精密与特种加工技术教学大纲以及发展方向

1、特种加工课程教学大纲英文名称：Special machining学时：51学分：3开课学期：第6学期 一、课程性质与任务特种加工课程是高等院校机械类专业的一门专业主干课。本课程侧重理论知识的学习，通过本课程使学生在了解精密加工与超精密加工、电火花加工、电化学加工、超声加工、激光加工、电子束和离子束加工以及化学加工、磨料加工等特种加工方法的基本原理，基本设备，工艺规律，主要特点及常见的应用，以适应当今社会制造业发展的需求，为学生从事机械制造行业相关工作扩展事业。通过本课程的学习，能够使学生：1、使学生了解与传统切削加工方法不同的一些特种加工新工艺。懂得可以用电、化学、热、光、声等形式的能量来进行

2、对难加工材料、复杂的、精密、细微等有特殊要求的零件进行加工。2、使学生初步了解掌握精密加工与超精密加工、电火花加工、电解加工、激光加工、超声加工等以及复杂加工的基本原理、基本规律。使学生具有能合理选择加工方法的基础知识，提高其解决工艺难题的能力。3、培养学生对物理、化学、电工、液压、机械等多门课程各种学科知识的综合应用能力，巩固并深化前期课程。二、课程教学的基本要求本课程主要介绍放精密加工与超精密加工、电加工、高能束加工、超声波加工、超高压水射流切割。其中，偏重于发展较成熟、应用较广泛的去除材料的特种加工。学完本课程应达到以下基本要求：1了解特种加工与精密加工的基本含义，掌握其特点。2熟练掌握

3、电火花加工的基本原理，能正确理解电火花加工过程，了解电火花加工的工艺规律。3掌握电火花线切割编程及加工的基本方法。4掌握高能束加工的原理，了解加工设备以及工艺规律，了解高能束加工在实际生产中应用。5了解精密超精密加工的支持环境并了解精密超精密切削机床以及刀具的特点。6了解精密超精密磨削。三、课程内容第一章概论 （2学时）第二章金刚石刀具精密切削加工 （4学时）第三章精密与超精密磨料加工 （4学时）第四章电火花加工 （9学时）第五章电火花线切割加工 （12学时）第六章电化学加工 （9学时）第七章激光加工 （3学时）第八章超声波加工 （2学时）第九章电子束和离子束加工 （2学时）第十章超高压水射流

4、切割 （2学时）第十一章其他精密与特种加工技术 （2学时）四、教学重点、难点：1、电火花加工的基本原理，能正确理解电火花加工过程，了解电火花加工的工艺规律。2、高能束加工的原理，了解加工设备以及工艺规律，了解高能束加工在实际生产中应用。3、精密超精密加工的支持环境并了解精密超精密车削机床以及刀具的特点。4、精密超精密磨削。5、线切割编程方法。 五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授43 学时，实践教学8学时。（具体安排见附表）六、教学方式：理论讲授与实验指导相结合，辅以多媒体形式进行讲解。七、本课程与其它课程的关系1.先修课程：机械制图，机械设计，机械制造工艺，电工技术、数控机床操作与

5、编程等机械基础知识。2.后续课程：电机拖动、机电一体化系统设计、先进制造技术等专业主干课。八、考核方式：1.课程性质：考试2.成绩评定：成绩评定采用百分制。本课程成绩采用期末考试与平时成绩相结合的方式进行综合评定，最终成绩由以下两个部分组成，第一部分：期末考试成绩占总成绩的70%；第二部分：平时作业、实验及考勤占总成绩的30%。九、教材及教学参考书：主教材：1. 精密与特种加工技术张建华 主编机械工业出版社; (2011，06)参考书： 1.精密与特种加工技术袁根福 主编北京大学出版社; (2010，07)2.精密与特种加工技术王桂成 主编北京大学出版社; (2010，12)3.特种加工技术王

6、瑞金 主编机械工业出版社; (2011，1)十、教学内容：第一章（2学时）：概论一、教学要求：1、了解精密与特种加工的产生背景；2、了解精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响；3、了解精密与特种加工的方法及分类；二、教学要点：1-1 精密与特种加工的产生背景1-2 精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响1-3精密与特种加工的方法及分类1-4 精密与特种加工技术的地位和作用三、重点、难点重点：1.精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响2.精密与特种加工的方法及分类难点：精密与特种加工的方法及分类第二章（4学时）：金刚石刀具精密切削加工一、教学要求：1、了解精密切削加工的相关知识

7、；2、重点掌握精密切削加工的的机理以及精密切削加工的各组成部件；3、了解金刚石刀具的结构；二、教学要点：2-1 概述2-2 超精密机床及其关键部件2-3 金刚石刀具的结构与性能2-4 金刚石晶体的定向2-5 金刚石刀具的结构三、重点、难点重点：超精密机床及其关键部件、金刚石的结构与性能难点：超精密机床及其关键部件第三章（4学时）：精密与超精密磨料加工一、教学要求：1、了解精密磨削加工的相关知识；2、重点掌握精密磨削加工的的机理以及精密切削加工的各组成部件及特点；3、了解精密研磨与抛光；二、教学要点：3-1精密磨削；3-2精密研磨与抛光；三、重点、难点重点：1.精密磨削机理2.研磨加工机理3.抛

8、光加工机理4.非接触抛光难点：1.超精密磨削2.非接触抛光第四章（9学时）：电火花加工一、教学要求：1、熟悉电火花加工的原理和基本工艺规律；2、能够借助工艺手册正确选用各种参数；3、熟悉电电火花加工机床的类型及工艺范围；二、教学要点：4-1电火花加工的基本原理及机理；4-2电火花加工中的基本工艺规律；4-3电火花加工设备和工作液；4-4电火花穿孔成形加工；4-5电火花加工技术的发展及应用。三、重点、难点重点：1.电火花加工的机理、特点及分类2.电火花加工基本工艺规律3.电火花加工设备4.电火花穿孔成型加工难点：1.电火花加工基本工艺规律2.电火花加工设备3.电火花穿孔成型加工四、实验课名称内容

9、名称：电火花加工入门基础及基本操作。内容：1.数控线切割、数控电火花机床基本操作；2.绘图编程；3.线切割机床加工零件的基本步骤；4.电火花成型机床加工零件的基本步骤；5.线切割机床的上丝、穿丝及找正电极丝。第五章电火花线切割加工 （12学时）一、教学要求：1.了解电火花线切割加工原理、特点及应用。2.了解电火花线切割加工设备。3.掌握电火花线切割加工编程。4.了解电火花线切割加工工艺规律以及应用。二、教学要点：5-1.电火花线切割加工原理、特点及应用。5-2.电火花线切割加工机床5-3.数控线切割编程5-4.电火花线切割加工的工艺指标和常用工艺参数5-5.三维电火花线切割和多次切割三、重点、

10、难点重点：1.电火花线切割加工原理、特点及应用。2.电火花线切割加工设备。3.电火花线切割加工编程。4.电火花线切割加工的工艺指标和常用工艺参数难点：1.数控线切割编程四、实验课名称内容名称：电火花线切割加工切割速度的影响因素验证。内容：1.电火花线切割加工中脉冲宽度与加工速度的关系；2.电火花线切割加工中脉冲间隔与加工速度的关系；3.电火花线切割加工中放电峰值电流与加工速度的关系；4.电火花线切割加工中切割厚度与加工速度的关系。第六章 电化学加工（9学时）一、教学要求：1.了解电化学加工设备及其组成部分、加工工艺及规律2.掌握电化学加工的原理、分类、特点及适用范围。二、教学要点：6-1.电解

11、加工的机理和基本规律6-2.电解液6-3.电解加工参数和加工精度6-4.混气电解加工6-5.电解加工设备6-6.电解加工工艺6-7.电化学机械复合加工6-8.阴极沉淀加工三、重点、难点重点：1.电解加工的机理和基本规律2.电解液的种类及应用3.电解加工设备4.电解加工工艺5.阴极沉淀加工难点：1.电解加工工艺2.阴极沉淀加工第七章 激光加工（3学时）一、教学要求：1.了解激光加工的原理与特点；掌握激光产生的条件2.了解激光加工的设备；了解激光器的分类。3.了解激光加工工艺及应用。二、教学要点：7-1.激光加工的原理与特点7-2.激光加工设备7-3.激光打孔工艺7-4.激光束切割7-5.激光焊接

12、和表面处理三、重点、难点重点：1.激光加工的原理与特点2.激光加工设备3.激光打孔工艺4.激光束切割5.激光焊接和表面处理难点：1.激光打孔工艺2.激光焊接和表面处理   第八章 超声波加工 （2学时）一、教学要求：1.了解超声波加工的原理；掌握超声波的特点；2.了解超声波加工的设备。3.了解超声波加工应用。二、教学要点：8-1.超声波加工的机理和特点8-2.超声波加工的设备及构成8-3.超声波加工工艺参数及应用三、重点、难点重点：1.超声波加工的机理和特点2.超声波加工的设备及构成3.超声波加工工艺参数及应用难点：1.超声波加工工艺参数及应用2.超声波加工的设备

13、及构成第九章 电子束和离子束加工（2学时）一、教学要求：了解电子束、离子束加工的原理、特点和装置及应用二、教学要点：1.电子束加工的基本原理和特点2.离子束加工三、重点、难点重点：1.电子束基本原理2.电子束加工设备3.电子束加工的应用4.离子束加工基本原理5.离子束加工设备6.电子束加工的应用难点：1.电子束加工的应用2.电子束加工的应用第十章 超高压水射流切割（2学时）一、教学要求：1.了解超高压水射流切割原理、分类和特点2.了解超高压水射流切割加工设备及构成3.掌握超高压水射流切割工艺和应用二、教学要点：10-1.超高压水射流切割原理、分类和特点10-2.超高压水射流切割设备10-3.超

14、高压水射流切割工艺和应用三、重点、难点重点：1.超高压水射流切割原理、分类和特点2.超高压水射流切割设备3.超高压水射流切割工艺和应用难点：1.超高压水射流切割工艺和应用 第十一章 其他精密与特种加工技术（2学时）一、教学要求：了解等离子体加工、挤压珩磨加工、磨料喷射加工、磁性磨料研磨加工、光刻加工、纳米加工技术的加工机理及应用。二、教学要点：11-1.等离子体加工11-2.挤压珩磨加工11-3.磨料喷射加工11-4.磁性磨料研磨加工11-5.光刻加工11-6.纳米加工技术三、重点、难点重点：1.等离子体加工2.挤压珩磨加工3.磨料喷射加工4.光刻加工难点：1.挤压珩磨加工2.磨料喷

15、射加工   附表：教学时数分配表序号教学内容学时学时分配理论讲授实践教学1第一章概论222第二章金刚石刀具精密切削加工443第三章精密与超精密磨料加工444第四章电火花加工9725第五章电火花线切割加工12666第六章电化学加工997第七章激光加工338第八章超声波加工229第九章电子束和离子束加工2210第十章超高压水射流切割2211第十一章其他精密与特种加工技术22小计51438特种加工课程教学大纲英文名称：Special machining学时：51学分：3开课学期：第6学期 一、课程性质与任务特种加工课程是高等院校机械类专业的一门专业主干课。本课程侧重理论

16、知识的学习，通过本课程使学生在了解精密加工与超精密加工、电火花加工、电化学加工、超声加工、激光加工、电子束和离子束加工以及化学加工、磨料加工等特种加工方法的基本原理，基本设备，工艺规律，主要特点及常见的应用，以适应当今社会制造业发展的需求，为学生从事机械制造行业相关工作扩展事业。通过本课程的学习，能够使学生：1、使学生了解与传统切削加工方法不同的一些特种加工新工艺。懂得可以用电、化学、热、光、声等形式的能量来进行对难加工材料、复杂的、精密、细微等有特殊要求的零件进行加工。2、使学生初步了解掌握精密加工与超精密加工、电火花加工、电解加工、激光加工、超声加工等以及复杂加工的基本原理、基本规律。使学

17、生具有能合理选择加工方法的基础知识，提高其解决工艺难题的能力。3、培养学生对物理、化学、电工、液压、机械等多门课程各种学科知识的综合应用能力，巩固并深化前期课程。二、课程教学的基本要求本课程主要介绍放精密加工与超精密加工、电加工、高能束加工、超声波加工、超高压水射流切割。其中，偏重于发展较成熟、应用较广泛的去除材料的特种加工。学完本课程应达到以下基本要求：1了解特种加工与精密加工的基本含义，掌握其特点。2熟练掌握电火花加工的基本原理，能正确理解电火花加工过程，了解电火花加工的工艺规律。3掌握电火花线切割编程及加工的基本方法。4掌握高能束加工的原理，了解加工设备以及工艺规律，了解高能束加工在实际

18、生产中应用。5了解精密超精密加工的支持环境并了解精密超精密切削机床以及刀具的特点。6了解精密超精密磨削。三、课程内容第一章概论 （2学时）第二章金刚石刀具精密切削加工 （4学时）第三章精密与超精密磨料加工 （4学时）第四章电火花加工 （9学时）第五章电火花线切割加工 （12学时）第六章电化学加工 （9学时）第七章激光加工 （3学时）第八章超声波加工 （2学时）第九章电子束和离子束加工 （2学时）第十章超高压水射流切割 （2学时）第十一章其他精密与特种加工技术 （2学时）四、教学重点、难点：1、电火花加工的基本原理，能正确理解电火花加工过程，了解电火花加工的工艺规律。2、高能束加工的原理，了解加

19、工设备以及工艺规律，了解高能束加工在实际生产中应用。3、精密超精密加工的支持环境并了解精密超精密车削机床以及刀具的特点。4、精密超精密磨削。5、线切割编程方法。 五、教学时数分配教学时数51学时，其中理论讲授43 学时，实践教学8学时。（具体安排见附表）六、教学方式：理论讲授与实验指导相结合，辅以多媒体形式进行讲解。七、本课程与其它课程的关系1.先修课程：机械制图，机械设计，机械制造工艺，电工技术、数控机床操作与编程等机械基础知识。2.后续课程：电机拖动、机电一体化系统设计、先进制造技术等专业主干课。八、考核方式：1.课程性质：考试2.成绩评定：成绩评定采用百分制。本课程成绩采用期末考试与平时

20、成绩相结合的方式进行综合评定，最终成绩由以下两个部分组成，第一部分：期末考试成绩占总成绩的70%；第二部分：平时作业、实验及考勤占总成绩的30%。九、教材及教学参考书：主教材：1. 精密与特种加工技术张建华 主编机械工业出版社; (2011，06)参考书： 1.精密与特种加工技术袁根福 主编北京大学出版社; (2010，07)2.精密与特种加工技术王桂成 主编北京大学出版社; (2010，12)3.特种加工技术王瑞金 主编机械工业出版社; (2011，1)十、教学内容：第一章（2学时）：概论一、教学要求：1、了解精密与特种加工的产生背景；2、了解精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响；3

21、、了解精密与特种加工的方法及分类；二、教学要点：1-1 精密与特种加工的产生背景1-2 精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响1-3精密与特种加工的方法及分类1-4 精密与特种加工技术的地位和作用三、重点、难点重点：1.精密与特种加工的特点及其对机械制造领域的影响2.精密与特种加工的方法及分类难点：精密与特种加工的方法及分类第二章（4学时）：金刚石刀具精密切削加工一、教学要求：1、了解精密切削加工的相关知识；2、重点掌握精密切削加工的的机理以及精密切削加工的各组成部件；3、了解金刚石刀具的结构；二、教学要点：2-1 概述2-2 超精密机床及其关键部件2-3 金刚石刀具的结构与性能2-4

22、金刚石晶体的定向2-5 金刚石刀具的结构三、重点、难点重点：超精密机床及其关键部件、金刚石的结构与性能难点：超精密机床及其关键部件第三章（4学时）：精密与超精密磨料加工一、教学要求：1、了解精密磨削加工的相关知识；2、重点掌握精密磨削加工的的机理以及精密切削加工的各组成部件及特点；3、了解精密研磨与抛光；二、教学要点：3-1精密磨削；3-2精密研磨与抛光；三、重点、难点重点：1.精密磨削机理2.研磨加工机理3.抛光加工机理4.非接触抛光难点：1.超精密磨削2.非接触抛光第四章（9学时）：电火花加工一、教学要求：1、熟悉电火花加工的原理和基本工艺规律；2、能够借助工艺手册正确选用各种参数；3、熟

23、悉电电火花加工机床的类型及工艺范围；二、教学要点：4-1电火花加工的基本原理及机理；4-2电火花加工中的基本工艺规律；4-3电火花加工设备和工作液；4-4电火花穿孔成形加工；4-5电火花加工技术的发展及应用。三、重点、难点重点：1.电火花加工的机理、特点及分类2.电火花加工基本工艺规律3.电火花加工设备4.电火花穿孔成型加工难点：1.电火花加工基本工艺规律2.电火花加工设备3.电火花穿孔成型加工四、实验课名称内容名称：电火花加工入门基础及基本操作。内容：1.数控线切割、数控电火花机床基本操作；2.绘图编程；3.线切割机床加工零件的基本步骤；4.电火花成型机床加工零件的基本步骤；5.线切割机床的

24、上丝、穿丝及找正电极丝。第五章电火花线切割加工 （12学时）一、教学要求：1.了解电火花线切割加工原理、特点及应用。2.了解电火花线切割加工设备。3.掌握电火花线切割加工编程。4.了解电火花线切割加工工艺规律以及应用。二、教学要点：5-1.电火花线切割加工原理、特点及应用。5-2.电火花线切割加工机床5-3.数控线切割编程5-4.电火花线切割加工的工艺指标和常用工艺参数5-5.三维电火花线切割和多次切割三、重点、难点重点：1.电火花线切割加工原理、特点及应用。2.电火花线切割加工设备。3.电火花线切割加工编程。4.电火花线切割加工的工艺指标和常用工艺参数难点：1.数控线切割编程四、实验课名称内

25、容名称：电火花线切割加工切割速度的影响因素验证。内容：1.电火花线切割加工中脉冲宽度与加工速度的关系；2.电火花线切割加工中脉冲间隔与加工速度的关系；3.电火花线切割加工中放电峰值电流与加工速度的关系；4.电火花线切割加工中切割厚度与加工速度的关系。第六章 电化学加工（9学时）一、教学要求：1.了解电化学加工设备及其组成部分、加工工艺及规律2.掌握电化学加工的原理、分类、特点及适用范围。二、教学要点：6-1.电解加工的机理和基本规律6-2.电解液6-3.电解加工参数和加工精度6-4.混气电解加工6-5.电解加工设备6-6.电解加工工艺6-7.电化学机械复合加工6-8.阴极沉淀加工三、重点、难点

26、重点：1.电解加工的机理和基本规律2.电解液的种类及应用3.电解加工设备4.电解加工工艺5.阴极沉淀加工难点：1.电解加工工艺2.阴极沉淀加工第七章 激光加工（3学时）一、教学要求：1.了解激光加工的原理与特点；掌握激光产生的条件2.了解激光加工的设备；了解激光器的分类。3.了解激光加工工艺及应用。二、教学要点：7-1.激光加工的原理与特点7-2.激光加工设备7-3.激光打孔工艺7-4.激光束切割7-5.激光焊接和表面处理三、重点、难点重点：1.激光加工的原理与特点2.激光加工设备3.激光打孔工艺4.激光束切割5.激光焊接和表面处理难点：1.激光打孔工艺2.激光焊接和表面处理 

27、60; 第八章 超声波加工 （2学时）一、教学要求：1.了解超声波加工的原理；掌握超声波的特点；2.了解超声波加工的设备。3.了解超声波加工应用。二、教学要点：8-1.超声波加工的机理和特点8-2.超声波加工的设备及构成8-3.超声波加工工艺参数及应用三、重点、难点重点：1.超声波加工的机理和特点2.超声波加工的设备及构成3.超声波加工工艺参数及应用难点：1.超声波加工工艺参数及应用2.超声波加工的设备及构成第九章 电子束和离子束加工（2学时）一、教学要求：了解电子束、离子束加工的原理、特点和装置及应用二、教学要点：1.电子束加工的基本原理和特点2.离子束加工三、重点、难点重点：1.

28、电子束基本原理2.电子束加工设备3.电子束加工的应用4.离子束加工基本原理5.离子束加工设备6.电子束加工的应用难点：1.电子束加工的应用2.电子束加工的应用第十章 超高压水射流切割（2学时）一、教学要求：1.了解超高压水射流切割原理、分类和特点2.了解超高压水射流切割加工设备及构成3.掌握超高压水射流切割工艺和应用二、教学要点：10-1.超高压水射流切割原理、分类和特点10-2.超高压水射流切割设备10-3.超高压水射流切割工艺和应用三、重点、难点重点：1.超高压水射流切割原理、分类和特点2.超高压水射流切割设备3.超高压水射流切割工艺和应用难点：1.超高压水射流切割工艺和应用 第

29、十一章 其他精密与特种加工技术（2学时）一、教学要求：了解等离子体加工、挤压珩磨加工、磨料喷射加工、磁性磨料研磨加工、光刻加工、纳米加工技术的加工机理及应用。二、教学要点：11-1.等离子体加工11-2.挤压珩磨加工11-3.磨料喷射加工11-4.磁性磨料研磨加工11-5.光刻加工11-6.纳米加工技术三、重点、难点重点：1.等离子体加工2.挤压珩磨加工3.磨料喷射加工4.光刻加工难点：1.挤压珩磨加工2.磨料喷射加工   附表：教学时数分配表序号教学内容学时学时分配理论讲授实践教学1第一章概论222第二章金刚石刀具精密切削加工443第三章精密与超精密磨料加工44

30、4第四章电火花加工9725第五章电火花线切割加工12666第六章电化学加工997第七章激光加工338第八章超声波加工229第九章电子束和离子束加工2210第十章超高压水射流切割2211第十一章其他精密与特种加工技术22小计51438发展精密和超精密加工技术的重要性精密和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段，通常，按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工，精密加工，超精密加工三个阶段精密加工；加工精度在0.1 -1um，讲表面粗糙度在Ra 0.02-0.1um之间的加工方法称为精密加工超精密加工；加工精度高于0.1um，加工表面粗糙度小于Ra 0.01um的加工方法称为超精密加工。(微细加工、

31、超微细加工、光整加工、精整加工等 )二 提高加工精度的原因提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高产品稳定性和可靠性；促进产品小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。 三 发展超精密加工的重要性1 超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一 超精密加工所能达到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范围和几何形状是一个国家制造技术水平的重要标志之一。金刚石刀具切削刃钝圆半径的大小是金刚石刀具超精密切削的一个关键技术参数，日本声称已达到2nm，而我国尚处于亚微米水平，相差一个数量级(国际上公认0.1nm100nm为纳米尺度空间，100nm1000nm为亚微米体系，小于1个纳米为原子团簇

32、 )；金刚石微粉砂轮超精密磨削在日本已用于生产，使制造水平有了大幅度提高，突出地解决了超精密磨削磨料加工效率低的问题。2 精密和超精密加工是先进制造技术的基础和关键 计算机工业的发展不仅要在软件上，还要在硬件上，即在集成电路芯片上有很强的能力，我国集成电路的制造水平约束了计算机工业的发展。美国制造工程研究者提出的汽车制造业的“两毫米工程”（车身尺寸变动量控制在以内 ）使汽车质量赶上欧、日水平，其中的举措都是实实在在的制造技术。 3 国防工业上的需求陀螺仪的加工涉及多项超精密加工，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0.0005m，则会引起100m的射程

33、误差和50m的轨道误差。大型天体望远镜的透镜、直径达2.4m，形状精度为0.01m，如著名的哈勃太空望远镜，能观察140亿光年的天体（六轴CNC研磨抛光机 ）（图）。红外线探测器反射镜，其抛物面反射镜形状精度为1m，表面粗糙度为Ra0.01m，其加工精度直接影响导弹的引爆距离和命中率。激光核聚变用的曲面镜，其形状精度小于1m，表面粗糙度小于Ra0.01m，其质量直接影响激光的光源性能。 4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。5 民

34、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。至于超精密加工机床、设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。2 超精密加工技术的现状美国是开展研究最早的国家(单件大型零件加工)。日本是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家（中小零件加工） 。我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。影响精密和超精密加工的因素1 加工机理近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占

35、有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、刻蚀、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。 2 被加工材料 用精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求。例如，要求被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观缺陷；其化学成分的误差应在10-210-3数量级，不能含有杂质；其物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热导率和膨胀系数等应达到10-510-6数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格控制熔渣过滤、辗轧

36、方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能满足物理、化学、力学等性能要求。 3 加工设备及其基础元部件 (1)高精度。(2)高刚度。 (3)高稳定性。 (4)高自动化。 加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。4 加工工具 加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技术。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到24nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。 磨

37、具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常，采用粒度为W20W0.5的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。5 检测与误差补偿 尺寸和形位精度可用电子测微仪、电感测微仪、电容测微仪、自准直仪和激光干涉仪来测量。表面粗糙度可用电感式、压电晶体式表面形貌仪等进行接触测量，或用光纤法、电容法、超声微波法和隧道显微镜法进行非接触测量；表面应力、表面变质层深度、表面微裂纹等缺陷，可用X光衍射法、激光干涉法等来测量。检测可采取离线的、在位的和在线的三种方式。 误差预防通过提高机床制造精度、保证加工环境条件等来减少误差源及其影响；误差补偿是在误差分离的基础上，

38、利用误差补偿装置对误差值进行静态和动态补偿，以消除误差本身的影响。静态误差补偿是根据事先测出的误差值，在加工时通过硬件或软件进行补偿；动态误差补偿是在在线检测基础上，在加工时进行实时补偿6 工作环境超稳定环境条件是指恒温、防振、超净和恒湿四方面的条件。 环境温度可根据加工要求控制在±1±0.02，甚至达到±0.0005。 在恒温室内，一般湿度应保持在55%60%，防止机器的锈蚀、石材膨胀，以及一些仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。 洁净度要求1000100级，100级是指每立方英尺空气中所含大于0.5m的尘埃不超过100个，依此类推超精密加工技术发展展望1 技术发展

39、趋势向更高精度、更高效率方向发展；向大型化、微型化方向发展；向加工检测一体化方向发展；机床向多功能模块化方向发展；不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。2 主要研究内容(1)超精密切削、磨削的基本理论和工艺；(2)超精密设备的关键技术、精度、动特性和热稳定性；(3)超精密加工的精度检测、在线检测和误差补偿；(4)超精密加工的环境条件；(5)超精密加工的材料。LODTM（美国立式大型光学金刚石车床被公认为世界上精度最高的超精密机床 OAGM2500英国的CRANFIELD精密加工中心于1991年研制成功OAGM-2500多功能三坐标联动数控磨床（工作台面积2500mm），可加工（磨削

40、、车削）和测量精密自由曲面。该机床采用加工件拼合方法，还可加工出天文望远镜中的直径7.5m的大型反射镜。 常用精密加工和超精密加工方法 分类加工方法加工刀具精度/m表面粗糙度Ra/m被加工材料应  用刀具切削加工切削精密、超精密车削天然单晶金刚石刀具、人造聚晶金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、硬质合金刀具10.10.050.008金刚石刀具、有色金属及其合金等软材料，其他材料刀具，各种材料球、磁盘、反射镜精密、超精密铣削多面棱体精密、超精密镗削活塞销孔微孔钻削硬质合金钻头，高速钢钻头20100.2低碳钢、铜、铝、石墨、塑料印刷线路板、石墨模具、喷嘴磨

41、料加工磨削精密、超精密砂轮磨削氧化铝、碳化硅、立方氮化硼、金刚石等磨料砂轮50.50.050.008黑色金属、硬脆材料、非金属材料外圆、孔、平面精密、超精密砂带磨砂带平面、外圆磁盘、磁头研磨精密、超精密研磨铸铁、硬木、塑料等研具，氧化铝、碳化硅、金刚石等磨料10.10.0250.008黑色金属、硬脆材料、非金属材料外圆、孔、平面油石研磨氧化铝油石、玛瑙油石、电铸金刚石油石平面磁性研磨磁性磨料1010.01黑色金属外圆 去毛刺滚动研磨固结磨料、游离磨料、化学或电解作用液体黑色金属等型腔抛光精密、超精密抛光抛光器 氧化铝、氧化铬等磨料10.10.0250.008黑色金属、铝合金外圆、孔、平面弹性发

42、射加工聚氨酯球抛光器、高压抛光液0.10.0010.0250.008黑色金属、非金属材料平面、型面液体动力抛光带有楔槽工作表面的抛光器 抛光液0.10.010.0250.008黑色金属、非金属材料、有色金属平面、圆柱面水合抛光聚氨酯抛光器 抛光液0.10.10.01黑色金属、非金属材料平面磁流体抛光非磁性磨料 磁流体0.10.10.01黑色金属、非金属材料、有色金属平面挤压研抛粘弹性物质 磨料50.01黑色金属等型面、型腔去毛刺、倒棱喷射加工磨料 液体50.010.02黑色金属等孔、型腔砂带研抛砂带 接触轮10.10.010.008黑色金属、非金属材料、有色金属外圆、孔、平面、型面超精研抛研具

43、(脱脂木材，细毛毡)、磨料、纯水10.10.010.008黑色金属、非金属材料、有色金属平面超精加工精密超精加工磨条 磨削液10.10.0250.01黑色金属等外圆珩磨精密珩磨磨条 磨削液10.10.0250.01黑色金属等孔特种加工电火花加工电火花成形加工成形电极，脉冲电源、煤油、去离子水5012.50.02导电金属型腔模电火线切割加工钼丝、铜丝、脉冲电源、煤油、去离子水2032.50.16冲模、样板(切断开槽)电化学加工电解加工工具极(铜、不锈钢)电解液10031.250.06导电金属型孔、型面、型腔电铸导电原模 电铸溶液10.020.012金属成形小零件化学加工蚀刻掩模板、光敏抗蚀剂、离

44、子束装置、电子束装置0.12.50.2金属、非金属、半导体刻线、图形化学铣削刻形、光学腐蚀溶液、耐腐蚀涂料20102.50.2黑色金属、有色金属等下料、成形加工(如印刷线路板)超声加工超声波发生器、换能器、变幅杆、工具3052.50.04任何硬脆金属和非金属型孔、型腔微波加工针状电极(钢丝、铱丝)、波导管106.30.12绝缘材料、半导体打孔红外光加工红外光发生器106.30.12任何材料打孔、切割电子束加工电子枪、真空系统、加工装置(工作台)1016.30.12任何材料微孔、镀膜、焊接、蚀刻离子束加工离子束去除加工离子枪、真空系统、加工装置(工作台)0.010.0010.020.01任何材料

45、成形表面、刃磨、蚀刻离子束附着加工10.10.020.01镀膜离子束结合加工注入、掺杂激光束加工激光器、加工装置(工作台)1016.30.12任何材料打孔、切割、焊接、热处理复合加工电解精密电解磨削工具极、电解液、砂轮2010.080.01导电黑色金属、硬质合金轧辊、刀具刃磨精密电解研磨工具极、电解液、磨料10.10.0250.008平面、外圆、孔精密电解抛光工具极、电解液、磨料1010.050.008导电金属平面、外圆、孔、型面超声精密超声车削超声波发生器、换能器、变幅杆、车刀510.10.01难加工材料外圆、孔、端面、型面精密超声磨削超声波发生器、换能器、变幅杆、砂轮310.10.01外圆

46、、孔、端面精密超声研磨超声波发生器、换能器、变幅杆、研磨剂研具10.10.0250.008黑色金属等硬脆材料外圆、孔、平面化学机械化学研磨研具、磨料、化学活化研磨剂0.10.010.0250.008黑色金属、非金属材料外圆、孔、平面、型面机械化学抛光抛光器、增压活化抛光液0.010.01各种材料外圆、孔、平面、型面化学机械抛光抛光器、增压活化抛光液0.010.01外圆、孔、平面、型面精密和超精密砂带磨削时磨削机理的研究现状及发展趋势目录一、 砂带磨削的机理和特点1二、国内外砂带磨削技术的研究及应用现状3三、砂带磨削趋势6引言：随着汽车、建材、航空及轻工业的进步和发展, 对金属材料和非金属材料特

47、别是难加工材料如不锈钢、钛合金、半导体材料、陶瓷材料等的表面加工质量、精度、完整性等提出了更高要求, 若采用传统的车削、铣削等工艺方法难以满足这些要求。而砂带磨削作为一种磨削和抛光的新工艺, 是一种优质、高效、低耗的加工方法, 已成为精密、超精密加工的有效方法之一, 在各行各业发挥着越来越大的作用, 现已成为国内外材料和机械交叉学科中引人注目的领域, 具有很大的发展潜力。一、 砂带磨削的机理和特点1.砂带的结构特点： 砂带是特殊形态的多刀、多刃的切削工具，其切削功能主要是由粘附在基底上的磨粒来完成。 如上图所示，砂带由基材、磨料和粘结剂三要素组成。基材可以是布或纸；粘接剂为胶或人造树脂；磨料可

48、为刚玉、碳化硅或者玻璃砂等。基材在运动的过程中采用高压静电植砂的办法粘结上磨粒，因此砂带上的磨粒几乎都是垂直于基底，锐端向外，定向排列，分布均匀，多刃也基本上是等高排列的。2.砂带磨削的切削原理：砂带磨削是根据工件的形状与大小，以相应的方式，使高速运转的砂带与工件表面接触进行磨削或抛光的一种新工艺。 砂带机一般由电机、砂带、接触轮、张紧轮、张紧弹簧与支架、吸尘器及其它辅助部件等组成：接触轮通常多采用橡胶轮，具有弹性接触的性能，并能在磨削的过程中起一定的支持作用；张紧轮装置起张紧砂带、更换砂带及调整砂带跑偏的作用。砂带磨削时, 磨粒在一定压力作用下作切削运动, 与工件表面相互作用,实现对工件表面

49、磨削和抛光。根据磨粒与工件表面接触时干涉程度的不同, 可以分为3 个阶段, 即滑擦、耕犁和切削。滑擦: 磨粒与工件表面相互接触干涉少, 工件表面发生弹塑性变形, 磨粒只摩擦工件表面, 不切除材料; 耕犁: 随着磨削用量的增加, 磨粒与工件表面干涉增大, 材料表面发生塑性流动产生挤压式运动,从磨粒的下方和两侧挤出, 磨粒在工件表面犁出“ 刻线” , 切除少量材料; 切削: 在一定压力作用和温度条件下, 磨粒与工件表面间产生足够的干涉, 开始真正地􀀁 切削􀀁, 材料在磨粒的前方产生断裂, 形成切屑, 有较大的材料去除率。在磨削加工过程中, 不同磨粒的作用可能不同

50、, 即一部分磨粒起滑擦作用, 一部分进行耕犁, 还有一些进行切削, 即使同一颗磨粒的不同部位以及同一部位在不同加工时间所起的作用也不尽相同。对于磨削的机理、切屑的形成、磨削力、磨削温度、磨削热等问题的解释涉及到物理学、数学、弹塑性力学、断裂力学、摩擦学、计算机科学等基础科学，可见砂带磨削机理较为复杂。3. 砂带磨削的特点( 1) （ 冷态） 磨削: 由于砂带有较长的周长, 散热快, 使磨粒得到很好的冷却, 不易产生工件表面烧伤现象, 工件表面通常无微裂纹出现或金相组织的改变。( 2) （ 弹性） 磨削: 由于砂带自身有很好的挠性和柔性, 与工件是柔性接触, 具有很好的磨合和抛光作用。( 3)

51、（ 高效） 磨削: 砂带磨削生产效率高, 在材料去除率方面,砂带磨床远远超过了砂轮磨床, 约为普通砂轮磨削的5 20 倍,铣削的10 倍; 功率利用率达96%, 国外生产的强力砂带磨床,金属切除率已达737. 5cm3。( 4) 磨削质量好: 经砂带磨削的工件表面的尺寸精度、形状精度和表面粗糙度与经同类型砂轮磨削的相当,而表面层冷硬程度和残余应力等质量指标则明显改善。例如用砂带磨削外圆时,精磨后尺寸精度可达±0.003-±0.005mm,表面粗糙度Ra0.2-0.63um;用砂带磨削与特种加工相结合的复合工艺又可进一步提高加工精度和表面质量。如砂带磨削与超声振动相结合抛磨磁

52、盘涂层表面时,粗糙度可达0.01um;砂带磨削其表面冷硬程度与残余应力仅为砂轮磨削有1/10。( 5) 适用范围广: 几乎可加工所有工程材料及各种复杂形状的表面,现砂带磨削已成功地运用于难磨削材料的磨削加工,金属材料如钛合金、不锈钢、各种耐热钢、淬火钢、各种难加工铸铁和有色金属;非金属材料如陶瓷、大理石、玻璃等;特殊材料如单晶硅体、红宝石、蓝宝石等;复杂型面如叶片、摆线齿轮等。( 6) 生产成本低、经济效益好: 砂带磨床结构简单, 制造成本比砂轮磨床的低; 新砂带调整容易, 可以一次定位, 多次更换砂带; 有实验证明, 砂带磨削的磨削比( 切除工件材料重量与磨粒消耗重量之比) 可达300 ： 1 400： 1, 而砂轮磨削仅为30： 1。二、国内外砂带磨削技术的研究及应用现