精密加工与特种加工
9精密加工与特种加工简介
9.1.2 精密加工和超精密加工的特点
1. 加工方法 目前精密和超精密加工方法根据加工机理可分为四大类： 切削加工：精密切削、微量切削和超精密切削等； 磨削加工：精密磨削、微量磨削和超精密磨削等； 特种加工：电火花加工、电解加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等； 复合加工：将几种加工方法复合在一起，如机械化学研磨、超声磨削、电解抛光 等。 在精密和超精密加工中特种加工和复合加工方法应用得越来越多。 2. 加工原则 一般加工时，机床的精度总是高于这被加工零件的精度，这一规律被称为“蜕化” 原则。而对于精密加工和超精密加工时，有时可利用低于工件精度的设备、工具， 通过工艺手段和特殊的工艺装备，加工出精度高于“母机”的工作母机或工件。 这种方法称为进化加工。 3. 加工设备 加工设备的几何精度向亚微米级靠近。关键元件，如主轴、导轨、丝杆等广泛采 用液体静压或空气静压元件。 定位机构中采用电致伸缩、磁致伸缩等微位移结构。 设备广泛采用计算机控制、适应控制、在线检测与误差补偿等技术。
2. 电火花加工的工艺特点 (1) 电火花可加工任何硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料，在一定条件下，还 可加工半导体材料和非导电材料。 (2) 加工时无切削力，有利于小孔、薄壁、空槽以及各种复杂截面的型孔、曲线 孔和型腔等零件的加工，也适于精密细微加工。 (3) 当脉冲宽度不大时，对整个工件而言，几乎不受热影响，可提高加工质量， 适于加工热敏感性强的材料。 (4) 脉冲参数可任意调节，能在同一台机床上连续进行粗、半精、精加工。精加 工时精度为0.005mm,表面粗糙度Ra值为1.6~0.8μm，尺寸精度；精微加工时精度可 达0.002mm~0.001mm，表面粗糙度Ra值为0.05~0.01μm。 (5) 直接使用电能加工，易于实现自动化。
精密加工和特种加工简介
精密加工和特种加工简介
13
的工艺技术，适应加工范围广。
一、电火花加工 1.基本原理 电火花加工是基于脉冲放电蚀除原理产生的,故又称 放电加工或电蚀加工。 电火花加工原理图,由脉冲电源、自动进给调节装置、 工作液循环系统、工具电极等组成。 加工时，脉冲电源的一极接工具电极,另一极接工 件电极。两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用 煤油或矿物油）中。
精密加工和特种加工简介
2
工件精度和减少表面粗糙度值为目的的加工方法,如研磨、 珩磨等。
光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层， 以降低表面粗糙度为目的的加工方法，如超精加工、抛 光等。
一、研磨 1.加工原理
研磨是用研磨工具和研磨剂，从工件上研去一层极 薄表面层的精加工方法。
精密加工和特种加工简介
精密加工和特种加工简介
9
超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行，对于批 量较大的生产则宜在专用机床上进行。工作时应充分地 加润滑油，以便形成油膜和清洗极细地磨屑。
超 精 加 工 后 地 工 件 表 面 粗 糙 度 Ra 值 约 在 0.1~0.006μm之间。
四、抛光
抛光是利用机械、化学或电化学地作用，使工件获 的光亮、平整表面的加工方法
精密加工和特种加工简介
5
经研磨后的工件表面,尺寸精度可达IT4～IT1级; 表面粗糙度值可减小到0.1~0.006μm。形状精度 相应提高。
亦可
2)生产效率低，加工余量小。 3) 研磨剂易飞溅，污染环境。
在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量块、 量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶瓷元件、光 学镜头及棱镜等零件均需研磨。
3
采用不同的研磨工具(如研磨心棒、研磨套、研磨平板等) 可对内圆、外圆和平面等进行研磨。
精密加工和特种加工简介
14
四、激光加工
工件的激光加工由激光加工机完成。 激光加工机通常由激光器、电源、光学系统 和机械系统等组成。激光器(常用的有固体激 光器和气体激光器)把电能转变为光能，产生 所需的激光束，经光学系统聚焦后，照射在 工件上进行加工。工件固定在三坐标精密工 作台上，由数控系统控制和驱动，完成加工 所需的进给运动。
9
特点及应用范围
①加工硬、脆、韧、软和高熔点的导电材料； ②加工半导体材料及非导电材料； ③加工各种型孔、曲线孔和微小孔； ④加工各种立体曲面型腔，如锻模、压铸模、 塑料模的模膛； ⑤用来进行切断、切割以及进行表面强化、刻 写、打印铭牌和标记等。
10
二、电解加工
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶 解的电化学原理对工件进行成形加工的一种 方法。 工件接直流电源正极，工具接负极，两极之 间保持狭小间隙(0.1mm－0.8mm)。具有一 定压力(0.5MPa－2.5MPa)的电解液从两极 间的间隙中高速15m/s－60m/s)流过。当工 具阴极向工件不断进给时，在面对阴极的工 件表面上，金属材料按阴极型面的形状不断 溶解，电解产物被高速电解液带走，于是工 具型面的形状就相应地“复印”在工件上。11
12
三、超声波加工
超声波加工是利用超声频(16KHz－25KHz) 振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨料， 由磨粒对工件表面撞击抛磨来实现对工件 加工的一种方法。
13
特点及应用范围
在加工难切削材料时，常将超声振动与其它 加工方法配合进行复合加工，如超声车削、 超声磨削、超声电解加工、超声线切割等。 这些复合加工方法把两种甚至多种加工方法 结合在一起，能起到取长补短的作用，使加 工效率、加工精度及工件的表面质量显著提 高。
精密加工和特种加工简介
电火花线切割加工 电火花线切割加工是用线状电极（钼丝或铜
丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电 火花线切割，有时简称线切割。其应用广泛， 占电加工机床旳60%以上。
二、电解加工
1、加工旳基本原理
电解加工（电化学加工）是利用金属 在电解液中产生阳极溶解旳电化学反应原 理，对金属材料进行成形加工旳一种措施。
不产生宏观应力和变形 加工材料范围很广 电子束能量密度高，生产率很高 加工过程能够自动化 污染少，加工表面不氧化 需要一整套专用设备和真空系统，价格较贵，
应用有一定旳不足
➢电子束加工旳应用
按其功率密度和能量注入时间旳不同，可用于打 孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻加工等
➢高速打孔
最小直径可达0.003 mm左右 电子束还能加工小深孔（深径比>10:1） 可加工玻璃、陶瓷、宝石等脆性材料
3、电解加工旳特点及应用
（1）能以简朴旳进给运动一次加工出形状复杂旳型 面或型腔，如锻模、叶片等。
（2）可加工高硬度、高强度和高韧性等难切削旳金 属材料。
（3）加工中无机械切削力或切削热，适合于易变形 或薄壁零件旳加工。
（4）加工后零件表面无剩余应力和毛刺。
（5）工具阴极不损耗。
（6）因为影响电解加工旳原因较多难于实现高精度 旳稳定加工。
焦点上到达很高旳能量密度，靠光热效应来加 工多种材料旳。
激光加工旳特点： 功率密度高达108~1010W/cm2，几乎可加工任何材
料 激光光斑可聚焦到微米级，输出功率可调整，可
用于精密微细加工 所用工具为激光束，是非接触加工，所经没有明
显旳机械力，没有工具损耗；加工速度快，热影 响区小 打孔和切割旳激光深度受限
机械制造1_第6章 精密加工和特种加工
6.2 特种加工方法
1.电火花加工 (1)加工原理。
图6-6 电火花加工原理示意图 a)电火花加工机床结构示意图 b)原理示意图 1—床身 2—立柱 3—工作台 4—工件电极 5—工具电极 6—进给结构及间隙调节器
7—工作液 8—脉冲电源 9—工作液箱
6.2 特种加工方法
图6-7 电火花加工时工件表面形成过程
6.2 特种加工方法
6.2.1 特种加工的概念 特种加工主要是利用电能、光能、声能、热能和化学能
来去除金属和非金属材料的非传统性加工方法。 (1)力学加工。 (2)电物理加工。 (3)电化学加工。 (4)激光加工。 (5)化学加工。 (6)复合加工。 6.2.2 特种加工的特点及应用范围
6.2 特种加工方法
6.1 精密和超精密加工
图6-1 盒式超精密立式车床
6.1 精密和超精密加工
6.与测量技术配套 精密测量是精密加工和超精密加工的 必要条件，有时要采用在线检测、在位检测以及在线补偿 等技术，以保证加工精度要求。 6.1.3 精密与超精密加工方法
根据加工方法的机理和特点，精密和超精密加工方法可 以分为刀具切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工4 类。
6.1 精密和超精密加工
(3)超净。 3.切削性能 精密加工和超精密加工必须能均匀地去除不 大于工件加工精度要求的极薄的金属层，这是精密加工和 超精密加工的重要特点之一。 4.加工设备 精密加工和超精密加工的实施必须依靠高精 密加工设备。 (1)机床主轴应具有极高的回转精度及很高的刚性和热稳定 性。 (2)机床的进给系统应能提供超精确的匀速直线运动，保证 在超低速条件下进给均匀，不发生爬行。
图6-2
6.1 精密和超精密加工
(1)金刚石刀具精密切削机理。 (2)影响金刚石刀具精密切削的因素。 1)金刚石刀具材料的材质、几何角度设计、晶面选择、刃 磨质量及对刀。 2)金刚石刀具精密切削机床的精度、刚度、稳定性、抗振 性和数控功能。 3)被加工材料的均匀性和微观缺陷。 4)工件的定位和夹紧。 5)工作环境。
精密加工及特种加工
特种加工
电火花线切割加工的特点： 1.加工导电材料，也可加工半导体材料 2.工具与工件不接触，作用力极小 3.脉冲放电时间短，冷却作用好，加工表面热影响小 4.无需成型的工具电极 5.电极丝较细，切缝较窄 6.不能加工盲孔零件或阶梯形成型表面
特种加工 超声加工
超声加工
机械撞击+抛磨+空化作用
特种加工
IT6~IT4, Ra值0.2~0.05 μm
精密加工
二、珩磨
精密加工
二、珩磨
油石用粘结剂与油石座 固结在一起，油石两端 用弹簧圈箍住。
向下调整螺母，
通过调整锥和顶销， 使油石胀开，
调整珩磨头的工作尺寸、 油石对孔壁的工作压力
精密加工
二、珩磨 珩磨的特点及应用
珩磨加工
1.珩磨效率高 2.可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度 3.可提高零件的耐磨性 4.珩磨头结构较复杂
1—工 具 电 极 ； 2—工 件 ； 3—脉 冲 电 源 ； 4—伺 服 进 给 系 统
电火花加工示意图
电火花加工的常用术语
电火花加工中常用的主要名词术语和符号如下：
4
2．放电间隙
放电间隙是放电时工具电极和
工件间的距离，它的大小一般在 0.01～0.5 mm之间，粗加工时 间隙较大，精加工时则较小。
精密加工
三、超级光磨 用装有细磨粒、低硬度油石的磨头，在一定压力下 对工件表面进行光整加工的方法 Ra值0.1~0.001 μm
精密加工
三、超级光磨
当油石最初与比较粗糙的 工件表面接触时，不能形 成完整的油膜；
随着工件表面被逐渐磨平， 细微切屑等嵌入油石空隙， 形成完整的润滑油膜，切 削作用逐渐减弱，经过光 整抛光阶段，最后自动停 止切削作用,这种现象是超 精加工特有的。
04精密加工和特种加工
抛光特点：
①方法简便、经济，不用特殊设备；
②容易对曲面进行加工；
③只能提高粗糙度，不能改变零件的尺寸精度、形状精度或位置精度；
④劳动条件差。
抛光应用： 抛光主要用于零件表面的装饰加工，或者利用抛光方法去除前道工序的加工
痕迹，提高零件的疲劳强度。
抛光零件表面的形状可以是平面、外圆、孔、以及各种成形表面等。 五、各种精密加工方法的比较：
用装有细磨粒、低硬度的油石磨头，在一定压力下 对工件表面进行光整加工的方法称为超级光磨 。
• 加工时工件旋转，油石以恒力轻压于工件表面， 在作轴向进给的同时作轴向微小振动，从而达到 对工件微观不平的表面进行光磨的效果。
超级光磨的特点 ： ①加工余量极少，一般为3 ~ 10μm； ②生产率较高，一般加工时间只需30~60秒； ③表面质量好，Ra<0.012μm； ④设备简单，操作方便。 但是，超级光磨只能提高表面质量，不能提高尺寸精度和形位精度。
第二节 特种加工
特种加工是相对于传统的切削加工而言，传统的切削加工是用刀具靠机械 能去除工件表面的多余材料。当工件材料的强度、硬度、脆性、韧性过高， 或零件的结构过于复杂，或尺寸太小，或零件的刚度较差时，传统的切削加 工方法就难于实现。特种加工就是为解决这些难题而发展起来的一种新的加 工方法.
特种加工是直接利用电能、光能、声能、热能、化学能或多种能量复合形 式进行加工的方法。常用的特种加工有电火花加工、电解加工、超声波加工、 激光加工、电子束加工和离子束加工等。
精度为3～O．3 μm，粗糙度为O．3～O·03μm的叫精密加工；
精度为0．3～0．03 μm，粗糙度为0．03～0．005 μm的叫超精密加工，或亚微米 加工；
精度为0．03 μm（30纳米），粗糙度优于0．005 μm以上的则称为纳米（nm）加工。
精密加工与特种加工
目录1 精密与特种加工的产生背景 (2)2 精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响 (3)3 精密与特种加工的方法及分类 (5)3.1 加工成形的原理 (5)3.2 加工方法机理 (7)3.3 精密与特种加工技术的地位和作用 (10)4 精密加工与特种加工的一些具体方面 (12)4.1 金刚石刀具精密切削加工 (12)4.2 电火花加工 (13)4.3 电化学加工 (14)4.4 激光加工 (15)4.5 超声波加工 (15)4.6 电子束和离于束加工 (15)4.6.1 电子束加工 (15)4.6.2 离子束加工 (16)4.7 超高压水射流切割 (16)4.8 其他精密与特种加工技术 (17)精密与特种加工技术1精密与特种加工的产生背景制造技术的发展已经有几千年的历史，从石器时代、铜器时代、铁器时代到现代的高分子塑料时代；从手工制作、机器制作到现代的智能控制自动化制作：同时，从一般精度加工、精密加工到现代的超精密加工及纳米加工，代表了当前先进制造技术发展的重要方向。
由于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、化学工业等，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化方向发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期可靠地工作。
为了适应这些要求，各种新结构、新材料和复杂形状的精密零件大量出现。
其结构和形状越来越复杂，材料的性能越来越强韧，对精度要求越来越高，对加工表面粗糙度和完整性要求越来越严格，使机械制造面临着一系列严峻的任务：1)解决各种难切削材料的加工问题。
如硬质合金、钛台金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、石英以及锗、硅等各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。
2)解决各种特殊复杂型面的加上问题。
如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模等的立体成型表面，各种冲模、冷拔模等特殊断面的型孔，饱管内膛线、喷油嘴，喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。
精密加工和特种加工简介
二. 相关知识
（一）精密加工 1、概述
精密加工中，精度高于0.1μm ，表面粗糙度Ra 值小于0.1μm的加工方法称为超精密加工。 常用的超精密加工方法有镜面车削、虹面车削, 超精密磨削、镜面磨削等。
（1）机床设备条件
精密加工必须在精密机床上进行。机床应具有 高的运动精度、刚度和转速，以及小的进给量。
用硬质合金精密车刀进行精密车削时，一般采用高 的切削速度：车铝合金材料vcmax＝350m/min，车青铜等 铜合金材料vcmax＝400m/min；车镁合金材料vcmax ＝ 1000m/min。切削速度越高，获得的表面粗糙度值越小，
但刀具磨损及振动也随之加剧，所以应根据实际情况来
合理选择。一般取进给量ƒ＝0.02～0.04 mm/r；背吃刀 量一般取aP ＝0· 2～0.3 mm。
（二） 特种加工 1.概述
（1）特种加工 特种加工是指除常规切削加工以 外的新的加工方法，这种加工方法利用电、磁、 声、光、化学等能量或其各种组合作用在工件的 被加工部位上，实现对材料的去除、变形、改变 性能和镀覆，从而达到加工目的。
（2）特种加工特点
1）不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（如 电、热、光、化学、声等）去除金属材料，这些能量的瞬 时能量密度很高，所以可加工任何高硬度的材料。 2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。 3）加工过程中，因工具与工件基本不接触，加工时 不存在显著的机械切削力。 4）加工机理不同于一般金属切削原理，不产生宏观切
超精加工的磨具为油石，选用细粒度， 以较低的压力和切削速度对工件表面进行 加工，加工时有三种运动，即工件的低速 回转、磨具的轴向进给运动和油石的高速 往复振动。油石振动的频率为10~25 Hz， 振幅为1～5mm，油石对工件表面的压力 Pa＝15×104 Pa。
精密加工与特种加工
一、名词解释1、杂散腐蚀：电解加工时，由于系统中杂散电流的存在而对零件产生的腐蚀。
杂散腐蚀是衡量电解液加工精度高低的指标。
2、空气静压轴承：是利用气体作为润滑剂的滑动轴承。
具有很高的回转精度，但刚度较低，只能承载较小的载荷。
3、激光束模式：激光束的断面能量分布称为模式，用TEM表示，是指横截面上的电磁能分布。
4、多电极更换法：采用多个电极依次更换加工同一个型腔，每个电极加工时必须把上一标准的放电痕迹去掉。
5、解理面：矿物晶体在外力作用下严格沿着一定结晶方向破裂，所裂出的光滑平面称为解理面。
6、电化学当量：在一个电极反应中，相当于1摩尔电子参与反应的发应物的质量。
7、浓度超电压：电解加工时，为减轻浓度极化现象保持一定电化学电流和加工速度而外加的一个电压。
8、精密研磨：属于游离磨粒切削加工，是在刚性研具上注入磨料，在一定压力下，通过研具与工件的相对运动，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以达到高级几何精度和优良表面粗糙度的加工方法。
9、分解电极法：根据型腔的具体问题将型腔形状分解成几个部分，分别制作不同的电极工具，再分别进行型腔的电火花加工。
是单电极平动加工法和多电极更换加工法的综合应用。
10、面网密度：面网上单位面积内结点的数目。
11、极性效应：在电火花加工过程中，两电极的电蚀量不同的现象。
12、电极电位：任何一种金属插入含该金属离子的水溶液中，在金属或溶液界面上形成的电位差。
二、计算电解加工三、简答1、研磨与抛光的差异。
答：（1）基本原理不同：研磨是通过介于工件与研具之间的磨料或研磨液的流动产生机械摩擦或化学作用去除微量加工余量。
抛光是指采用无纺布等软质材料，具有一定研磨性质地获得光滑表面的加工方法。
（2）磨具不同：研磨用磨具包括铸铁盘、沥青盘、锡盘等硬质材料（刚性材料）；抛光采用无纺布、平绒布等软质材料（柔性材料）。
（3）作用不同：抛光只能提高工件表面的光亮度，不改变零件表面的粗糙度；研磨不但可以减小零件的粗糙度，还能在一定程度上提高零件的尺寸和形状精度。
江苏自考02213 精密加工与特种加工
2213 精密加工与特种加工第一章概论 P1领会: 精密与特种加工技术基本概念，对材料可加工性和结构工艺性等的影响1.精密与特种加工技术基本概念精密加工含：微细加工、光整加工、精整加工特种加工（NTM）：利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子能的能源进行加工的非传统加工方法。
2.精密与特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响1）提高了材料的可加工性2）改变了零件的典型工艺路线3）大大缩短新产品试制周期4）对零件结构的设计产生很大的影响5）对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重要影响掌握: 精密与特种加工技术分类、应用特点1.按加工成形原理特点分类：1）去除加工（从工件上去除多余材料），分散流；2）结合加工（利用理化方法将不同材料结合在一起，分为附着<电镀、气相沉积>、注入<表面渗碳、离子注入>、连接 <焊接、粘接>），汇合流；3）变形加工——流动加工（利用力、热、分子运动等手段使工件产生变形改变其尺寸、形状、性能<锻造、锻造，液晶定向>），直通流。
2.按加工方法机理分类：传统加工（使用刀具进行切削加工）、非传统加工（利用机、电、声、热、化学、磁、原子能等能源进行加工）、复合加工（采用多种加工方法）3．技术特点：1）不主要依靠机械能，而主要依靠其他能量去除工件材料2）工具的硬度可低于被加工工件材料的硬度，有些不需要工具；3）加工过程中，工具与工件之间没有显著的机械切削力，适合精密加工低刚度零件；4.特种加工技术的应用：1）难切削材料的加工；2）特殊复杂型面的加工；3）各种超精密、光整零件的加工；4）特殊要求零件的加工。
可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属、复合材料，适合于加工复杂、微细表面、低刚度的零件，有些还进行超精密加工、镜面加工、光整加工及纳米级加工。
第二章金刚石刀具精密切削加工 P11领会：精密切削加工方法、种类及其实现条件，超精密机床组成及其关键部件1.超精密加工方法1）按加工方式分为：切削加工、磨料加工<固结磨料、游离磨料>、特种加工、复合加工；2）按机理分类：去除加工、结合加工、变形加工，还可分为传统加工（指利用刀具切削加工、固结磨料和游离磨料加工）、非传统加工（指利用电、磁、声、光、化学、核等能量对材料进行加工处理）、复合加工（多种加工方法结合），目前以切削、磨削、研磨的传统方法占主导。
精密加工和特种加工
六、离子束加工
1、原理
2、工艺特点与应用 离子束的直径在1um以内 离子束的直径在1um以内 真空中加工， 真空中加工，防止氧化 微观作用力 主要用作纳米加工，甚至是分子级、 主要用作纳米加工，甚至是分子级、原子 级加工， 级加工，IC 制造
五、比较
抛光 超级光磨 研磨 珩磨 加工质量 提高光 降低 Ra 亮程度 应用范围 加工各种表面 工具设备 简单 生产效率 最高 稍复杂 最低 既降低 Ra，又提高 Ra， 尺寸、 尺寸、形状精度 孔 复杂 较高
第2节 特种加工
一、电火花加工 二、电解加工 三、超声波加工 四、激光束加工 五、电子束加工 六、离子束加工
二、电解加工
电化学加工： 电化学加工： 电解加工： 电解加工：从工件上去除金属 电镀 ：向工件上沉积金属
1、原理（阳极溶解） 原理（阳极溶解）
工件阳极反应： 工件阳极反应： Fe2+ + 2(OH)— Fe(OH)2 （沉淀） 沉淀） 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3 工具阴极反应： H2 工具阴极反应：2H+ + 2e—
2、工艺特点 与电火花相同的方面） （与电火花相同的方面） 可加工难切削材料，如淬火钢、 可加工难切削材料，如淬火钢、硬质合金 无切削力 可加工复杂型面零件 与电火花不同的方面） （与电火花不同的方面） 工具不损耗 生产效率高 精度低、表面无应力和毛刺， 精度低、表面无应力和毛刺，Ra 低 对机床有腐蚀
一、电火花加工
1、原理
2、工艺特点 可加工难切削材料 即硬、 即硬、脆、软、韧、高熔点的导电材料 无切削力， 无切削力，不接触加工 以柔克刚” 工具材料软（ 石墨） “以柔克刚” ，工具材料软（铜、石墨） 可加工复杂型面零件
精密加工与特种加工
一、名词解释：[每小题3分，共15分]：1.电极相对损耗(电火花加工中)指工具电极损耗速度ve与工件蚀除速度vw之比的百分数，即θ=ve/vw×100% 。
2.混气电解加工在气液混合器中将一定压力的气体与电解液混合成含无数小气泡的混合液再进入加工间隙进行加工的方法，可改善电解液性能，提高复制精度。
3.晶体的解理现象指晶体受到定向的机械力作用时，可以沿平行于某个平面平整地劈开的现象。
4.非线性电解液如NaClO3、NaNO3电解液，其电流效率不是常数，vl-i曲线为不通过原点的曲线。
当电流密度i小于切断电流密度ia时，加工速度为零。
加工精度高，没有杂散腐蚀，加工生产率低。
5.复合加工把两种特种加工方法复合在一起，或者把一种或两种特种加工方法和常规机械加工方法复合在一起，使之相辅相成、相得益彰的加工工艺，例如电解电火花加工、电解电火花磨削等。
1.试述特种加工的特点及所能解决的主要加工问题，应该如何正确处理传统加工和特种加工工艺之间的关系?答：特点主要有：①不是主要依靠机械能，而是利用其它的能量(如电能、热能、化学能、光能、声能等)去除工件材料;②工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度，有些根本不需要工具;③加工过程中工具和工件之间不存在显著的切削力。
可以解决：①高硬度、高强度、高韧性、高脆性等各种难加工材料的加工问题;②精密、微细、形状复杂零件的加工问题;③薄壁、弹性等低刚度零件的加工问题。
传统加工是指使用刀具进行的切削加工和磨削加工，是行之有效的实用加工方法，而且今后仍然占主导地位。
但是随着难加工的新材料、复杂表面和有特殊要求的零件越来越多，传统加工工艺必然难以适应。
所以可以认为特种加工工艺是传统加工工艺的补充和发展，特种加工工艺可以在特定的条件下取代一部分传统加工工艺，但不可能取代和排斥主流的传统加工工艺。
1．极间介质消电离电火花加工中当脉冲电压结束时，放电通道中的带电粒子复合为中性粒子，恢复本次放电通道处间隙介质的绝缘强度，以免总是在同一处重复放电。
精密加工和特种加工
薄膜作为成形材料。 69. SLS（选择性激光粉末烧结成形）工艺是利用粉末材料（金属粉末或非金属粉末）在激 光照射下烧结的原理，在计算机控制下逐层堆积成形。 70. SL（液相光敏树脂固化成形）工艺的成形材料称为光固化树脂（或称光敏树脂） 。 71. 磨料硬度愈高，加工速度愈快；磨料粒度愈粗，加工速度愈快，但精度和表面粗糙度则 变差。 72. 超声加工时并不是整个变幅杆和工具都是在作上下高频振动，它和低频或工频振动的概 念完全不一样；超声波在金属棒杆内主要以纵波形式传播。 73. 为了使弹性杆处于最大振幅共振状态，应将弹性杆设计成半波长的整数倍；而固定弹性 杆的支持点，应该选在振动过程中的波节处，这一点不振动。 74. 当频率超过 16000Hz 超出一般人耳听觉范围，就称为超声波。 75. 离子刻蚀是从工件上去除材料，是一个撞击溅射过程。 76. 目前用于改变零件尺寸和表面物理力学性能的离子束加工有：用于从工件上去除加工的 离子刻蚀加工； 用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工； 用于表面改性的离子注入加工等。 77. 离子束加工是所有特种加工方法中最精密、 最微细的加工方法， 是当代纳米加工的基础。 78. 离子束加工的原理：粒子束加工的原理和电子束加工基本类似，也是在真空条件下，将 离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之撞击到工件表面。不同的是离子带正电荷，其 质量比电子大数千、数万倍，如氩离子的质量是电子的 7.2 万倍，所以一旦离子加速到 较高速度时离子束比电子束具有更大的撞击功能，它是靠微观的机械撞击能量，而不是 靠动能转化为热能来加工的。 79. 电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可用于高速打孔、加工型孔及特殊表 面、刻蚀、焊接、热处理、电子束光刻。 80. 电子束加工的基本组成：电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。 81. 电子束加工是在真空条件下。 82. 一般激光的实际焦点在工作的表面或略微低于工件表面为宜。 83. 利用激光几乎可在任何材料上打微型小孔。 84. 激光加工机的组成部分：激光器、激光器电源、光学系统、机械系统。 85. 光既有波动性，又有微粒性，即光具有波粒二象性。 86. 电解加工工艺：深孔扩孔加工，型孔加工，型腔加工，套料加工。 87. 电解液的净化方法很多，用得比较广泛的是自然沉淀法；介质过滤法也是常用的方法之 一。 88. 点解加工的基本设备包括直流电源，机床及电解液系统三大部分。 89. 电解液可分为中性盐溶液，酸性溶液与碱性溶液。最常用的有 NaCL、NaNO3、 NaClO3 三种电解液。 90. 电解加工的主要缺点和局限性： （1） 不易达到较高的加工精度和加工稳定性； （2） 电极工具的设计和修正比较麻烦，因而很难适用于单件生产；（3）点解加工的附属设 备较多，占地面积大，机床要有足够的刚性和防腐性能，造价较高；（4）点解产物需 要进行妥善的处理，否则将污染环境。 91. 电解加工与其他加工方法相比较，具有下述特点：（1）加工范围广；（2）点解 加工的生产率较高； （3）可以达到较好的表面粗糙度； （4）不会引起残余应力和变形， 没有飞边毛刺；（5）点解加工过程中阴极工具在理论上不会耗损，可长期使用。 92.电解加工是利用金属在电解液中的电化学阳极溶解，将工件加工成形的。 93.电化学加工的分类：第一类是利用电化学阳极溶解来进行加工；第二类是利用电化学阴
精密加工和特种加工
精密加工和特种加工一、精密和光整加工精密加工是指在精加工之后从零件上切除很薄的材料层，以提高零件精度和减小表面粗糙度为目的的加工方法。
光整加工是指不切除或从零件上切除极薄材料层，以减小零件表面粗糙度为目的的加工方法。
1.研磨研磨是用研磨工具和研磨剂，从零件上研去一层极薄表面层的精加工方法。
研磨外圆尺寸精度可达公差等级IT6~IT5以上，表面粗糙度可达R a为0.1μm ~0.08μm。
研磨的设备结构简单，制造方便，故研磨应用在高精度和精密配合的零件加工中。
研磨方法分手工研磨和机械研磨两种。
手工研磨是人手持研磨具或零件进行研磨的方法，如图7-56所示，手工研磨生产率低，只适用于单件小批量生产。
机械研磨是在研磨机上进行，生产率高，适合大批大量生产。
图7-56 手工研磨外圆实用文档研磨具有加工简单、不需要复杂设备，研磨质量高（加工后表面的尺寸误差和形状误差可以小到0.1μm ~0.3μm，表面粗糙度R a值可达0.025μm以下），生产率较低（上道工序为研磨留的余量一般不超过0.01mm~0.03 mm的微量切削）等特点。
研磨应用很广，可研磨加工钢件、铸铁件、铜、铝等有色金属件和高硬度的淬火钢件、硬质合金及半导体元件、陶瓷元件等。
常见的表面如平面、圆柱面、圆锥面、螺纹表面、齿轮齿面等，都可以用研磨进行精整加工。
精密配合偶件如柱塞泵的柱塞与泵体、阀芯与阀套等，往往要经过多个配合件的配研才能达到要求。
2.珩磨珩磨是利用带有磨条（由几条粒度很细的磨条组成)的珩磨头对孔进行精整加工的方法。
如图7-57所示为珩磨加工示意图，珩磨精度可达IT7～IT5以上，表面粗糙度R a 值为0.1μm ~0.008μm。
在大批量生产中，珩磨在专门的珩磨机上进行。
在单件小批生产中，常将立式钻床或卧式车床进行适当改装，来完成珩磨加工。
珩磨具有生产率较高（珩磨余量比研磨大，一般珩磨铸铁时为0.02 mm ~0.15mm，珩磨钢件时为0.005 mm ~0.08mm），精度高，珩磨表面耐磨损，珩磨头结构较复杂等特点。
机械设计制造精密加工和特种加工1
加工方法：电火花加工、电解加工、超声波 加工、激光加工、电子束和离子束加工等
第二节 特种加工
电火花加工
原理：让浸没在绝缘的工作液中的工具和工件（正、 负电极）之间产生脉冲性电火花放电，瞬时在工件 局部放电区域产生的高温使工件表面的金属熔化、 汽化，并游离于工件表面，利用这一电腐蚀现象来 蚀除多余的金属，已达到对零件的尺寸、形状及表 面质量预定的加工要求。
第二节 特种加工
电解加工
第二节 特种加工
电解加工
特点：
（1）加工范围广，加工不受材料本身力学性能的限制； （2）加工过程中无切削力和切削热的作用，工件不产生内应力和变形； （3）加工后的零件表面无毛刺和残余应力； （4）在加工中，工具阴极只发生氢气和沉淀而无溶解作用； （5）电解加工生产率较高； （6）电解加工的附属设备多，造价高，占地面积大，加工稳定性不高； 电解液有腐蚀性，电解产物有污染，需进行处理。
第一节 精密加工
特种加工是采用电能、化学能、光能、声能、 热能等能源进行加工的非传统加工方法。
第二节 特种加工
特种加工与传统切削加工的本质区别：
传统切削加工是利用机械能通过道具切除工件上的多余材料 以获得合格零件，刀具与工件之间必须施加一定的机械力才 能实现切削加工，而且刀具材料的硬度必须高于加工材料的 硬度； 特种加工是利用物理能量、化学能量或其组合直接施加在被 加工工件的部位上，使材料被去除、变形或改变性能。
第一节 精密加工 第二节 特种加工
精密加工是指在一定的发展时期，加工精 度和表面质量达到较高程度的加工工艺。
第一节 精密加工
精密加工范畴：微细加工、光整加工、精整加工等 精密加工方法：研磨、珩摩、超级光磨、抛光等
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第一阶段测试卷考试科目:《精密加工与特种加工》第一章至第三章（总分100分）时间：90分钟__________学习中心（教学点）批次：层次：专业：学号：身份证号：姓名：得分：一、填空题（每空1分，共10分）1、超精密加工对机床的基本要求是：、高刚度、、高自动化。
2、微量切削加工中，由于材料晶粒的机械性能不同产生的的影响，使得材料纯度越高加工质量越好。
3、精密切削时被挤压的材料在刀具移过之后，工件加工表面形成隆起，称之为。
4、精密加工对环境条件的要求主要有、、空气洁净。
5、超硬磨料砂轮的修整包括和两个过程。
6、金刚石晶体主要的晶面指数有（100）晶面、、。
二、判断题（正确的打√，错误的打×，每小题1分，共10分）1、金刚石刀具尖刃安装方便，磨损后需要立即重磨。
（）2、超硬磨料砂轮可以磨削陶瓷但不能磨削铁类黑色金属。
（）3、金刚石刀具常用来加工陶瓷、玻璃等硬脆材料。
（）4、金刚石刀具方向选择不当，在切削力作用下，刀具可能产生解理劈开。
（）5、金刚石刀具切削加工进给量对表面质量的影响很大程度上取决于刀具的几何形状。
（）6、一般常用金刚石刀具加工硬质合金、铸铁等材料。
（）7、金刚石刀具精密切削时，为获得高质量表面，一定要采用高的加工速度。
（）8、多面镜可以用金刚石刀具进行车削。
（）9、微量切削时，由于晶界段差的影响，晶粒越细工件表面质量越好。
（）10、切削深度的分辨率是指切削厚度的稳定性。
（）三、单项选择题（从以下选项中选出1个正确答案，每小题1分，共15分）1、下列哪种方法不是金刚石晶体的定向方法。
A、人工目测B、激光定向C、X射线定向D、离心法2、下列四个选项中，属于超硬磨料的是。
A、白刚玉B、棕刚玉C、立方氮化硼D、碳化硼3、下列哪个选项不是精密超精密机床上采用的导轨的结构形式。
A、空气静压导轨B、液体静压导轨C、气浮导轨D、滑动导轨4、下列精度不属于当前精密加工精度范围的是。
A、1-0.1umB、0.01mmC、Ra0.01umD、Rmax0.2um5、由于金刚石刀具材料很高，所以对机床动态精度及抗振性要求高。
A、硬度B、韧性C、脆性D、强度6、金刚石刀具切削时多采用冷却润滑液，下列哪项不是其主要作用。
A、抑制积屑瘤B、降低温度C、减小摩擦D、生成钝化膜7、下列选项中，不是精密机床上采用的主轴结构形式。
A、空气静压主轴B、莫氏主轴C、液体静压主轴D、磁浮主轴8、微量切削中，下列不是提高加工表面质量，降低晶界段差的措施。
A、选择纯度较高材料B、细化晶粒C、选择杂质少的材料D、选择高硬度材料9、下列选项材料中，常用作精密机床上采用的床身导轨材料。
A、花岗岩B、金刚石C、45钢D、高分子材料10、研磨加工中，通常选用作研磨盘的材料是。
A、皮革B、铝C、金刚石D、陶瓷11、金刚石刀具切削中，下列哪个选项不能作为冷却润滑液。
A、豆油+机油+煤油B、矿物油C、煤油+橄榄油D、NaCl溶液12、下列不是金刚石刀具的磨损形式。
A、扩散磨损B、机械磨损C、破损D、碳化磨损13、金刚石晶体不同晶面不同方向上的硬度不同，（111）晶面上有个磨削率峰值。
A、一个B、两个C、三个D、四个14、精密机床上常采用的主轴的驱动方式是。
A、摩擦驱动B、滚珠丝杠驱动C、液压缸驱动D、内装式同轴电动机驱动15、精切切削加工中，最小切入深度与因素关系最为密切。
A、刀具刃口半径B、刀尖半径C、刀具后角D、刀具前角四、简答题（每小题7分，共49分）1、简述精密磨削的磨削机理。
2、精密加工带来了哪些好处？3、超硬磨料砂轮的修整方法有哪些？4、精密机床主轴轴承的材料有什么要求？有哪些常用材料？5、超精密加工的主要相关技术有哪些？6、下图为超精密机床上弹性变形式微量进给机构，简述它的工作原理。
1-变形杆2-刀架3-实际进给量的测量传感器图弹性变形微量进给装置原理图7、精密导轨部件有哪几种结构形式？说明各自优缺点。
五、论述题（每小题8分，共16分）1、金刚石刀具有何特点？2、超精密机床对进给驱动系统有何要求？参考答案：一、填空题（每空1分，共10分）1、高精度、高稳定性2、晶界段差3、堆积4、恒温、防振5、整形、修锐6、（110）晶面、（111）晶面二、判断题（正确的打√，错误的打×，每小题1分，共10分）1、√2、×3、×4、√5、√6、×7、×8、√9、√ 10、√三、单项选择题（从以下选项中选出1个正确答案，每小题1分，共15分）1、D2、C3、D4、B5、C6、D7、B8、D9、A 10、B11、D 12、A 13、C 14、D 15、A四、简答题（每小题7分，共49分）1、①微刃的微切削作用：用较小的修整导程和修整深度精细修整砂轮，使磨粒微细破碎而产生微刃，微刃的微切削作用形成了低粗糙度表面；②微刃的等高切削作用：微刃是砂轮精细修整形成的，因此分布在砂轮表面的同一深度上的微刃数很多，等高性好，从而使加工表面的残留高度极小；③微刃的滑挤、摩擦、抛光作用：砂轮修整得到的微刃开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加而逐渐钝化，同时，等高性得到改善，这时，切削作用减弱，滑挤、摩擦、抛光作用增强，磨削区的高温使金属软化，钝化微刃的滑擦和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。
2、①提高产品性能、质量、稳定性、可靠性；②促进产品小型化；③增强零件互换性，装配效率提高，有助于自动化生产。
3、超硬磨料砂轮的修整方法有车削法、磨削法、滚压挤轧法、喷射法（气压喷射法和液压喷射法）、电加工法（电解修整法和电火花修整法）、超声波振动修整法。
4、应考虑以下主要因素材料要求：①耐磨损；②不易生锈腐蚀；③热膨胀系数小；④材料的稳定性好。
空气主轴和轴承的材料主要有：①经表面氮化和低温稳定处理的38CrMoAl氮化钢；②不锈钢；③多孔石墨和轴承钢。
另外还有铟钢、花岗岩、微晶玻璃和陶瓷等。
5、超精密加工的主要相关技术：精密加工机床；金刚石刀具；精密切削机理；稳定的加工环境；误差补偿技术；精密测量技术。
6、当通过加力机构对T型变形杆1加力时，它将产生弹性变形，由于弹性杆1的上端固定，所以它只能向下伸长，从而使刀架2上的弹性杆变形，又由于它的右端固定，所以只能向左边伸长，从而推动刀架2朝前实现微量进给。
通过调整施加力的大小来调整微位移量。
3为实际进给量的测量传感器。
7、主要有：滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨与气浮导轨。
①滚动导轨：摩擦阻力小，移动比较灵敏，低速时运动平稳、无爬行，工作精度与滚动体的几何精度和尺寸一致性有关，但进一步提高其精度比较困难。
②液体静压导轨特点：刚度高，承载能力大，直线运动精度高，运动平稳，无爬行现象等。
③空气静压导轨与气浮导轨特点：高的直线运动精度和运动平稳性，摩擦力极小，热变形小，几乎不会磨损寿命高；但刚度比液体静压导轨低，承载较小。
五、论述题（每小题8分，共16分）1、金刚石刀具特点：硬度高，刚度大；金刚石刀具与其他物质亲和力小，摩擦系数小（除黑色金属外）；刃口可以刃磨的很锋利，且耐磨性高；导热性好，刀具热变形小，且适于高速切削等；刀刃无缺陷，能得到光滑镜面加工表面。
但是金刚石刀具在切削过程应适当冷却；不适宜切削黑色金属，易炭化；金刚石刀具很脆，对机床的动态精度及抗振性要求高；金刚石刀具价格昂贵，刃磨困难。
2、精密超精密机床对进给驱动系统要求是：精微进给和粗进给分开；运动部分必须是低摩擦和高稳定度的；末级传动元件必须有很高的刚度；内部连接可靠，尽量采用材料整体结构或刚性连接；工艺性好，容易制造；具有好的动特性，即具有高的频响；能实现微进给的自动控制。
第二阶段测试卷考试科目:《精密加工与特种加工》第四章至第五章（总分100分）时间：90分钟__________学习中心（教学点）批次：层次：专业：学号：身份证号：姓名：得分：一、填空题（每空1分，共10分）1、电火花成形机床包括主机、、三大部分。
2、影响电火花加工表面粗糙度的主要因素有、。
3、电火花加工中影响材料去除量的因素主要有、电参数、和工作液。
4、电火花穿孔加工冲模时保证间隙的方法有直接配合法、、。
5、电火花加工为了减小工具损耗可以合理利用极性效应、、和选择合适的工具电极材料。
二、判断题（正确的打√，错误的打×，每小题1分，共10分）1、电火花加工可以在抽真空中进行。
（）2、电火花加工是非接触加工，所以加工后的工件表面无残余应力。
（）3、电火花线切割工具电极常用的材料有黄铜丝和钼丝。
4、电火花加工的放电间隙必须保持恒定值。
（）5、电火花加工也可以进行金属表面强化。
（）6、电火花加工中，生产率与脉冲频率成正比，所以脉冲频率越高越好。
（）7、电火花穿孔加工为了减小工具损耗对加工精度的影响，可采用工具贯穿工件来补偿。
（）8、电火花机床的自动进给系统跟普通机床的自动进给系统原理上是一样的。
（）9、电火花工作液循环采用强迫冲油容易实现但影响加工精度。
（）10、电火花线切割常采用宽脉冲大电流进行加工。
（）三、单项选择题（从以下选项中选出1个正确答案，每小题1分，共15分）1、电火花线切割加工时，不能选用的工作液为。
A、乳化液B、去离子水C、NaCl溶液D、纯水2、电火花加工中，不能独立形成和发生脉冲的电源是。
A、晶体管脉冲电源B、闸流管脉冲电源C、多回路脉冲电源D、RC脉冲电源3、不能使用电火花穿孔成型加工的材料是。
A、陶瓷B、淬火钢C、硬质合金D、铜4、下列哪个选项不是电火花工作液的作用。
A 压缩放电通道B 加速电极冷却C 加速电蚀产物排除D 导电作用5、下列选项中，不是电火花加工间隙排屑常采用的措施。
A 自然扩散B 强迫冲油C 工具定时抬起 D化合沉淀6、下列选项不属于线切割加工应用范围的是。
A、三维曲面加工B、切断C、焊接D、异形孔加工7、电火花加工中存在吸附效应，它主要影响。
A、工件的可加工性B、表面粗糙度C、加工表面的变质层结构D、工具的损耗8、电火花加工精密复杂型腔时多采用作为工具电极材料。
A、铜B、钢C、石墨D、铸铁9、电火花加工中，工件采用正极性加工还是负极性加工，主要取决于。
A、脉冲宽度B、脉冲间隔C、工具材料D、工件材料10、不能使用电火花线切割加工的材料是。
A、铝B、金刚石C、硬质合金D、45钢11、电火花线切割加工，工具电极常用的材料有。
A 、石墨钨 B、钨钼 C、石墨纯铜 D、铜 45钢12、对电火花穿孔成型加工中自动进给调节系统的基本要求，下列哪项不是。
A、能实现微位移B、灵敏度高C、稳定性好D、速度范围调节广13、下列不能用于电火花加工的是。
A、打标记B、表面刻字C、加工麻花钻头D、真空管内焊接14、线切割加工单位时间电极丝中心线在工件上切过的面积总和称为。