第8章-機(jī)械零件的精密加工與特種加工-《機(jī)械制造技術(shù)》課件

第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工

（時(shí)間：2次課，4學(xué)時(shí)）第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工（時(shí)間：2次課，4學(xué)1第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工

【教學(xué)目標(biāo)】隨著生產(chǎn)發(fā)展和科技進(jìn)步的需要，精密加工與特種加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的作用越來越重要。本章介紹精密與超精密加工技術(shù)、特種加工技術(shù)，其中包括常用的加工方法：金剛石刀具的超精密切削、光整加工、電火花加工、激光加工、超聲加工等加工方法。第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工【教學(xué)目標(biāo)】2第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工【本章要點(diǎn)】金剛石刀具超精密切削機(jī)理及機(jī)床光整加工工藝電火花加工原理、設(shè)備及加工工藝激光加工原理、設(shè)備及加工工藝第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工【本章要點(diǎn)】38.1精密與超精密加工8.2特種加工習(xí)題與思考第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工8.1精密與超精密加工第8章機(jī)械零件的精密加工與特48.1精密與超精密加工8.1.1概述8.1.2金剛石刀具的超精密切削8.1.3光整加工8.1精密與超精密加工8.1.1概述58.1.1概述1.精密與超精密加工的范疇精密與超精密加工對尖端技術(shù)的發(fā)展起著非常重要的作用，現(xiàn)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。機(jī)械加工按精度可分為一般加工、精密加工與超精密加工。精密與超精密加工一般是根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量兩項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行劃分的。精密加工是指在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的精密加工工藝。這種劃分是相對的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，精密加工與超精密加工的等級(jí)不斷提高，其劃分界限也將逐漸向前推移。8.1.1概述1.精密與超精密加工的范疇68.1.1概述2.常用精密與超精密加工方法精密與超精密加工主要分為兩類：一是采用金剛石刀具對工件進(jìn)行超精密的微細(xì)切削和應(yīng)用磨料磨具對工件進(jìn)行珩磨、研磨、拋光、精密和超精密磨削等；二是采用激光加工、微波加工、等離子加工、超聲波加工、光刻等特種加工方法。另外，現(xiàn)在經(jīng)常提及的微細(xì)加工是指制造微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)，是超精密加工的一個(gè)分支。8.1.1概述2.常用精密與超精密加工方法78.1.1概述3.影響精密和超精密加工的主要因素精密與超精密加工發(fā)展到今天，已不再是一種孤立的加工方法和單純的工藝過程，而是形成了內(nèi)容極為廣泛的制造系統(tǒng)工程，它涉及超微量切除技術(shù)、高穩(wěn)定性和高凈化的工作環(huán)境、計(jì)量技術(shù)、工況檢測及質(zhì)量控制等。影響精密和超精密加工的因素如圖8-1所示。8.1.1概述3.影響精密和超精密加工的主要因素88.1.2金剛石刀具的超精密切削1.金剛石刀具及其刃磨金剛石刀具是將金剛石刀頭用機(jī)械夾緊或黏結(jié)方式固定在刀體上所構(gòu)成的，圖8-2所示為機(jī)械夾固式金剛石車刀。金剛石刀頭被安裝在刀體5的槽中，上、下各墊一層0.1mm厚的紫銅片，以防刀頭被壓緊時(shí)破裂，通過螺釘3與壓板4將金剛石固定在刀體上。圖8-2機(jī)械夾固式金剛石車刀1—墊片；2—金剛石；3—螺釘；4—壓板；5—刀體8.1.2金剛石刀具的超精密切削1.金剛石刀具及其刃磨98.1.2金剛石刀具的超精密切削2.超精密機(jī)床及其結(jié)構(gòu)精密及超精密機(jī)床所具有的極高的幾何精度，是實(shí)現(xiàn)超精密加工的主要條件之一。下面從四個(gè)方面簡述超精密機(jī)床的特點(diǎn)。(1)超精密機(jī)床的總體布局。(2)超精密機(jī)床主軸部件。(3)床身導(dǎo)軌。(4)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。8.1.2金剛石刀具的超精密切削2.超精密機(jī)床及其結(jié)構(gòu)108.1.2金剛石刀具的超精密切削3.超精密切削的應(yīng)用金剛石超精密切削主要用于鋁、銅及其合金的加工，如加工高密度硬磁盤的鋁合金片基，平面度達(dá)0.2μm，表面粗糙度Ra值達(dá)0.003μm。8.1.2金剛石刀具的超精密切削3.超精密切削的應(yīng)用118.1.3光整加工光整加工是生產(chǎn)中常用的精密加工方法，通常是在精車、精銑、精鉸和精磨的基礎(chǔ)上進(jìn)行的加工，它可以獲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、珩磨和超精加工等。1.研磨2.珩磨3.超精加工8.1.3光整加工光整加工是生產(chǎn)中常用的精密加工128.2特種加工8.2.1概述8.2.2電火花及線切割加工8.2.3激光加工8.2特種加工8.2.1概述138.2.1概述1.特種加工的產(chǎn)生及特點(diǎn)在機(jī)械制造業(yè)中，切削加工方法長期以來占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，隨著生產(chǎn)和科學(xué)的發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，對某些特殊要求也越來越高，對機(jī)械制造部門提出了新的要求，切削加工方法面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。8.2.1概述1.特種加工的產(chǎn)生及特點(diǎn)148.2.1概述2.特種加工的分類特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量的來源和作用形式以及加工原理劃分為表8-1所示形式。表8-2為幾種常用特種加工方法的綜合比較。8.2.1概述2.特種加工的分類158.2.2電火花及線切割加工電火花加工(ElectricalDischargeMachining，簡稱EDM)又稱電腐蝕加工、放電加工，是在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫將電極對表面材料蝕除下來，對工件進(jìn)行加工的方法。從20世紀(jì)40年代開始對它進(jìn)行研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。隨著加工速度和電極損耗等加工特性的改善，電火花加工得到廣泛應(yīng)用。加工范圍已從小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。特別是電火花線切割機(jī)床的出現(xiàn)，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。8.2.2電火花及線切割加工電火花加工(Elec168.2.2電火花及線切割加工1.電火花加工(1)工作原理電火花加工是基于工具電極和工件之間脈沖性火花放電時(shí)的電蝕現(xiàn)象蝕除多余金屬，對零件進(jìn)行加工的。8.2.2電火花及線切割加工1.電火花加工178.2.2電火花及線切割加工2.電火花線切割加工(1)工作原理電火花線切割加工(WireCutEDM，簡稱WEDM)又稱“線切割”，它是通過線狀工具電極與工件間規(guī)定的相對運(yùn)動(dòng)，把工件切割成形，加工時(shí)線狀工具電極沿自身方向做往復(fù)或單向運(yùn)行，如圖8-16所示。8.2.2電火花及線切割加工2.電火花線切割加工188.2.2電火花及線切割加工圖8-16電火花線切割加工原理圖1—絕緣底板；2—工件；3—脈沖電源；4—電極絲；5—導(dǎo)向輪；6—支架；7—貯絲筒8.2.2電火花及線切割加工圖8-16電火花線切割加198.2.3激光加工激光加工(LaserBeamMachining，簡稱LBM)是利用光能量進(jìn)行加工的一種方法。激光加工可以用于打孔，切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個(gè)領(lǐng)域，由于激光加工不需要加工工具，而且加工速度快、表面變形小，可以加工硬、脆、軟、韌、難熔的金屬和非金屬等各種材料，已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中愈來愈多地顯示了它的優(yōu)越性，所以很受人們的重視。激光加工初期主要用于各種材料的微細(xì)加工，而目前已發(fā)展到大尺寸和厚材料的加工，其應(yīng)用范圍也越來越廣泛。8.2.3激光加工激光加工(LaserBeam208.2.3激光加工1.激光的特性激光加工具有以下特性。(1)強(qiáng)度高。(2)單色性好。(3)相干性好。(4)方向性好。8.2.3激光加工1.激光的特性218.2.3激光加工2.激光加工的原理激光加工的基本原理是通過激光的聚焦，照射在工件上，將光能轉(zhuǎn)換為熱能，把工件材料熔化或汽化，達(dá)到去除材料的目的，從而完成加工過程。由于激光加工的功率密度極高，光能轉(zhuǎn)化的熱能幾乎可以熔化、汽化任何材料，像耐熱合金、陶瓷、石英、金剛石等硬脆材料，都可以采用激光加工。8.2.3激光加工2.激光加工的原理228.2.3激光加工3.激光加工的基本設(shè)備激光加工的基本設(shè)備由激光器、激光器電源、光學(xué)系統(tǒng)、激光加工系統(tǒng)等組成。(1)激光器(2)激光器電源(3)光學(xué)系統(tǒng)(4)激光加工系統(tǒng)8.2.3激光加工3.激光加工的基本設(shè)備238.2.3激光加工4.激光加工的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用(1)激光加工的工藝特點(diǎn)(2)激光加工的應(yīng)用8.2.3激光加工4.激光加工的工藝特點(diǎn)及應(yīng)用24習(xí)題與思考(1) 試述精密與超精密加工的概念、特點(diǎn)及主要影響因素。(2) 分析金剛石刀具超精密切削的機(jī)理及其應(yīng)用范圍。(3) 常規(guī)加工工藝和特種加工工藝之間有何關(guān)系？應(yīng)該如何正確處理兩者之間的關(guān)系？(4) 電火花加工的原理是什么？(5) 激光加工的機(jī)理是什么？習(xí)題與思考(1) 試述精密與超精密加工的概念、特點(diǎn)及主要影25第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工

（時(shí)間：2次課，4學(xué)時(shí)）第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工（時(shí)間：2次課，4學(xué)26第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工

【教學(xué)目標(biāo)】隨著生產(chǎn)發(fā)展和科技進(jìn)步的需要，精密加工與特種加工技術(shù)在現(xiàn)代制造業(yè)中的作用越來越重要。本章介紹精密與超精密加工技術(shù)、特種加工技術(shù)，其中包括常用的加工方法：金剛石刀具的超精密切削、光整加工、電火花加工、激光加工、超聲加工等加工方法。第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工【教學(xué)目標(biāo)】27第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工【本章要點(diǎn)】金剛石刀具超精密切削機(jī)理及機(jī)床光整加工工藝電火花加工原理、設(shè)備及加工工藝激光加工原理、設(shè)備及加工工藝第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工【本章要點(diǎn)】288.1精密與超精密加工8.2特種加工習(xí)題與思考第8章機(jī)械零件的精密加工與特種加工8.1精密與超精密加工第8章機(jī)械零件的精密加工與特298.1精密與超精密加工8.1.1概述8.1.2金剛石刀具的超精密切削8.1.3光整加工8.1精密與超精密加工8.1.1概述308.1.1概述1.精密與超精密加工的范疇精密與超精密加工對尖端技術(shù)的發(fā)展起著非常重要的作用，現(xiàn)已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。機(jī)械加工按精度可分為一般加工、精密加工與超精密加工。精密與超精密加工一般是根據(jù)加工精度和表面質(zhì)量兩項(xiàng)指標(biāo)來進(jìn)行劃分的。精密加工是指在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的精密加工工藝。這種劃分是相對的，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，精密加工與超精密加工的等級(jí)不斷提高，其劃分界限也將逐漸向前推移。8.1.1概述1.精密與超精密加工的范疇318.1.1概述2.常用精密與超精密加工方法精密與超精密加工主要分為兩類：一是采用金剛石刀具對工件進(jìn)行超精密的微細(xì)切削和應(yīng)用磨料磨具對工件進(jìn)行珩磨、研磨、拋光、精密和超精密磨削等；二是采用激光加工、微波加工、等離子加工、超聲波加工、光刻等特種加工方法。另外，現(xiàn)在經(jīng)常提及的微細(xì)加工是指制造微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)，是超精密加工的一個(gè)分支。8.1.1概述2.常用精密與超精密加工方法328.1.1概述3.影響精密和超精密加工的主要因素精密與超精密加工發(fā)展到今天，已不再是一種孤立的加工方法和單純的工藝過程，而是形成了內(nèi)容極為廣泛的制造系統(tǒng)工程，它涉及超微量切除技術(shù)、高穩(wěn)定性和高凈化的工作環(huán)境、計(jì)量技術(shù)、工況檢測及質(zhì)量控制等。影響精密和超精密加工的因素如圖8-1所示。8.1.1概述3.影響精密和超精密加工的主要因素338.1.2金剛石刀具的超精密切削1.金剛石刀具及其刃磨金剛石刀具是將金剛石刀頭用機(jī)械夾緊或黏結(jié)方式固定在刀體上所構(gòu)成的，圖8-2所示為機(jī)械夾固式金剛石車刀。金剛石刀頭被安裝在刀體5的槽中，上、下各墊一層0.1mm厚的紫銅片，以防刀頭被壓緊時(shí)破裂，通過螺釘3與壓板4將金剛石固定在刀體上。圖8-2機(jī)械夾固式金剛石車刀1—墊片；2—金剛石；3—螺釘；4—壓板；5—刀體8.1.2金剛石刀具的超精密切削1.金剛石刀具及其刃磨348.1.2金剛石刀具的超精密切削2.超精密機(jī)床及其結(jié)構(gòu)精密及超精密機(jī)床所具有的極高的幾何精度，是實(shí)現(xiàn)超精密加工的主要條件之一。下面從四個(gè)方面簡述超精密機(jī)床的特點(diǎn)。(1)超精密機(jī)床的總體布局。(2)超精密機(jī)床主軸部件。(3)床身導(dǎo)軌。(4)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。8.1.2金剛石刀具的超精密切削2.超精密機(jī)床及其結(jié)構(gòu)358.1.2金剛石刀具的超精密切削3.超精密切削的應(yīng)用金剛石超精密切削主要用于鋁、銅及其合金的加工，如加工高密度硬磁盤的鋁合金片基，平面度達(dá)0.2μm，表面粗糙度Ra值達(dá)0.003μm。8.1.2金剛石刀具的超精密切削3.超精密切削的應(yīng)用368.1.3光整加工光整加工是生產(chǎn)中常用的精密加工方法，通常是在精車、精銑、精鉸和精磨的基礎(chǔ)上進(jìn)行的加工，它可以獲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、珩磨和超精加工等。1.研磨2.珩磨3.超精加工8.1.3光整加工光整加工是生產(chǎn)中常用的精密加工378.2特種加工8.2.1概述8.2.2電火花及線切割加工8.2.3激光加工8.2特種加工8.2.1概述388.2.1概述1.特種加工的產(chǎn)生及特點(diǎn)在機(jī)械制造業(yè)中，切削加工方法長期以來占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，隨著生產(chǎn)和科學(xué)的發(fā)展，新材料、新結(jié)構(gòu)的不斷出現(xiàn)，對某些特殊要求也越來越高，對機(jī)械制造部門提出了新的要求，切削加工方法面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。8.2.1概述1.特種加工的產(chǎn)生及特點(diǎn)398.2.1概述2.特種加工的分類特種加工的分類還沒有明確的規(guī)定，一般按能量的來源和作用形式以及加工原理劃分為表8-1所示形式。表8-2為幾種常用特種加工方法的綜合比較。8.2.1概述2.特種加工的分類408.2.2電火花及線切割加工電火花加工(ElectricalDischargeMachining，簡稱EDM)又稱電腐蝕加工、放電加工，是在一定的介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫將電極對表面材料蝕除下來，對工件進(jìn)行加工的方法。從20世紀(jì)40年代開始對它進(jìn)行研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。隨著加工速度和電極損耗等加工特性的改善，電火花加工得到廣泛應(yīng)用。加工范圍已從小至幾微米的小軸、孔、縫，大到幾米的超大型模具和零件。特別是電火花線切割機(jī)床的出現(xiàn)，使其應(yīng)用范圍更加廣泛。8.2.2電火花及線切割加工電火花加工(Elec418.2.2電火花及線切割加工1.電火花加工(1)工作原理電火花加工是基于工具電極和工件之間脈沖性火花放電時(shí)的電蝕現(xiàn)象蝕除多余金屬，對零件進(jìn)行加工的。8.2.2電火花及線切割加工1.電火花加工428.2.2電火花及線切割加工2.電火花線切割加工(1)工作原理電火花線切割加工(WireCutEDM，簡稱WEDM)又稱“線切割”，它是通過線狀工具電極與工件間規(guī)定的相對運(yùn)動(dòng)，把工件切割成形，加工時(shí)線狀工具電極沿自身方向做往復(fù)或單向運(yùn)行，如圖8-16所示。8.2.2電火花及線切割加工2.電火花線切割加工438.2.2電火花及線切割加工圖8-16電火花線切割加工原理圖1—絕緣底板；2—工件；3—脈沖電源；4—電極絲；5—導(dǎo)向輪；6—支架；7—貯絲筒8.2.2電火花及線切割加工圖8-16電火花線切割加448.2.3激光加工激光加工(LaserBeamMachining，簡稱LBM)是利用光能量進(jìn)行加工的一種方法。激光加工可以用于打孔，切割、電子器件的微調(diào)、焊接、熱處理以及激光存貯等各個(gè)領(lǐng)域，由于激光加工不需要加工工具，而且加工速度快、表面變形小，可以加工硬、脆、軟、韌、難熔的金屬和非金屬等各種材料，已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中愈來愈