什么叫特种加工?特种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，不是采用常规的刀具或磨具对工件进行切削加工，而是直接利用电能、电化学能、声能、或光能等而是直接利用电能、电化学能、声能、或光能等能量，或选择几种能量的复合形式对材料进行加能量，或选择几种能量的复合形式对材料进行加工。特种加工是指切削加工以外的一些新的加工工。特种加工是指切削加工以外的一些新的加工方法。方法。加工范围上不受材料强度、硬度等限制。加工范围上不受材料强度、硬度等限制。特种加工技术特种加工技术主要主要不依靠机械力和机械能不依靠机械力和机械能去除材料，而是主要用其他去除材料，而是主要用其

16、他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属和非金属能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属和非金属材料，完成工件的加工。故可以加工各种超强硬材料、材料，完成工件的加工。故可以加工各种超强硬材料、高脆性及热敏材料以及特殊的金属和非金属材料。高脆性及热敏材料以及特殊的金属和非金属材料。以柔克刚。以柔克刚。特种加工不一定需要工具，有的虽使用工具，特种加工不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，加工过程中工具和工件间不存在明显但与工件不接触，加工过程中工具和工件间不存在明显的强大机械切削力，所以加工时不受工件的强度和硬度的强大机械切削力，所以加工时不受工件的强度和硬度的制约，在加工超硬脆材料和

17、精密微细零件、薄壁元件、的制约，在加工超硬脆材料和精密微细零件、薄壁元件、弹性元件时，弹性元件时，工具硬度可以低于被加工材料的硬度工具硬度可以低于被加工材料的硬度。特种加工的特点特种加工的特点加工方法日新月异，向精密加工方向发展。加工方法日新月异，向精密加工方向发展。许多特种加许多特种加工方法同时又是精密加工方法、微细加工方法，如电子工方法同时又是精密加工方法、微细加工方法，如电子束加工、离子束加工、激光束加工等就是精密特种加工束加工、离子束加工、激光束加工等就是精密特种加工；精密电火花加工的加工精密度可达微米级精密电火花加工的加工精密度可达微米级0.5-1m，表面，表面粗糙度可达镜面粗糙度可达镜面Ra0.02m。容易获得良好的表面质量。容易获得良好的表面质量。由于在加工过程中不产生宏由于在加工过程中不产生宏观切屑，工件表面不会产生强烈的弹、塑性变形，故可观切屑，工件表面不会产生强烈的弹、塑性变形，故可以获得良好的表面粗糙度。残余应力、热应力、冷作硬以获得良好的表面粗糙度。残余应力、热应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切割表面小，化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切割表