精密与特种加工技术-第1章绪论

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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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）。
精密与特种加工技术
第一章 绪论
精密与特种加工技术
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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%
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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：......
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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Ra ＜0.02μm
Ra ＜0.02μm Ra ＜0.02μm Ra ＜0.02μm Ra ＜0.002μm Ra ＜0.01μm
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精密与特种加工技术 第一章 绪论 ◆ 精密加工与超精密加工的发展
102 加工误差（μm） 101 精密加工 100 加工设备 车床,铣床 普通加工 精密车床 磨床 坐标镗床 坐标磨床 金刚石车床 精密磨床 超精密加工 超精密磨床 精密研磨机 测量仪器 卡尺 百分尺 比较仪 气动测微仪 光学比较仪 光学磁尺 电子比较仪 激光测长仪 圆度仪轮廓仪
100μm
5μm 1μm
1μm
0.05μm 0.01μm
0.1μm
0.005μm 0.001μm
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
课程主要任务：
1、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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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精密与特种加工技术
◆ 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 零件 激光光学零件 加 工 精 度 形状误差 0.1μm
第一章 绪论
表面粗糙度
Ra 0.01～0.05μm
多面镜
磁头 磁盘 雷达导波管 卫星仪表轴承 天体望远镜
平面度误差 0.04μm
平面度误差 0.04μm 波度 0.01 ～0.02μm 平面度垂直度误差 ＜ 0.1μm 圆柱度误差 ＜0.01μm 形状误差 ＜ 0.03μm
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
“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！
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。 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）；
其它能量
电 电化学 光 声 化学能等
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
1943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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
精密和超精密加工的应用场合？ 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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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？
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
特种加工与传统切削加工方法在原理上的主要区别：
• 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。
首次摆脱了传统的切削加工方法，获得了“以柔克 刚”的效果。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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超高精密磨床 激光高精度 超精密研磨机 测长仪
离子束加工 扫描电镜 分子对位加工 电子线分析 仪 2000 年份
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1900
1920
1940
1960
1980
精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
特种加工的应用场合？ 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。 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-Traditional Machining ) 或非常规机械 加工(NCM , Non-Conventional Machining )。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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 20世纪60年代 20世纪90年代 20世纪末 一般加工 精密加工 超精密加工
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
特种加工的分类
• 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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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。
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精密与特种加工技术
第一章 绪论
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
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