精密与特种加工-第1章-概论(教授专用)

昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14精密与特种加工主讲:王国军昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14【课程名称】精密与特种加工【学时】32学时，26理论学时，6实验学时。【课程类别】选修、专业课。【性质任务】是本专业重要的核心课程之一。它涵盖了原机械制造类专业教学中精密加工、特种加工课程的教学内容。本课程以系统讲述精细加工工艺为主线，以阐明现代加工技术的基本原理和方法为基础，以实现机械、物理、化学和复合精密加工的综合交叉和融合为重点，以培养和激发学生的创新思维和能力为目标，全面了解精密加工、特种加工和复合加工的新技术的发展动态。一、课程基本内容昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14二、教材及参考书昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14二、教材及参考书王贵成昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14二、教材及参考书昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14制造业在众多国家尤其是发达国家的国民经济中占有十分重要的位置，是国民经济的支柱产业。第一章概论昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14美国68%的财富来源于制造业；日本国民总产值的49%由制造业提供；中国的制造业在工业总产值中也占有40%的比例。制造技术是使原材料变成产品的技术的总称，它使国民经济得以发展，也是制造业本身赖以生存的关键基础技术可以说，没有发达的制造业就不可能有国家真正的繁荣和富强。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14常规切削加工方法车削铣削镗削钻削刨削拉削磨削常规加工方法已有很长的历史，对人类的生产和物质文明起了很大的作用昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14传统切削加工工艺面临着严峻的挑战1)宇航工业等对材料高强度、高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求，使新材料不断涌现。难加工材料的加工，如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、宝石及其他各种高硬度、高强度、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/142)特殊复杂表面的加工•喷气涡轮叶片、整体涡轮、注射模的立体成型表面播放视频昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/142)特殊复杂表面的加工•冲模、冷拔模型孔•炮管的内膛线昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/143)特殊要求零件的加工•航天、航空陀螺仪的加工•伺服阀的加工细长轴的加工•薄壁零件的加工•弹性元件的加工-----低刚度昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14国防工业上的需求导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，1kg的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴0.5nm，则会引起100m的射程误差和50m的轨道误差。因此超精密加工技术与国防工业关系密切。弹道导弹攻击航母的想象图DF-21导弹昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14大型天体望远镜的透镜、直径达2.4m，形状精度0.01μm，如著名哈勃太空望远镜，能观察140亿光年天体（六轴CNC研磨抛光机）。红外线探测器反射镜，其抛物面反射镜形状精度1μm，表面粗糙度Ra0.01μm，其加工精度直接影响导弹引爆距离和命中率。激光核聚变用的曲面镜，其形状精度小于1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm，其质量直接影响激光的光源性能。国防工业上的需求服役的哈勃望远镜昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14信息产品中的需求计算机上的芯片、磁板基片、光盘基片等都需要超精密加工技术来制造。录像机的磁鼓、复印机的感光鼓、各种磁头、激光打印机的多面体、喷墨打印机的喷墨头等都必须进行超精密加工，才能达到质量要求。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14民用产品中的需求现代小型、超小型的成像设备，如摄相机、照相机等上的各种透镜，特别是光学曲面透镜，激光打印机、激光打标机等上的各种反射镜都要靠超精密加工技术来完成。至于超精密加工床、设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14材料愈来愈难加工，零件结构和形状愈来愈复杂、对表面粗糙度和精度的要求愈来愈高，因而对机械制造部门加工超硬材料、复杂表面和超精零件等，生产和科技水平发展到现在的水平，该怎么办呢?昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14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需要解决以下三类问题？昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/141.解决各种难切削材料的加工问题2.解决各种复杂表面的加工问题3.解决各种超精或具有特殊要求的零件的加工问题对制造业提出新的要求精密与特种加工技术昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14什么叫精密加工?机械加工中通常分：粗加工、半精加工、精加工。很明显，精密加工、高精度磨削就属于精加工。精密加工是指加工精度和表面质量达到极高精度的加工工艺，通常包括精密切削加工和精密磨削加工。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14精密加工加工精度在1-0.1um，表面粗糙度Ra值在0.1-0.02um的加工。加工方法有金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、砂带磨削、镜面磨削等昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14•精密加工尺寸精度1~0.1μm，Ra值为0.02~0.1μm•超精密加工尺寸精度高于0.1μm，Ra值小于0.01μm昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14什么叫特种加工?特种加工不是采用常规的刀具或磨具对工件进行切削加工，而是直接利用电能、电化学能、声能、或光能等能量，或选择几种能量的复合形式对材料进行加工。昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围电火花成形加工电能、热能熔化、气化EDM30~3000mm³/min0.03~0.003Ra10~0.04圆孔、方孔、异形孔、深孔、微孔、弯孔等电火花加工EDM昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14电火花线切割加工WEDM•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围电火花线切割加工电能、热能熔化、气化WEDM20~200mm³/min0.02~0.002Ra5~0.32切割各种冲模、塑料模电火花线切割机床昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14电化学加工•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围电解加工、电解磨削、电铸、涂镀电化学能、机械能金属离子阳极溶解、阴极沉积、磨削ECM、EGM、EFM、EPM100~10000mm³/min0.1~0.01Ra1.25~0.16涡论叶片、炮管膛线、锻造模等昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14激光加工•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围激光切割、打孔、打标记、焊接、热处理光能、热能熔化、气化LBM、LBT0.01~0.001Ra10~1.25精密加工小孔、窄缝及成形切割等昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14电子束加工•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围切割、打孔、焊接电能、热能熔化、气化EBM0.01~0.001Ra10~1.25难加工材料上打微孔、切缝、蚀刻等昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14离子束加工•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围蚀刻、镀覆、注入电能、动能原子撞击IBM很低0.01µmRa0.01超精密、超微量加工，抛光、蚀刻等昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14超声加工•加工方法•能量形式•作用原理•英文缩写•蚀除速度•加工精度•表面粗糙度•适用范围切割、打孔、雕刻声能、机械能磨粒高频撞击USM1~50mm³/min0.01~0.005Ra0.63~0.16切割、加工硬、脆材料昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14样件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14样件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14工艺装备试制周期快速成形昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14特种加工的特点1、不是主要依靠机械能，而是主要用其他的能量（如电能、热能、光能、声能以及化学能等）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，有些情况下，例如在激光加工、电子束加工、离子束加工等加工过程中，根本不需要使用任何工具3、在加工过程中，工具和工件之间不存在显著的机械切削力作用，工件不承受机械力，特别适合精密加工低刚度零件昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14•制造业是国民经济和综合国力的重要指标。•制造技术的发展由社会政治和经济等诸多因素决定。1）制造业的资源配置的发展方向：劳动密集→设备密集→信息密集→知识密集2）制造业的生产规模的发展方向：小批量→少品种→大批量→多品种变批量3）制造技术的生产方式的发展方向：手工→机械化→单机自动化→刚性流水自动化→柔性自动化→智能自动化精密与特种加工技术的地位与作用昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14加工范围上不受材料强度、硬度等限制。特种加工技术主要不依靠机械力和机械能去除材料，而是主要用其他能量（如电、化学、光、声、热等）去除金属和非金属材料，完成工件的加工。故可以加工各种超强硬材料、高脆性及热敏材料以及特殊的金属和非金属材料。以柔克刚。特种加工不一定需要工具，有的虽使用工具，但与工件不接触，加工过程中工具和工件间不存在明显的强大机械切削力，所以加工时不受工件的强度和硬度的制约，在加工超硬脆材料和精密微细零件、薄壁元件、弹性元件时，工具硬度可以低于被加工材料的硬度。精密与特种加工的特点昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14加工方法日新月异，向精密加工方向发展。许多特种加工方法同时又是精密加工方法、微细加工方法，如电子束加工、离子束加工、激光束加工等就是精密特种加工；精密电火花加工的加工精密度可达微米级0.5-1μm，表面粗糙度可达镜面Ra0.02μm。容易获得良好的表面质量。由于在加工过程中不产生宏观切屑，工件表面不会产生强烈的弹、塑性变形，故可以获得良好的表面粗糙度。残余应力、热应力、冷作硬化、热影响区及毛刺等表面缺陷均比机械切割表面小，尺寸稳定性好，不存在加工中的机械应变或大面积的热应变。精密与特种加工的特点昆明理工大学城市学院精密与特种加工第一章概论2020/3/14利用计算机技术对特种加工设备的控制系统、电源系统进行优化，建立综合参数自适应系统、数据库等，进而建立特种加工的CAD/CAM和FMS系统。向工程化和产业化方向不断改进、提高高能束源品质，对大功率、高可靠性、多功能、智能化加工设备的研发。向超精密化与小型化方向发展，正向亚微米级和纳米级迈进，对产品零件的精度与表面粗糙度提出更严格要求。处理并利用废气