精密加工與特種加工-緒論

1、精密加工與特種加工精密加工與特種加工【課程名稱課程名稱】精密加工與特種加工精密加工與特種加工【授課學(xué)時授課學(xué)時】48學(xué)時，學(xué)時，40理論學(xué)時，理論學(xué)時，8學(xué)時實(shí)驗(yàn)學(xué)時實(shí)驗(yàn)【課程類別課程類別】專業(yè)課專業(yè)課/限選課（考查課）限選課（考查課）【性質(zhì)任務(wù)性質(zhì)任務(wù)】 本課程以精細(xì)加工工藝為主線，依據(jù)現(xiàn)代加工技術(shù)的基本原理本課程以精細(xì)加工工藝為主線，依據(jù)現(xiàn)代加工技術(shù)的基本原理和方法，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、物理、化學(xué)和復(fù)合精密加工的綜合交叉和融和方法，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械、物理、化學(xué)和復(fù)合精密加工的綜合交叉和融合為重點(diǎn)，全面講解精密加工、特種加工和復(fù)合加工的新技術(shù)的發(fā)合為重點(diǎn)，全面講解精密加工、特種加工和復(fù)合加工的新技術(shù)的發(fā)展

2、動態(tài)。以此開闊學(xué)生工藝領(lǐng)域眼界，開拓加工方法思路，培養(yǎng)和展動態(tài)。以此開闊學(xué)生工藝領(lǐng)域眼界，開拓加工方法思路，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力。本課程主要教學(xué)內(nèi)容有精密切削加工、精密磨削加工和特種加工等。本課程主要教學(xué)內(nèi)容有精密切削加工、精密磨削加工和特種加工等。 制造業(yè)在眾多國家尤其是發(fā)達(dá)國家的國民經(jīng)濟(jì)中占制造業(yè)在眾多國家尤其是發(fā)達(dá)國家的國民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的位置，是國民經(jīng)濟(jì)的有十分重要的位置，是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)。美國美國68%的財富來源于制造業(yè)；的財富來源于制造業(yè)；日本國民總產(chǎn)值的日本國民總產(chǎn)值的49%由制造業(yè)提供；由制造業(yè)提供；中國的制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中

3、也占有中國的制造業(yè)在工業(yè)總產(chǎn)值中也占有40%的比例的比例。制造技術(shù)是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)的總稱，制造技術(shù)是使原材料變成產(chǎn)品的技術(shù)的總稱， 是國民經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展，也是制造業(yè)本身賴以生存的是國民經(jīng)濟(jì)得以發(fā)展，也是制造業(yè)本身賴以生存的關(guān)鍵基礎(chǔ)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)技術(shù). .可以說，沒有發(fā)達(dá)的制造業(yè)就不可能有國家真可以說，沒有發(fā)達(dá)的制造業(yè)就不可能有國家真正的繁榮和富強(qiáng)。正的繁榮和富強(qiáng)。 常規(guī)切削加工方法有哪些，常規(guī)切削加工方法有哪些，請舉例說明。請舉例說明。 常規(guī)切削常規(guī)切削加工方法加工方法車削車削銑削銑削鏜削鏜削鉆削鉆削刨削刨削拉削拉削磨削磨削常規(guī)加工方法已有很長的歷史，對常規(guī)加工方法已有很長的歷史，對人類的

4、生產(chǎn)和物質(zhì)文明起了很大的人類的生產(chǎn)和物質(zhì)文明起了很大的作用作用傳統(tǒng)切削加工工藝面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)傳統(tǒng)切削加工工藝面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 1)1)宇航工業(yè)等對材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高宇航工業(yè)等對材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。 難加工材料的加工，如硬質(zhì)合金、難加工材料的加工，如硬質(zhì)合金、鈦合金鈦合金、耐、耐熱鋼、不銹鋼、熱鋼、不銹鋼、寶石寶石及其他各種高硬度、高強(qiáng)度、及其他各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工。高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工。2)特殊復(fù)雜表面的加工特殊復(fù)雜表面

5、的加工 噴氣渦輪葉片、整體噴氣渦輪葉片、整體渦輪、注射模的立體渦輪、注射模的立體成型表面成型表面 沖模、冷拔模型孔沖模、冷拔模型孔 炮管的內(nèi)膛線炮管的內(nèi)膛線 噴油嘴、柵網(wǎng)小孔、噴油嘴、柵網(wǎng)小孔、窄縫窄縫 如各種異形孔、微型如各種異形孔、微型孔和窄縫等的加工孔和窄縫等的加工3)特殊要求零件的加工特殊要求零件的加工 航天、航空陀螺儀的加工航天、航空陀螺儀的加工 伺服閥的加工伺服閥的加工-表面質(zhì)量和精度要求很高表面質(zhì)量和精度要求很高 細(xì)長軸的加工細(xì)長軸的加工 薄壁零件的加工薄壁零件的加工 彈性元件的加工彈性元件的加工 -低剛度低剛度精密數(shù)控銑床精密數(shù)控銑床三大噪聲來源： 螺旋槳、主泵和齒輪箱。如何解

6、決？ 螺旋槳螺旋槳潛艇潛艇隔振平臺隔振平臺精密和超精密加工技術(shù)的需求精密和超精密加工技術(shù)的需求國防工業(yè)上的需求國防工業(yè)上的需求導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率，1kg的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對稱軸0. 5nm，則會引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。因此超精密加工技術(shù)與國防工業(yè)關(guān)系密切。彈道導(dǎo)彈攻擊航母的想象圖彈道導(dǎo)彈攻擊航母的想象圖DF-21導(dǎo)彈導(dǎo)彈大型天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡、直徑達(dá)大型天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡、直徑達(dá)2.4m，形狀精度，形狀精度0.01m，如著，如著名哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，能觀察名哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，能觀察140億光年天體（六軸億光年天體（六軸CNC研磨拋研磨拋光機(jī)光機(jī) ）。）。紅外

7、線探測器反射鏡，其拋物面紅外線探測器反射鏡，其拋物面反射鏡形狀精度反射鏡形狀精度1m，表面粗糙，表面粗糙度度Ra0.01m，其加工精度直接，其加工精度直接影響導(dǎo)彈引爆距離和命中率。影響導(dǎo)彈引爆距離和命中率。激光核聚變用的曲面鏡，其形狀激光核聚變用的曲面鏡，其形狀精度小于精度小于1m，表面粗糙度小于，表面粗糙度小于Ra0.01m，其質(zhì)量直接影響激，其質(zhì)量直接影響激光的光源性能。光的光源性能。國防工業(yè)上的需求國防工業(yè)上的需求服役的哈勃望遠(yuǎn)鏡服役的哈勃望遠(yuǎn)鏡信息產(chǎn)品中的需求信息產(chǎn)品中的需求 計算機(jī)上的芯片、磁板基片、光盤基片等都計算機(jī)上的芯片、磁板基片、光盤基片等都需要超精密加工技術(shù)來制造。錄像機(jī)的

8、磁鼓、復(fù)需要超精密加工技術(shù)來制造。錄像機(jī)的磁鼓、復(fù)印機(jī)的感光鼓、各種磁頭、激光打印機(jī)的多面體、印機(jī)的感光鼓、各種磁頭、激光打印機(jī)的多面體、噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都必須進(jìn)行超精密加工，噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都必須進(jìn)行超精密加工，才能達(dá)到質(zhì)量要求。才能達(dá)到質(zhì)量要求。民用產(chǎn)品中的需求民用產(chǎn)品中的需求 現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機(jī)、現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機(jī)、照相機(jī)等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，照相機(jī)等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，激光打印機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等上的各種反射鏡都要激光打印機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術(shù)來完成。至于超精密加工機(jī)床靠超精密加工技術(shù)來完成

9、。至于超精密加工機(jī)床設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。u現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、航空現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、航空航天工業(yè)部門要求其尖端產(chǎn)品向高精度、高速度、大功航天工業(yè)部門要求其尖端產(chǎn)品向高精度、高速度、大功率、小型化的方向發(fā)展，率、小型化的方向發(fā)展， 為了適應(yīng)這些要求，為了適應(yīng)這些要求， 各種新各種新結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜形狀的工件大量出現(xiàn)，結(jié)構(gòu)、新材料和復(fù)雜形狀的工件大量出現(xiàn)， 因而對加因而對加工工藝提出了一系列嚴(yán)峻要求，傳統(tǒng)的加工工藝越來越工工藝提出了一系列嚴(yán)峻要求，傳統(tǒng)的加工工藝越來越難以滿足所有

10、要求，特種加工得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。難以滿足所有要求，特種加工得到迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。以解決制造業(yè)中用以解決制造業(yè)中用常規(guī)加工方法無法實(shí)現(xiàn)常規(guī)加工方法無法實(shí)現(xiàn)的加工難題的加工難題 材料愈來愈難加工，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料愈來愈難加工，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形狀越來越復(fù)雜，對表面粗糙度和精形狀越來越復(fù)雜，對表面粗糙度和精度要求愈為愈高。度要求愈為愈高。 如何解決？關(guān)鍵問題如何解決？關(guān)鍵問題問題問題如對表面質(zhì)量和精度要求很高，以及低剛?cè)鐚Ρ砻尜|(zhì)量和精度要求很高，以及低剛度零件的加工。度零件的加工。高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性的金高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工屬及非金屬材料的加工如噴氣渦輪機(jī)

11、葉片、整體渦輪、注射模的如噴氣渦輪機(jī)葉片、整體渦輪、注射模的立體成型表面等立體成型表面等需要解決以下三類問題？需要解決以下三類問題？ 1. 1. 解決各種解決各種難切削材料難切削材料的加工問題的加工問題 2. 2. 解決各種解決各種復(fù)雜表面復(fù)雜表面的加工問題的加工問題 3. 3. 解決各種解決各種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問題的加工問題對制造業(yè)提出新的要求對制造業(yè)提出新的要求精密與特種加工技術(shù)精密與特種加工技術(shù)什么叫精密加工?機(jī)械加工中通常分：機(jī)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質(zhì)量達(dá)到極高精度的加工工

12、是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高精度的加工工藝，通常包括精密切削加工和精密磨削加工。藝，通常包括精密切削加工和精密磨削加工。常規(guī)加工常規(guī)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世紀(jì)世紀(jì)60年代年代100m1 m0.1 m20世紀(jì)世紀(jì)90年代年代5m0.05 m0.005 m20世紀(jì)末世紀(jì)末1m 0.01 m0.001 m 加工方法有金剛車、加工方法有金剛車、金剛鏜金剛鏜、研磨、珩磨、砂帶磨、研磨、珩磨、砂帶磨削、削、鏡面磨削鏡面磨削等等 精密加工精密加工 尺寸精度尺寸精度10.1m10.1m，RaRa值為值為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精密加工與超精密加工的發(fā)展精密加工與超精密加工的發(fā)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機(jī)超精密研磨機(jī)離子束加工離子束加工分子對位加工分子對位加工車床車床,銑床銑床卡尺卡尺加工設(shè)備加工設(shè)備測量儀器測量儀器精密車床精密車床磨床磨床百分尺百分尺比較儀比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床坐標(biāo)磨床氣動測微儀氣動測微儀光學(xué)比較儀光學(xué)比較儀金剛石車床金剛石車床精密磨床精密磨床光學(xué)磁尺光學(xué)磁尺電子比較儀電子比較儀超精密磨床超精密

14、磨床精密研磨機(jī)精密研磨機(jī)激光測長儀激光測長儀圓度儀輪廓儀圓度儀輪廓儀激光高精度激光高精度測長儀測長儀掃描電鏡掃描電鏡電子線分析電子線分析儀儀加工誤差加工誤差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份年份精密加工與超精密加工的發(fā)展精密加工與超精密加工的發(fā)展切削這么硬的材料，車刀很快就崩刃。切削這么硬的材料，車刀很快就崩刃。 傳統(tǒng)切削加工方法很難甚至無法承擔(dān)上述傳統(tǒng)切削加工方法很難甚至無法承擔(dān)上述加工任務(wù)。加工任務(wù)。 人們開始探索新的加工方法。人們開始探索新的加工方法。不僅用機(jī)械能，而且還采用：不僅用機(jī)械能，而且還采用：.電電化學(xué)光聲化學(xué)能

15、等其它能量 什么叫特種加工什么叫特種加工?特種加工特種加工不是采用常規(guī)的刀具或磨具對工件進(jìn)行切削加工，不是采用常規(guī)的刀具或磨具對工件進(jìn)行切削加工，而是直接利用電能、電化學(xué)能、聲能、或光能等而是直接利用電能、電化學(xué)能、聲能、或光能等能量，或選擇幾種能量的復(fù)合形式對材料進(jìn)行加能量，或選擇幾種能量的復(fù)合形式對材料進(jìn)行加工。特種加工是指切削加工以外的一些新的加工工。特種加工是指切削加工以外的一些新的加工方法。方法。加工范圍上不受材料強(qiáng)度、硬度等限制。加工范圍上不受材料強(qiáng)度、硬度等限制。特種加工技術(shù)特種加工技術(shù)主要主要不依靠機(jī)械力和機(jī)械能不依靠機(jī)械力和機(jī)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（如電、化學(xué)、光、聲、熱等）去除金屬和非金屬能量（如電、化學(xué)、光、聲、熱等）去除金屬和非金屬材料，完成工件的加工。故可以加工各種超強(qiáng)硬材料、材料，完成工件的加工。故可以加工各種超強(qiáng)硬材料、高脆性及熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料。高脆性及熱敏材料以及特殊的金屬和非金屬材料。以柔克剛。以柔克剛。特種加工不一定需要工具，有的雖使用工具，特種加工不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，加工過程中工具和工件間不存在明顯但與工件不接觸，加工過程中工具和工件間不存在明顯的強(qiáng)大機(jī)械切削力，所以加工時不受工件的強(qiáng)度和硬度的強(qiáng)大機(jī)械切削力，所以加工時不受工件的強(qiáng)度和硬度的制約，在加工超硬脆材料和

17、精密微細(xì)零件、薄壁元件、的制約，在加工超硬脆材料和精密微細(xì)零件、薄壁元件、彈性元件時，彈性元件時，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。特種加工的特點(diǎn)特種加工的特點(diǎn)加工方法日新月異，向精密加工方向發(fā)展。加工方法日新月異，向精密加工方向發(fā)展。許多特種加許多特種加工方法同時又是精密加工方法、微細(xì)加工方法，如電子工方法同時又是精密加工方法、微細(xì)加工方法，如電子束加工、離子束加工、激光束加工等就是精密特種加工束加工、離子束加工、激光束加工等就是精密特種加工；精密電火花加工的加工精密度可達(dá)微米級精密電火花加工的加工精密度可達(dá)微米級0.5-1m，表面，表面粗糙度可達(dá)鏡面粗糙度可達(dá)鏡面Ra0.02m。容易獲得良好的表面質(zhì)量。容易獲得良好的表面質(zhì)量。由于在加工過程中不產(chǎn)生宏由于在加工過程中不產(chǎn)生宏觀切屑，工件表面不會產(chǎn)生強(qiáng)烈的彈、塑性變形，故可觀切屑，工件表面不會產(chǎn)生強(qiáng)烈的彈、塑性變形，故可以獲得良好的表面粗糙度。殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、冷作硬以獲得良好的表面粗糙度。殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、冷作硬化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機(jī)械切割表面小，化、熱影響區(qū)及毛刺等表面缺陷均比機(jī)械切割表