1、第8章 机械零件的精密加工与特种加工 （时间：2次课，4学时）第8章 机械零件的精密加工与特种加工 【教学目标】随着生产发展和科技进步的需要，精密加工与特种加工技术在现代制造业中的作用越来越重要。本章介绍精密与超精密加工技术、特种加工技术，其中包括常用的加工方法：金刚石刀具的超精密切削、光整加工、电火花加工、激光加工、超声加工等加工方法。第8 8章 机械零件的精密加工与特种加工 【本章要点】l金刚石刀具超精密切削机理及机床l光整加工工艺l电火花加工原理、设备及加工工艺l激光加工原理、设备及加工工艺8.1 精密与超精密加工 8.2 特 种 加 工 习题与思考 第8 8章 机械零件的精密加工与特种
2、加工 8.1 8.1 精密与超精密加工 8.1.1 概述 8.1.2 金刚石刀具的超精密切削 8.1.3 光整加工 8.1.1 8.1.1 概述 精密与超精密加工对尖端技术的发展起着非常重要的作用，现已精密与超精密加工对尖端技术的发展起着非常重要的作用，现已成为现代制造技术的主要发展方向之一。机械加工按精度可分为一般成为现代制造技术的主要发展方向之一。机械加工按精度可分为一般加工、精密加工与超精密加工。精密与超精密加工一般是根据加工精加工、精密加工与超精密加工。精密与超精密加工一般是根据加工精度和表面质量两项指标来进行划分的。精密加工是指在一定的发展时度和表面质量两项指标来进行划分的。精密加工
3、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。超精密加工是指期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密加工是指加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工工艺。这种划分是相对加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工工艺。这种划分是相对的，随着科学技术的进步，精密加工与超精密加工的等级不断提高，的，随着科学技术的进步，精密加工与超精密加工的等级不断提高，其划分界限也将逐渐向前推移。其划分界限也将逐渐向前推移。8.1.1 8.1.1 概述 精密与超精密加工主要分为两类：一是采用金刚石刀具对工件进精密与超精密加工主要分为两类：一是采用金刚石刀具对工件进行超精密的微细切削和应用
4、磨料磨具对工件进行珩磨、研磨、抛光、行超精密的微细切削和应用磨料磨具对工件进行珩磨、研磨、抛光、精密和超精密磨削等；二是采用激光加工、微波加工、等离子加工、精密和超精密磨削等；二是采用激光加工、微波加工、等离子加工、超声波加工、光刻等特种加工方法。另外，现在经常提及的微细加工超声波加工、光刻等特种加工方法。另外，现在经常提及的微细加工是指制造微小尺寸零件的生产加工技术，是超精密加工的一个分支。是指制造微小尺寸零件的生产加工技术，是超精密加工的一个分支。8.1.1 8.1.1 概述 精密与超精密加工发展到今天，已不再是一种孤立的加工方法和精密与超精密加工发展到今天，已不再是一种孤立的加工方法和单
5、纯的工艺过程，而是形成了内容极为广泛的制造系统工程，它涉及单纯的工艺过程，而是形成了内容极为广泛的制造系统工程，它涉及超微量切除技术、高稳定性和高净化的工作环境、计量技术、工况检超微量切除技术、高稳定性和高净化的工作环境、计量技术、工况检测及质量控制等。影响精密和超精密加工的因素如图测及质量控制等。影响精密和超精密加工的因素如图8-18-1所示。所示。8.1.2 8.1.2 金刚石刀具的超精密切削 金刚石刀具是将金刚石刀头用机械夹紧或黏结方式固定在刀体上金刚石刀具是将金刚石刀头用机械夹紧或黏结方式固定在刀体上所构成的，图所构成的，图8-28-2所示为机械夹固式金刚石车刀。金刚石刀头被安装所示为
6、机械夹固式金刚石车刀。金刚石刀头被安装在刀体在刀体5 5的槽中，上、下各垫一层的槽中，上、下各垫一层0.1 mm0.1 mm厚的紫铜片，以防刀头被压厚的紫铜片，以防刀头被压紧时破裂，通过螺钉紧时破裂，通过螺钉3 3与压板与压板4 4将金刚石固定在刀体上。将金刚石固定在刀体上。图图8-2 8-2 机械夹固式金刚石车刀机械夹固式金刚石车刀1 1垫片；垫片；2 2金刚石；金刚石；3 3螺钉；螺钉；4 4压板；压板；5 5刀体刀体8.1.2 8.1.2 金刚石刀具的超精密切削 精密及超精密机床所具有的极高的几何精度，是实现超精密加工精密及超精密机床所具有的极高的几何精度，是实现超精密加工的主要条件之一
7、。下面从四个方面简述超精密机床的特点。的主要条件之一。下面从四个方面简述超精密机床的特点。(1)(1)超精密机床的总体布局。超精密机床的总体布局。(2)(2)超精密机床主轴部件。超精密机床主轴部件。(3)(3)床身导轨。床身导轨。(4)(4)进给驱动系统和微量进给机构。进给驱动系统和微量进给机构。8.1.2 8.1.2 金刚石刀具的超精密切削 金刚石超精密切削主要用于铝、铜及其合金的加工，如加工高密金刚石超精密切削主要用于铝、铜及其合金的加工，如加工高密度硬磁盘的铝合金片基，平面度达度硬磁盘的铝合金片基，平面度达0.2 0.2 m m，表面粗糙度，表面粗糙度RaRa值达值达0.003 0.00
8、3 m m。8.1.3 8.1.3 光整加工 光整加工是生产中常用的精密加工方法，通常是在精车、精铣、光整加工是生产中常用的精密加工方法，通常是在精车、精铣、精铰和精磨的基础上进行的加工，它可以获得比普通加工更高的精度精铰和精磨的基础上进行的加工，它可以获得比普通加工更高的精度和更小的表面粗糙度，常用的光整加工方法有研磨、珩磨和超精加工和更小的表面粗糙度，常用的光整加工方法有研磨、珩磨和超精加工等。等。1.1.研磨研磨2.2.珩磨珩磨3.3.超精加工超精加工8.2 8.2 特 种 加 工 8.2.1 概述 8.2.2 电火花及线切割加工 8.2.3 激光加工 8.2.1 8.2.1 概述 在机
9、械制造业中，切削加工方法长期以来占据主导地位。在机械制造业中，切削加工方法长期以来占据主导地位。然而，随着生产和科学的发展，新材料、新结构的不断出现，然而，随着生产和科学的发展，新材料、新结构的不断出现，对某些特殊要求也越来越高，对机械制造部门提出了新的要求对某些特殊要求也越来越高，对机械制造部门提出了新的要求，切削加工方法面临严峻的挑战。，切削加工方法面临严峻的挑战。8.2.1 8.2.1 概述 特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量的来源和作特种加工的分类还没有明确的规定，一般按能量的来源和作用形式以及加工原理划分为表用形式以及加工原理划分为表8-18-1所示形式。表所示形式。表8-2
10、8-2为几种常用为几种常用特种加工方法的综合比较。特种加工方法的综合比较。8.2.2 8.2.2 电火花及线切割加工 电火花加工电火花加工(Electrical Discharge Machining(Electrical Discharge Machining，简称，简称EDM)EDM)又称电腐蚀加工、放电加工，是在一定的介质中，通过工又称电腐蚀加工、放电加工，是在一定的介质中，通过工具电极和工件电极之间脉冲放电产生的瞬时高温将电极对表面具电极和工件电极之间脉冲放电产生的瞬时高温将电极对表面材料蚀除下来，对工件进行加工的方法。从材料蚀除下来，对工件进行加工的方法。从2020世纪世纪4040年
11、代开始年代开始对它进行研究并逐步应用于生产。随着加工速度和电极损耗等对它进行研究并逐步应用于生产。随着加工速度和电极损耗等加工特性的改善，电火花加工得到广泛应用。加工范围已从小加工特性的改善，电火花加工得到广泛应用。加工范围已从小至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。特至几微米的小轴、孔、缝，大到几米的超大型模具和零件。特别是电火花线切割机床的出现，使其应用范围更加广泛。别是电火花线切割机床的出现，使其应用范围更加广泛。8.2.2 8.2.2 电火花及线切割加工 (1)(1)工作原理工作原理 电火花加工是基于工具电极和工件之间脉冲性火花放电时电火花加工是基于工具电极和工件之间脉冲
12、性火花放电时的电蚀现象蚀除多余金属，对零件进行加工的。的电蚀现象蚀除多余金属，对零件进行加工的。8.2.2 8.2.2 电火花及线切割加工 (1)(1)工作原理工作原理 电火花线切割加工电火花线切割加工(Wire Cut EDM(Wire Cut EDM，简称，简称WEDM)WEDM)又称又称“线切线切割割”，它是通过线状工具电极与工件间规定的相对运动，把工，它是通过线状工具电极与工件间规定的相对运动，把工件切割成形，加工时线状工具电极沿自身方向做往复或单向运件切割成形，加工时线状工具电极沿自身方向做往复或单向运行，如图行，如图8-168-16所示。所示。8.2.2 8.2.2 电火花及线切割
13、加工图图8-16 8-16 电火花线切割加工原理图电火花线切割加工原理图1 1绝缘底板；绝缘底板；2 2工件；工件；3 3脉冲电源；脉冲电源；4 4电极丝；电极丝；5 5导向轮；导向轮；6 6支架；支架；7 7贮丝筒贮丝筒8.2.3 8.2.3 激光加工 激光加工激光加工(Laser Beam Machining(Laser Beam Machining，简称，简称LBM)LBM)是利用光能量是利用光能量进行加工的一种方法。激光加工可以用于打孔，切割、电子器进行加工的一种方法。激光加工可以用于打孔，切割、电子器件的微调、焊接、热处理以及激光存贮等各个领域，由于激光件的微调、焊接、热处理以及激光
14、存贮等各个领域，由于激光加工不需要加工工具，而且加工速度快、表面变形小，可以加加工不需要加工工具，而且加工速度快、表面变形小，可以加工硬、脆、软、韧、难熔的金属和非金属等各种材料，已经在工硬、脆、软、韧、难熔的金属和非金属等各种材料，已经在生产实践中愈来愈多地显示了它的优越性，所以很受人们的重生产实践中愈来愈多地显示了它的优越性，所以很受人们的重视。激光加工初期主要用于各种材料的微细加工，而目前已发视。激光加工初期主要用于各种材料的微细加工，而目前已发展到大尺寸和厚材料的加工，其应用范围也越来越广泛。展到大尺寸和厚材料的加工，其应用范围也越来越广泛。8.2.3 8.2.3 激光加工激光加工具有
15、以下特性。激光加工具有以下特性。(1)(1)强度高。强度高。(2)(2)单色性好。单色性好。(3)(3)相干性好。相干性好。(4)(4)方向性好。方向性好。8.2.3 8.2.3 激光加工 激光加工的基本原理是通过激光的聚焦，照射在工件上，激光加工的基本原理是通过激光的聚焦，照射在工件上，将光能转换为热能，把工件材料熔化或汽化，达到去除材料的将光能转换为热能，把工件材料熔化或汽化，达到去除材料的目的，从而完成加工过程。由于激光加工的功率密度极高，光目的，从而完成加工过程。由于激光加工的功率密度极高，光能转化的热能几乎可以熔化、汽化任何材料，像耐热合金、陶能转化的热能几乎可以熔化、汽化任何材料，
16、像耐热合金、陶瓷、石英、金刚石等硬脆材料，都可以采用激光加工。瓷、石英、金刚石等硬脆材料，都可以采用激光加工。8.2.3 8.2.3 激光加工 激光加工的基本设备由激光器、激光器电源、光学系统、激光加工的基本设备由激光器、激光器电源、光学系统、激光加工系统等组成。激光加工系统等组成。(1)(1)激光器激光器 (2)(2)激光器电源激光器电源 (3)(3)光学系统光学系统 (4)(4)激光加工系统激光加工系统8.2.3 8.2.3 激光加工(1)(1)激光加工的工艺特点激光加工的工艺特点(2)(2)激光加工的应用激光加工的应用习题与思考 (1)(1)试述精密与超精密加工的概念、特点及主要影响因素。试述精密与超精密加工的概念、特点及主要影响因素。(2)(2)分析金刚石刀具超精密切削的机理及其应用范围。分析金刚石刀具超精密切削的机理及其应用范围。(3)(3)常规加工工艺和特种加工工艺之间有何关系？应该如何正确常规加工工艺和特种加工工艺之间有何关系？应该如何正确处理两者之间的关系？处理两者之间的关系？(4)(4)电火花加工的原理是什么？电火花加工的原理是什么？(5)(5)激光加工的机理是什么？激光加工的机理是什么？
