精密与特种加工技术.ppt

安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 1 精密与特种加工技术精密与特种加工技术主讲人：胡健安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 2 1 1、认识精密加工、特种加工与复合加工过程的常见、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。和工艺参数。2 2、掌握现代机械加工工艺实验研究的基本方法和技、掌握现代机械加工工艺实验研究的基本方法和技能。能。3 3、对当前先进制造工艺技术的发展趋势及成就有初、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。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：课程主要任务：安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 3 精密加工精密加工：精密切削、精密磨削；：精密切削、精密磨削；特种加工特种加工：电火花加工、电火花线切割加工、电：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、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、电子束和离子束加工）、超声加工、快速成形技术、复合加工等。快速成形技术、复合加工等。精密加工精密加工加工加工精度精度；特种加工特种加工加工加工方法方法（与传统加工相比）。（与传统加工相比）。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 4 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，通常包括工工艺，通常包括精密切削加工精密切削加工和和精密磨削加工精密磨削加工，在不，在不同制造业发展时期其最高技术指标有所不同。同制造业发展时期其最高技术指标有所不同。加工加工 时间时间一般加工一般加工精密加工精密加工超精密加工超精密加工2020世纪世纪6060年代年代100100mm1 1mm0.10.1mm2020世纪世纪9090年代年代5 5mm0.050.05mm0.0050.005mm2020世纪末世纪末1m1m0.01m0.01m0.001m0.001m 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。业中占有极重要的地位。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 5 零件零件 加加 工工 精精 度度 表面粗糙度表面粗糙度 激光光学零件激光光学零件 形状误差形状误差 0.10.1m Rm Ra a 0.010.010.050.05mm 多面镜多面镜 平面度误差平面度误差 0.040.04m Rm Ra a 0.020.02m m 磁头磁头 平面度误差平面度误差 0.040.04m Rm Ra a 0.020.02m m 磁盘磁盘 波度波度 0.01 0.01 0.020.02m Rm Ra a 0.020.02m m 雷达导波管雷达导波管 平面度垂直度误差平面度垂直度误差 0.10.1m Rm Ra a 0.020.02m m 卫星仪表轴承卫星仪表轴承 圆柱度误差圆柱度误差 0.010.01m Rm Ra a 0.0020.002mm 天体望远镜天体望远镜 形状误差形状误差 0.030.03m Rm Ra a 0.010.01m m 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 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安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 6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（TaniguchiTaniguchi，19831983）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仪电子线分析仪加工误差（加工误差（mm）10100 010101 110102 21010-2-21010-1-11010-3-3190019001920192019401940196019601980198020002000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安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 7q 精密与超精密加工地位精密与超精密加工地位 精精密密与与超超精精密密加加工工技技术术是是一一个个国国家家制制造造业业水水平平重重要要标志标志例例：美美国国哈哈勃勃望望远远镜镜形形状状精精度度0.01m0.01m；超超大大规规模模集集成成电电路路最最小小线线宽宽0.1m0.1m，日日本本金金刚刚石石刀刀具具刃刃口口钝钝圆圆半半径径达达2nm2nm。精精密密加加工工与与超超精精密密加加工工技技术术是是先先进进制制造造技技术术基基础础和和关键关键例例：飞飞机机发发电电机机转转子子叶叶片片加加工工精精度度从从60m60m提提高高至至12m12m，表表面面粗粗糙糙度度由由0.5m0.5m减减少少到到0.3m0.3m，发发动动机机压压缩缩效效率率从从89%89%提提高高至至94%94%；传传动动齿齿轮轮的的齿齿形形及及齿齿距距误误差差从从3-6m3-6m减减小小1m1m，单单位位重重量量齿齿轮轮箱箱扭扭矩矩可可提提高高约约一倍，从而使齿轮箱尺寸大大减小。一倍，从而使齿轮箱尺寸大大减小。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 8“东芝事件东芝事件”冷战时期，前苏联用从日本东芝公司冷战时期，前苏联用从日本东芝公司“购买购买”的大型三坐标数控铣床加工出的大型三坐标数控铣床加工出高精度高精度潜艇用螺旋浆，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。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新的加工方法对人类的生产和物质文明起了极大的作用！的作用！安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 9 特种加工特种加工是将电能、热能、光能、声能和磁能等是将电能、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，也被称为法，也被称为非传统非传统加工技术。加工技术。特种加工特种加工的应用场合？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，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外的新的加工方法统称为 特种加工；特种加工；国外：国外：非传统加非传统加工工 (NTM,Non-Traditional Machining)(NTM,Non-Traditional Machining)或或非常规机械非常规机械加工加工(NCM,Non-Conventional Machining)(NCM,Non-Conventional Machining)。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 10主要用于：主要用于：1 1、难加工材料的加工（淬火钢、硬质合金、钛合金、陶瓷、难加工材料的加工（淬火钢、硬质合金、钛合金、陶瓷、金刚石等各种高硬度、高强度、高脆性的金属和非金属加工）；金刚石等各种高硬度、高强度、高脆性的金属和非金属加工）；2 2、解决各种特殊复杂型面加工问题（型腔、型孔、微小异型、解决各种特殊复杂型面加工问题（型腔、型孔、微小异型孔、喷气涡轮机叶片、炮管内膛线、喷油嘴、喷丝头小孔等）；孔、喷气涡轮机叶片、炮管内膛线、喷油嘴、喷丝头小孔等）；3 3、解决各种超精密、光整或有特殊要求的零件的加工问题、解决各种超精密、光整或有特殊要求的零件的加工问题（精密光学透镜、航空陀螺仪、大规模集成电路、微型机械和机（精密光学透镜、航空陀螺仪、大规模集成电路、微型机械和机器人零件、细长或薄壁件等对表面质量和精度要求高的零部件）器人零件、细长或薄壁件等对表面质量和精度要求高的零部件）特种加工就是当传统切削加工方法对产品（或材料）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（力、热、声、光、电）或化学的方法进行加工的手段。段。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 11特种加工的产生及发展特种加工的产生及发展 从第一次产业革命从第一次产业革命 第二次世界大战前，是第二次世界大战前，是传统的机械加工（切削加工和磨削），其本质和特传统的机械加工（切削加工和磨削），其本质和特点：点：靠刀具材料比工件硬靠刀具材料比工件硬 靠机械能切除工件上多余材料靠机械能切除工件上多余材料安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 12切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 13 传统切削加工方法很难甚至无法承担上述加传统切削加工方法很难甚至无法承担上述加工任务。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：.安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 14 1943 1943年，前苏联拉扎林柯夫妇在研究开关触点遭受年，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铜丝在淬火钢上加工出小孔，开创和发明了电火花加工工特种加工中的先驱。特种加工中的先驱。首次摆脱了传统的切削加工方法，获得了首次摆脱了传统的切削加工方法，获得了“以柔克以柔克刚刚”的效果。的效果。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 15 二次世界大战以后，随着生产发展和科学实验的二次世界大战以后，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、各种超精光整或具有特殊要求的零件的加工问题。工问题。要解决上述一系列工艺问题，依靠传统的切削加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。究新的加工方法，特种加工应运而生得到发展。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 161 1）用机械能以外的其他能量）用机械能以外的其他能量(电、光、声、热、化学电、光、声、热、化学)等去除工等去除工件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。件上多余的材料，以达到图样上全部技术要求。2 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）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，可谓加工材料的硬度，可谓“以柔克刚以柔克刚”。3 3）加工过程中工具和工件间不存在显著的切削力。）加工过程中工具和工件间不存在显著的切削力。4 4）从原理上来说特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、）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。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。的研制提供了应用基础。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 171 1）电能与热能作用方式有：电火花成形与穿孔加工、电火）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。花线切割加工、电子束加工和等离子束加工。2 2）电能与化学能作用方式有：电解加工、电铸加工和刷镀）电能与化学能作用方式有：电解加工、电铸加工和刷镀加工。加工。3 3）化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解珩磨。）化学能与机械能作用方式有：电解磨削、电解珩磨。4 4）声能与机械能作用方式有：超声波加工）声能与机械能作用方式有：超声波加工5 5）光能与热能作用方式有：激光加工。）光能与热能作用方式有：激光加工。6 6）电能与机械能作用方式有：离子束加工。）电能与机械能作用方式有：离子束加工。7 7）液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射流切割。）液流能与机械能作用方式有：挤压珩磨和水射流切割。特种加工的分类特种加工的分类安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 18安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 19安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 20特种加工方法的特点特种加工方法的特点对机械对机械制造技制造技术提出术提出了新的了新的要求要求第一，解决各种难加第一，解决各种难加工材料的问题工材料的问题第二，解决各种复第二，解决各种复杂表面的加工问题杂表面的加工问题第三，解决各种超精第三，解决各种超精或具有特殊要求的零或具有特殊要求的零件的加工问题。件的加工问题。如对表面质量和精度要如对表面质量和精度要求很高，以及低刚度零求很高，以及低刚度零件的加工。件的加工。高强度、高硬度、高高强度、高硬度、高韧性、高脆性的金属韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工及非金属材料的加工如喷气涡轮机叶片、如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、注射模的整体涡轮、注射模的立体成型表面等立体成型表面等安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 21 特种加工对机械制造工艺技术的影响特种加工对机械制造工艺技术的影响 1 1）提高了材料的可加工性；）提高了材料的可加工性；2 2）改变了零件的工艺路线；）改变了零件的工艺路线；3 3）缩短了新产品的试制周期；）缩短了新产品的试制周期；4 4）对产品和零件的结构设计产生较大影响；）对产品和零件的结构设计产生较大影响；5 5）需重新评估传统结构工艺性。）需重新评估传统结构工艺性。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 221 1）解决各种难切削材料的加工问题）解决各种难切削材料的加工问题硬质合金、钛合金、耐热硬质合金、钛合金、耐热钢、金刚石、宝石；钢、金刚石、宝石；石英、玻璃、陶瓷。石英、玻璃、陶瓷。提高了材料的加工性提高了材料的加工性 材料的加工性不再与硬度、强度、韧性、材料的加工性不再与硬度、强度、韧性、塑性等成直接、正比关系。塑性等成直接、正比关系。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 232 2）解决各种特殊复杂表面的加工问题解决各种特殊复杂表面的加工问题 如喷气涡轮机叶片、巡航导弹整体如喷气涡轮机叶片、巡航导弹整体涡轮、各种模具、特殊断面的型孔等。涡轮、各种模具、特殊断面的型孔等。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 243 3）解决具有特殊要求零件的加工问题）解决具有特殊要求零件的加工问题如薄壁、细长轴等低刚度零件。如薄壁、细长轴等低刚度零件。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 254)4)改变了零件的典型工艺路线改变了零件的典型工艺路线成形加工成形加工淬淬 火火淬淬 火火成形加工（成形加工（NTMNTM）安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 26 1 1）充充分分融融合合现现代代电电子子技技术术、计计算算机机技技术术、信信息息技技术术和和精精密密制制造造技技术术等等高高新新技技术术，使使加加工工设设备备向向自自动动化和柔性化方向发展。化和柔性化方向发展。2 2）大大力力开开发发新新的的特特种种加加工工方方法法，包包括括微微细细加加工工和和复合加工。复合加工。特种加工的发展趋势特种加工的发展趋势安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 27结束语结束语 就总体而言，特种加工可以加工任何硬度、就总体而言，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，且专长强度、韧性、脆性的金属或非金属材料，且专长于加工复杂、微细表面和低刚度零件，同时，有于加工复杂、微细表面和低刚度零件，同时，有些方法还可以进行超精加工，镜面光整加工和纳些方法还可以进行超精加工，镜面光整加工和纳米加工。米加工。安徽工程大学安徽工程大学Anhui Polytechnic University精密与特种加工技术精密与特种加工技术第一章第一章 绪论绪论 28 外因是条件，内因是根本，事物发展的根本原因外因是条件，内因是根本，事物发展的根本原因在于事物的内部，特种加工所以能产生和发展的内在于事物的内部，特种加工所以能产生和发展的内因，在于它具有切削加工所不具有的本质和特点。同因，在于它具有切削加工所不具有的本质和特点。同时也充分说明三新（新材料、新技术、新工艺）对新时也充分说明三新（新材料、新技术、新工艺）对新产品的研制、推广和社会经济的发展起着重大的推动产品的研制、推广和社会经济的发展起着重大的推动作用。作用。在二十一世纪的今天情况将更是这样。在二十一世纪的今天情况将更是这样。