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1、第8章 精密加工与特种加工 8.1 精密加工和超精密加工8.1.1 精密加工和超精密加工的基本概念精密加工和超精密加工代表了加工精度发展的不同阶段。精密加工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。超精密加工不仅涉及精度指标，还必须考虑到工件的形状特点和材料等因素。当前,精密加工是指加工精度为10.1m、表面超糙度为Ra0.10.01m 的加工技术;超精密加工是指加工精度高于0.1m,表面粗糙度小于Ra0.025m 的加工技术,又称亚微米级加工。目前超精密加工已进入纳米级,并称为纳米加工及相应的纳米技术。8.1.2
2、 精密加工和超精密加工的特点 1加工方法加工方法:精密和超精密加工方法可以分为切削加工、磨削加工、特种加工和复合加工四大类。2 2加工原则加工原则 3 3加工设备加工设备 4 4切削性能切削性能 5 5加工环境加工环境 6 6工件材料工件材料 7 7加工与检测一体化加工与检测一体化 8.1.3 精密加工和超精密加工方法简介 1金刚石精密切削:金刚石精密切削是指用金刚石车刀加工工件表面，获得尺寸精度为01m数量级和表面粗糙度Ra值为00lm的超精加工表面的一种精密切削方法。金刚石精密切削的机理金刚石精密切削的机理:切削层非常薄，常在01m以下，切削常在晶粒内进行，要求切削力大于原子、分子间的结合
3、力.影响金刚石超精密切削的主要因素影响金刚石超精密切削的主要因素:加工设备要求具有高精度、高刚度、良好的稳定性、抗振性和数控功能等,金刚石刀具的刃磨是一个关键技术,由于金刚石精密切削的切深很小，因此要求被加工材料组织均匀，无微观缺陷,工作环境要求恒温、恒湿、净化和抗振。金刚石精密切削的应用金刚石精密切削的应用:主要用于切削铜、铝及其合金。如高密度硬磁盘的铝合金片基，表面粗糙度Ra可达0003m，平面度可达02m。2 2精密与超精密磨削加工精密与超精密磨削加工:精密和超精密磨床是超精密磨削的关键。精密和超精密磨削是微量、超微量切除加工。精密和超精密磨削是一个系统工程。精密和超精密磨料加工方法分类
4、:精密和超精密磨料加工可分为固结磨料和游离磨料两大类加工方式 8.1.3 精密加工和超精密加工方法简介(续)（2）精密磨削机理1)微刃的微切削作用。2)微刃的等高切削作用。3)微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。（3）影响精密与超精密磨削的因素 3精密与超精密研磨和抛光加工精密与超精密研磨和抛光加工（1 1）研磨加工）研磨加工 8.1.3 精密加工和超精密加工方法简介(续)（2）抛光加工）抛光加工:1)由磨粒进行的机械抛光可塑性地生成切屑。但是它仅利用极少磨粒强制压入产生作用。2)借助磨粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凸凹变平。3)在加工液中进行化学性溶析。4)工件和磨粒之间有直接的化学反应而有助
5、于上述现象，也不可忽视。（3）采用新工作原理的超精密研磨与抛光技术如流体动力抛光加工、超声振动磨削、电化学抛光、超声电化学抛光、放电磨削、电化学放电修整磨削、动力悬浮研磨、磁流体研磨、磁性磨料抛光、机械化学抛光、化学机械抛光、电化学机械抛光、摆动磨料流抛光和电泳磨削技术、弹性发射加工(又称软质粒子抛光)、挤压研抛、滚动研磨、喷射加工等,其特点是:模糊了研磨和抛光的概念,取研磨的高精度、抛光的高效率和低表面粗糙度,形成研抛加工的新方法;采用软质磨粒,甚至采用比工件材料硬度更低的磨料,使工件被加工表面不造成机械损伤;抛光、研磨工具与工件被加工表面不接触,形成非接触研磨抛光,或称浮动抛光;整个研磨、
6、抛光在工作液中进行,热变形影响小,又可防止空气中的尘埃影响;采用复合加工，如化学机械抛光是化学作用和机械作用相结合的复合超精密加工技术。8.2 特种加工简介 8.2.1电火花加工 加工速度慢、加工速度与表面质量矛盾十分明显，但电火花加工不产生切削力引起的残余应力或变形，可用于各种导电材料型腔面和小孔、薄壁孔及曲线孔的加工，尤其适于加工模具及难加工材料。目前常用于穿孔加工、三维型腔加工和线切割加工等。8.2.2电解加工 电解加工可加工各种金属材料，一次进给直接成形，生产率较高，加工表面不会产生残余应力和变形，工具阴极在加工过程中基本无损耗；但加工精度不高且难以控制，电解液对设备有腐蚀作用。电解加
7、工主要用于各种模具的型腔和各种型孔及难加工材料的加工。8.2 特种加工简介(续)8.2.3激光加工激光可加工金属及非金属材料，加工效率高，切缝窄，因此工件热变形小，易于保证加工精度；由于属非接触性加工，没有切削力，可用于薄板类零件的高精加工；能通过透明介质，对隔离室内零件进行加工；节能、环保，易于实现加工自动化。激光在机械加工中主要用于打孔和切割。8.2.5电子束加工 电子束加工的能量密度高，压力微小，污染少，易于实现自动化控制。电子束加工按功率密度和能量注入时间不同，可分别用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理和光刻等；能加工超硬、难熔的金属和非金属材料，打孔的最小直径可达0.003mm。8.2.6离子束加工 离子刻蚀是用一定能量的氩离子轰击工件，将加工部位的原子逐个剥离。离子束加工精度高，一般加工误差可以控制在5毫微米以下（几到十几个原子厚度），变形小，污染小，常用于半导体和光栅的刻蚀加工。8.2 特种加工简介(续)8.2.7超声波加工超声波适用于脆性材料的加工，不仅可加工硬质合金、淬火钢等，还可加工玻璃、陶瓷、半导体材料等。超声加工适合用于各种复杂的型孔、型腔、成形表面的加工，也可用于切割、雕刻、研磨以及薄板、薄壁零件等加工。