精密与特种加工绪论.ppt

精密与特种加工 机械与电子工程学院 精密与特种加工精密与特种加工 0 0 绪绪 论论 0.1 0.1 精密与特种加工的地位和作用精密与特种加工的地位和作用 0.2 0.2 本课程的性质和任务本课程的性质和任务 0.3 0.3 本课程的内容和学习方法本课程的内容和学习方法 0 0 绪绪 论论 0.1 0.1 精密与特种加工的地位和作用精密与特种加工的地位和作用 制造业是将制造资源(物料、能源、设备、工 具、资金、技术、信息和人力等)通过制造过程转 化为可供人们使用与利用的工业品和生活消费品的 行业。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 一一. . 制造业制造业 制造技术的发展是由社会、政治和经济等诸多 因素决定的。 技术推动和市场牵引是影响其发展的最主要和 最直接的因素。 制造技术制造技术 u 资源配置沿着“劳动密集-设备密集-信息 密集-知识密集”的方向发展； u 生产规模沿着“小批量-少品种-大批量- 多品种变批量”的方向发展； u 生产方式沿着“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” 的方向发展。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 柔性制造技术 传统的专用机床和“刚性”自动生产线虽然有很高的生 产效率，但其加工的零件形状和尺寸单一，难以改变，这对 于大批大量生产是合适的。为满足多品种、小批量、产品更 新换代周期短的要求，20世纪70年代以来，随着微电子技术 ，特别是计算机技术、传感技术的发展，一种以机械加工为 主的柔性制造技术得到迅速发展，主要有柔性制造单元、柔 性制造系统、计算机集成制造系统。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 1.什么叫精密与特种加工 u精密加工包括精密切削加工和精密磨削加工(进行 微细加工、光整加工和精整加工）等，加工精度和 零件表面粗糙度极大改善,与特种加工关系密切。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 二二. . 精密加工和特种加工作用精密加工和特种加工作用 u 特种加工是指利用机、光、电、声、热、化学、磁、原子 能等能源来进行加工的非传统加工方法（NTM，Non- Traditional Machining），它们与传统切削加工的不同特点 主要有： 主要不是依靠机械能，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； 刀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； 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，特别适合于精密加工低刚度零件。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 由于具有上述特点，特种加工技术可以加工任何硬度、强 度、韧性、脆性的金属、非余属材料或复合材料，而且特 别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件，同时，有 些方法还可以用于进行超精密加工、镜面加工、光整加工 以及纳米级（原子级）的加工。 特种加工技术不仅可以采取单独的加工方法，更可以采用 复合加工的方法。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 2.精密与特种加工的产生背景 u 制造技术的发展已经有了几千年的历史,”精特”加工始终 并且都是机械制造业生产的主要加工方法. u 是新世纪知识经济时代先进制造工艺技术的重要组成部 分，现代的智能控制自动化制作和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. u 在制造业乃至社会发展进程中起到非常重要的作用尤其 由于现代科学技术的迅猛发展，其承担的作用愈显突出 和无法替代. 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 3.精密与特种加工的作用 u目前机械工业、电子工业、航空航工业、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(即作用)： 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 解决各种难切削材料的加工问题。如硬质合金、钛合金 、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。 解决各种特殊复杂型面的加工问题。如喷气涡轮机叶片 、锻压模等的立体成型表面，炮管内膛线、喷油嘴和喷丝 头上的小孔、窄缝等的加工。 解决各种超精密、光整零件的加工问题。如对表面质量 和精度要求很高的航天航空陀螺仪、激光核聚变用的曲面 镜等零件的精细表面加工，形状和尺寸精度要求在0.1m 以上，表面粗糙度Ra要求在0.01m以下。 特殊零件的加工问题。如大规模集成电路、光盘基片、 微型机械和机器人零件、细长轴、薄壁零件、弹性元件等 低刚度零件的加工。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 要解决上述一系列问题，仅仅依靠传统的切削加工方法 很难实现，有些根本无法实现。在生产的迫切需求下，人 们通过各种渠道，借助于多种能量形式，不断研究和探索 新的加工方法，精密和特种加工技术就是在这种环境和条 件下产生和发展起来的。 目前，精密与特种加工已经成为制造领域不可缺少的重 要方面在难切削材料、复杂型面、精细零件、低刚度零 件、模具加工、快速原形制造以及大规模集成电路等领域 发挥着越来越重要的作用。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 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。 时间一般加工精密加工超精密加工 20世纪60年代100m1m0.1m 20世纪90年代5m0.05m0.005m 20世纪末1m0.01m0.001m(1nm ) 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 三三. . 精密加工现状精密加工现状 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 精密加工的事例精密加工的事例 u 加工精度的不断提高对提高机电产品的性能、质量和可 靠性，改善零件的互换性，提高装配效率等都具有至关 重要的作用。 u 英国RollsRoyce公司将飞机发动机转子叶片的加工精度 由60m提高到12m，则发动机压缩效率从89上升到94 ； u 美国MX战略导弹(可装10个核弹头)制导系统的陀螺仪精 度比民兵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500m减小到50150m； u 齿轮的齿形及齿距误差从36m降低到1m， 则单位齿轮箱重量所能传递的扭矩将提高近1倍。 u 可见，精密工程、微米工程和纳米技术已成为 世界制造技术领域的制高点，是现代制造技术的前 沿，也是明天技术的基础。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 四四. . 特种加工现状特种加工现状 u 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(通常人们将利用机械能，借助于刀具实现材 料去除的方法称为切削(磨削)加工，亦称为传统加工技术) 。 u 苏联学者拉扎连柯夫妇发明电火花加工方法。 u 特种加工新方法：电解加工、超声波加工、放电成形加 工、激光加工、电子束加工、离子束加工、化学加工等。 u 难加工材料加工：如耐热钢、不锈钢、钛合金、 淬火钢、硬质合金、陶瓷、宝石、金刚石等高强 度、高硬度、高韧性、高脆性以及高钝度金属和 非金属的加工； u 模具及复杂型面加工：如各种热锻模、冲裁模和 冷拔模的模腔和型孔、整体涡轮、喷气涡轮机叶 片、炮管内腔线以及喷油嘴和喷丝头的微小异型 孔的加工等； u 零件精细加工：如伺服阀、低刚度的细长轴、薄 壁筒和弹性元件等的加工。 u 已成为重要的加工方法或仅有的加工方法。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 特种加工技术的应用领域特种加工技术的应用领域 精密与特种加工在制造业的生产中占有极为重 要的地位。有理由相信：随着先进制造技术的不断 发展和完善，精密与特种加工技术将在机械制造业 实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对 动态多变的机电产品市场的适应能力和竞争能力的 进程中发挥越来越大的作用。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 综上所述综上所述 提高了材料的可加工性。 改变了零件的典型工艺路线。 大大缩短新产品试制周期。 对产品零件的结构设计产生很大的影响。 对传统的结构工艺性好与坏的衡量标准产生重 要影响。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 精密与特种加工技术引起机械制造领域内的变革精密与特种加工技术引起机械制造领域内的变革: : 1) 精密与超精密加工和制造自动化是先进制造技术的两大领 域。 2) 先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段。 3) 发展先进制造技术是当前各国发展国民经济的主攻方向和 战略决策，同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经济 持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。 4) 精密与特种加工技术水平是一个国家制造工业水平的重要 标志之一。 5) 精密与特种加工技术已经成为国际竞争中取得成功的关键 技术。 6) 产品的实际制造，必然要依靠精密加工技术。 0.1 0.1 精密与特种加工在制造业中的地位和作用精密与特种加工在制造业中的地位和作用 精密与特种加工技术综合地位和作用精密与特种加工技术综合地位和作用: : 精密与特种加工从加工成形的原理和特点来分类 ，可以分为去除加工、结合加工、变形加工三大类 。 1) 去除加工又称为分离加工，是从工件上去除多余的材料， 例如金刚石刀具精密车削、精密磨削、电火花加工、电解加 工等。 0.2 0.2 精密与特种加工的方法的分类精密与特种加工的方法的分类 五五. .精密与特种加工分类精密与特种加工分类 2) 结合加工是利用理化方法将不同材料结合在一起。按结 合的机理、方法、强弱等又可以分为附着、注入、连接三 种。 附着加工又称为沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质 ，为弱结合，例如电镀、气相沉积等。 注入加工又称为渗入加工，是在工件的表层注入某些元素 ，使之与工件基体材料产生物化反应，以改变工件表层材 料的力学、机械性质，属于强结合，例如表面渗碳、离子 注入等。 连接加工是将两种相同或不同的材料通过物化方法连接在 一起，例如焊接、粘结等。 0.2 0.2 精密与特种加工的方法的分类精密与特种加工的方法的分类 3) 变形加工又称为流动加工，是利用力、热、 分子运动等手段使工件产生变形，改变其尺 寸、形状和性能，例如锻造、铸造、液晶定 向等。 0.2 0.2 精密与特种加工的方法的分类精密与特种加工的方法的分类 u 精密与特种加工是新的宽口径专业“机械设计制造 及其自动化”的一门专业课程。 u 先修课程：材料成型技术基础、机械制造技术基 础、机械工程材料、互换性与测量技术、机械设 计、微机原理、自控原理基础等基础专业课。 0.3 0.3 本课程的性质和任务本课程的性质和任务 一一. . 本课程的性质本课程的性质 u 本课程提供了先进制造工艺技术领域精密切削(磨 削)加工、特种加工和复合加工相关知识，使学生 对现代机械制造技术条件下精细加工工艺有较为 系统的了解，并能够运用学到的知识对各种加工 机理进行分析，对其加工过程进行有效控制，以 降低加工成本，提高加工质量，提高劳动生产率 并有效地缩短交货周期。 u 作为一门专业课程，还为相关课程的学习及后续 开展的毕业(设计)研究提供加工理论、方法和制 造工艺等方面必要的基础知识。 0.3 0.3 本课程的性质和任务本课程的性质和任务 一一. .本课程的性质本课程的性质 u使学生从理论上认识精密切削(磨削)加工、特 种加工和复合加工过程的常见现象和基本规律 ，能够按照零部件的加工要求去选择具体的加 工方法，选择合理的加工工艺参数，并能运用 所学的知识，分析和解决生产中出现的一些有 关问题。 0.3 0.3 本课程的性质和任务