精密与特种加工技术

安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论1精密与特种加工技术安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论2学时：38（34理论学时+4实验学时）参考教材：《精密与特种加工》王贵成武汉理工大学出版社《特种加工》第5版刘晋春机械工业出版社考核方式：平时成绩20%+期末考试80%安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论3课程性质：专业课程1、使大家对现代技术条件下精细及特种加工工艺有较为系统的了解，并能够运用所学知识对各种加工机理进行分析；2、为后续相关课程的学习及毕业设计服务。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论41、认识精密加工、特种加工与复合加工过程的常见现象和基本规律，能根据零件要求合理选择加工方法和工艺参数。2、掌握现代机械加工工艺实验研究的基本方法和技能。（从实验数据中进行总结归纳，得出结论。）3、对当前先进制造工艺技术的发展趋势及成就有初步了解，为后续生产、研究及技术开发工作做基础。课程主要任务：安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论5思考：1、何为精密与超精密加工，其加工精度怎样？表面粗糙度又怎样？2、如何在淬火钢上加工一个直径为6mm、深为10mm的定位销孔？3、如何在厚为12mm的硬质合金板上加工一个四方形或者六角形的型孔？4、如何在在0.1mm厚的钨箔上加工出直径为0.05±0.002mm的微孔？安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论6精密加工：精密切削、精密磨削；特种加工：电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工、高能束加工（激光加工、电子束和离子束加工）、超声加工、快速成形技术、复合加工等。精密加工——加工精度；特种加工——加工方法（与传统加工相比）。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论7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艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工，在不同制造业发展时期其最高技术指标有所不同。加工时间一般加工精密加工超精密加工20世纪60年代100μm1μm0.1μm20世纪90年代5μm0.05μm0.005μm20世纪末1μm0.01μm0.001μm安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论8用于精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的地位。超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为0.1～0.01μm数量级，表面粗糙度Ra值为0.01μm数量级的加工方法。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论9超精密加工基本理论：去除的切削层越薄零件精度越高。例如：–金刚石车：去除1纳米厚的切削层。超精密加工是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论10零件加工精度表面粗糙度激光光学零件形状误差0.1μmRa0.01～0.05μm多面镜平面度误差0.04μmRa＜0.02μm磁头平面度误差0.04μmRa＜0.02μm磁盘波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm雷达导波管平面度垂直度误差＜0.1μmRa＜0.02μm卫星仪表轴承圆柱度误差＜0.01μmRa＜0.002μm天体望远镜形状误差＜0.03μmRa＜0.01μm几种典型精密零件的加工精度◆几种典型精密零件的加工精度安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论11精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨机离子束加工分子对位加工车床,铣床卡尺加工设备测量仪器精密车床磨床百分尺比较仪坐标镗床坐标磨床气动测微仪光学比较仪金刚石车床精密磨床光学磁尺电子比较仪超精密磨床精密研磨机激光测长仪圆度仪轮廓仪激光高精度测长仪扫描电镜电子线分析仪加工误差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份◆精密加工与超精密加工的发展安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论12当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。像精密机床、精密测量仪器等制造业中的关键零件加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密滚动轴承等，在当前制造工业中占有极重要的位置。精密和超精密加工的应用场合？安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论13精密和超精密加工已成为国际经济竞争，尤其是发展尖端技术、发展国防工业的关键技术。如：美国MX战略导弹制造系统的陀螺仪精度比民兵Ⅲ型洲际导弹陀螺仪的精度提高一个数量级，其命中的圆概率误差由原来的500m减小到50~150m。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论14精密与超精密加工地位精密与超精密加工技术是一个国家制造业水平重要标志例：美国哈勃望远镜形状精度0.01μm；超大规模集成电路最小线宽0.1μm，日本金刚石刀具刃口钝圆半径达2nm。精密加工与超精密加工技术是先进制造技术基础和关键例：美国陀螺仪球圆度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，导弹命中精度控制在50m范围内；英国飞机发电机转子叶片加工误差从60μm降至12μm，发电机压缩效率从89%提高到94%；齿形误差从3-4μm减小1μm，单位重量齿轮箱扭矩可提高一倍。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论15精密与超精密加工地位精密加工与超精密加工技术是新技术的生长点精密与超精密加工技术涉及多种基础学科和多种新兴技术，其发展无疑会带动和促进这些相关科学技术的发展。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论16瓦特早在18世纪70年代就发明了蒸气机，但为何到19世纪才得以应用？因为苦于制造不出高精度的蒸气机气缸。无法推广应用。直到有人创造出和改进了气缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机得到广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论17“东芝事件”…冷战时期，前苏联用从日本东芝公司“购买”的大型三坐标数控铣床加工出高精度潜艇用螺旋浆，噪音大大降低，使美国设在全球的侦听网失效。不得不花费大量经费与时间来研制新的侦听设备。为此美国政府对东芝公司进行制裁，不许东芝公司在相当长一段时间内进入美国市场。新的加工方法对人类的生产和物质文明起了极大的作用！安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论18特种加工是将电能、热能、光能、声能和磁能等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合直接施加到被加工的部位上，从而实现材料去除的加工方法，也被称为非传统加工技术。特种加工的应用场合？到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别现有的金属切削加工，将这类传统切削加工以外的新的加工方法统称为特种加工；国外：非传统加工(NTM,Non-TraditionalMachining)或非常规机械加工(NCM,Non-ConventionalMachining)。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论19主要用于：1、难加工材料的加工（淬火钢、硬质合金、陶瓷、金刚石等）；2、模具及复杂型面加工（型腔、型孔、微小异型孔等）；特种加工就是当传统切削加工方法对产品（或材料）无法实施或保证不了规定的精度要求时而应用物理的（力、热、声、光、电）或化学的方法进行加工的手段。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论20特种加工的产生及发展从第一次产业革命——第二次世界大战前，是传统的机械加工（切削加工和磨削），其本质和特点：•靠刀具材料比工件硬•靠机械能切除工件上多余材料安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论21切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论22传统切削加工方法很难甚至无法承担上述加工任务。人们开始探索新的加工方法。不仅用机械能，而且还采用：......电电化学光声化学能等其它能量安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论231943年，前苏联拉扎林柯夫妇在研究开关触点遭受火花放电腐蚀损坏的现象和原因时，逆向思维，用细铜丝在淬火钢上加工出小孔，开创和发明了电火花加工—特种加工中的先驱。首次摆脱了传统的切削加工方法，获得了“以柔克刚”的效果。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论24二次世界大战以后，随着生产发展和科学实验的需要，尖端科学技术产品要求机械制造部门解决各种难切削材料的加工问题、各种特殊复杂表面的加工问题、各种超精光整或具有特殊要求的零件的加工问题。要解决上述一系列工艺问题，依靠传统的切削加工很难实现，甚至根本无法实现，人们相继探索研究新的加工方法，特种加工应运而生得到发展。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论25•1）用机械能以外的其他能量(电、光、声、热、化学)等去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。•2）打破传统的硬刀具加工软材料的规律，刀具硬度可低于被加工材料的硬度，可谓“以柔克刚”。•3）加工过程中工具和工件间不存在显著的切削力。•4）从原理上来说特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料。特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别：特种加工已经成为当前机械制造领域不可缺少的加工方法，为新产品设计与开发提供了许多加工手段，为新材料的研制提供了应用基础。安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论26•1）电能与热能作用方式有：电火花成形与穿孔加工、电火花线切割加工、电子束加工和等离子束加工。•2）电能与化学能作用方式有：电解加工、电铸加工和刷镀加工。•3）化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解珩磨。•4）声能与机械能作用方式有：超声波加工•5）光能与热能作用方式有：激光加工。•6）电能与机械能作用方式有：离子束加工。•7）液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射流切割。特种加工的分类安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论27安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论28安徽工程大学AnhuiPolytechnicUniversity精密与特种加工技术第一章绪论29特种加工方法的特点对机械制造技术提出了新的要求第一，解决各种难加工材料的问题第二，解决各种复杂表面的加工问题第三，解决各种超精或具有特殊要求的零件的加工问题。如对表面质量和精度要求很高，以及低刚度零件的加工。高强度、高硬度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、注射模的立体成型表面等安徽工程大学AnhuiP