精密加工和特种加工简介
特种加工
1．特种加工的含义：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；它与传统切削加工的不同特点主要有：1）不是主要依靠机械能；2）工具的硬度可以低于被加工工件材料的硬度；3）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）。
特种加工的优势：1）特种加工技术可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属、非金属材料或复合材料，2）特别适合于加工复杂、微细表面和低刚度的零件；3）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。
2.结合加工（增材加工）的例子：电镀、电铸、快速成形加工、激光焊接等。
3.天然金刚石刀具是精密与超精密加工的基本刀具。
4.超精密加工的实现条件：1）超精密加工的机理与工艺方法；2）超精密加工工艺装备；3）超精密加工工具；4）超精密加工中的工件材料；5）精密测量及误差补偿技术；6）超精密加工工作环境、条件等。
5.超精密机床的主轴部件：主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。
超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动，而满足该要求的关键在于所用的精密轴承。
高精度的滚动轴承主轴制造困难，因此现在多使用液体静压轴承和空气静压轴承。
1）液体静压轴承主轴优点：具有回转精度高、刚度较高、转动平稳、无振动的特点（被广泛用于超精密机床）缺点：1.油温随转速的升高而升高，造成热变形，影响主轴精度 2.静压油回油时将空气带入油源，形成微小气泡悬浮在油中，不易排出，因而降低了液体静压轴承的刚度和运动性。
2）空气静压轴承主轴优点：具有很高的回转精度，在高速转动时温升甚小，基本达到恒温状态，因此造成的热变形误差很小；缺点：与液体静压轴承相比，空气轴承刚度低，承受载荷较小。
6.主轴的驱动方式：1）柔性联轴器驱动；2）内装式同轴电动机驱动。
7.常用的导轨部件：超精密机床常采用平面导轨结构的液体静压导轨和空气静压导轨，滚动导轨也有着广泛的应用。
特种加工
分类: 3. 分类:
电火花线切割加工 电火花成型加工 其他类型加工
二,电火花成型加工
1.定义 定义: 定义
电火花成型加工又称放电加工,它是在 加工过程中,使工具和工件之间不断产 生脉冲性的火花放电,靠放电时产生的 局部,瞬时的高温将金属蚀除下来这种 利用火花放电时产生的腐蚀现象对金属 材料进行加工的方法叫电火花加工.
4) 加工后零件无残余应力,加工质量较好 5) 工具阴极不损耗,而电火花加工损耗 6) 影响电解加工的因素较多,较难实现高精 度稳定加工(不能加工棱角,尖角) 7) 加工型腔 型面的阴极设计工作量大,有 时必须通过实验修正,模具制作周期长 8) 电解液对机床有腐蚀作用,机床造价费用 高,电解废物对环境污染较严重,必须通过 处理才能排放
电解液
4) 电解液供给方式 正流法 反流法 侧流法
特点 液流均匀性 加工间隙 加工稳定性 表面粗糙度 表面流纹 出液口痕迹 适用范围
正流式 侧流式 不均匀 较均匀 不均匀 较均匀 差 较好 差 较好 较多 少 有 无 外型面 套 较复杂的 长方形浅 料 简单型 型孔 型 型腔 孔 腔
流动方式 反流式 较均匀 较均匀 较好 较好 少 有
电解液
2) 对电解液的基本要求 能使工件材料高速溶解,并获得需要的 加工精度和表面质量 溶液中的金属离子不能在阴极表面镀复 安全 无毒 腐蚀性小 成分稳定 价格 低廉
电解液
3)电解液的种类 Nacl (常用质量分数为14%---18%) NaNO3(常用质量分数为14%---18%)
特 点 NaCl 加工速度 加工精度 表面质量 高 较低
工作液循环系统
工作液应具有一定的绝缘性 有较好的冷却性能 有较好的洗涤性能,利于排屑 有较好的防锈性能,利于机床维护和工件防锈 工作液对人体应无害,工作时应不放出有害气体 消除电离
特种加工
第一章概论1特种加工又称非传统加工（NTM）或非常规机械加工（NCM）2特种加工与切削加工的不同点：不是主要依靠机械能，而是主要用其他能量（电、光、声、热、化学）去处金属材料；工具硬度可以低于被加工材料硬度；加工过程中工具与工件之间不存在显著的机械切削力。
3特种加工的分类缩写：电火花加工：电火花成形加工EDM;电火花线切割加工WEDM；电化学加工：电解加工ECM；电解磨削EGM；电解研磨ECH;电铸EFM；涂镀EPM。
激光加工:激光切割、打孔LBM；激光打标记LBM；激光处理、表面改性LBT。
电子束加工：切割焊接打孔EBM离子束加工：蚀刻、镀覆、注入IBM。
等离子弧加工：切割（喷镀）PAM超声加工：切割打孔雕刻USM化学加工：化学铣削CHM；化学抛光CHP；光刻PCM快速成形：液相固化法SL；粉末烧结法SLS；纸片叠层法LOM；熔丝堆积法FDM4特种加工对材料可加工性和结构工艺性的影响：1提高了材料的可加工性；2改变了零件的典型工艺路线；3改变了试制新产品的模式；4对产品零件的结构设计带来很大影响；5对传统结构工艺性好坏需要重新衡量；6已经成为微细加工和纳米加工的主要手段。
第二章电火花加工一：定义：EDM，又称放电加工。
它是在加工过程中，使工具和工件之间不断产生脉冲性的火花放电，靠放电时局部、瞬时产生的高温把金属蚀除下来。
二：原理：在一定介质（煤油或水）基于工具和工件之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量预定的加工要求。
三：电火花加工的条件：必须使工具电极和工件被加工表面之间经常保持一定的放电间隙，通常约为0.02~0.1mm；火花放电必须是瞬时的脉冲性放电；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行，如煤油、皂化液或去离子水。
四：优点1适合于任何难切削导电材料的加工2可以加工特殊及复杂形状的表面和零件局限性1主要用于加工金属等导电材料，但在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料2一般加工速度较慢3存在电极损耗五：电火花加工的机理：1极间介质的电离、击穿，形成放电通道2介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀（5000度以上）3电极材料的抛出（通道中心的压力最高）4极间介质的消电离六：影响材料放电腐蚀的主要因素1极性效应：在电火花加工过程中，无论是正极还是负极，都会受到不同程度的电蚀。
精密加工与特种加工教材大纲
精密和超精密加工技术部分第一章精密和超精密加工技术及其发展展望（一）课程内容本章主要介绍了发展精密和超精密加工技术的重要性以及超精密加工的现状。
（二）考核知识点和考核要求1、识记：精密加工和超精密加工概念、领域，金刚石刀具两个重要问题，超精密加工中检测内容。
第二章超精密切削与金刚石刀具（一）课程内容本章主要介绍了超精密切削的切削速度选择；超精密切削时刀具的磨损和耐用度；超精密切削时积屑瘤的生成规律；切削参数变化对加工表面质量的影响；刀刃锋锐度对切削变形和表面质量的影响；超精密切削时最小切削厚度；金刚石刀具晶面选择对切削变形和加工表面质量的影响；超精密切削对刀具的要求及金刚石的性能和晶体结构；金刚石晶体各晶面的耐磨性和好磨难磨方向；单晶金刚石刀具的破损机理；金刚石晶体的定向；金刚石刀具的设计与制造。
（二）考核知识点和考核要求1、识记：超精密切削的切削速度选择，金刚石刀具破损或磨损的标志，积屑瘤的生成规律、影响因素及其对加工过程的影响。
刀刃锋锐度对切削过程的影响，金刚石各晶面的好磨难磨方向，金刚石晶体的定向。
2、领会：切削参数对加工表面质量的影响，金刚石的性能特点及晶体结构，单晶金刚石刀具的破损机理，金刚石刀具的设计。
第三章精密磨削和超精密磨削（一）课程内容本章主要介绍了精密和超精密磨削；精密磨削；超硬磨料砂轮磨削；超精密磨削；精密和超精密砂带磨削。
（二）考核知识点和考核要求1、识记：精密和超精密磨料加工方法分类，精密和超精密磨削的特点及其应用，精密和超精密磨削工艺，砂带磨削方式、特点、应用范围及其机理。
2、领会：精密磨削机理，精密磨削与超硬磨料砂轮的修整，超精密磨削机理及其特点。
第四章精密和超精密加工的机床设备（一）课程内容本章主要介绍了精密主轴部件；床身和精密导轨部件；进给驱动系统；微量进给装置；机床的稳定性和减振隔振；减少热变形和恒温控制。
（二）考核知识点和考核要求1、识记：超精密机床的总体布局，导轨的结构形式及其特点，微量进给装置的要求，减少机床热变形的措施。
特种加工
特种加工第一节特种加工综述一、特种加工产生背景随着工业生产及科学技术的发展，工业产品向高精度、高速度、高温、高压等方向发展，使用的材料越来越难于加工，零件形状更加复杂，零件尺寸精度要求愈来愈高，粗糙度值要求愈来愈小。
因此，仅仅依靠传统的切削加工方法，就很难满足要求。
为了解决各种难加工材料的加工问题，如对硬质合金、钛合金、不锈钢的加工；为了解决特殊、复杂表面和精密细小零件的加工，如汽轮机叶片、立体成型表面的锻模、细小孔的喷丝头等的加工；为了解决对表面质量、精度等有特殊要求的零件加工问题，特种加工新工艺逐步发展起来。
二、特种加工的特点特种加工是指切削加工以外的一些新的加工方法。
它与传统的机械加工方法相比，有以下特点：（一）特种加工不是依靠机械能，而是利用电能、声能、光能或化学能来除去工件上多余材料。
（二）机械加工用的工具硬度是不能低于加工材料的，但特种加工用的工具硬度却可以低于被加工材料的硬度，实现了“以柔克刚”。
（三）特种加工中工具与工件间不存在显著的机械切削力，不产生宏观切屑，不产生强烈的弹、塑性变形，故可获得很低的表面粗糙度Ra值。
三、各种特种加工方法的比较表7-1就各种特种加工方法的工艺能力和经济性、适用的工件形状和材料进行了综合比较。
本章就电火花加工、电解加工、激光加工的工作原理、特点及应用场合作简单介绍。
注：○最适合△适合×不适合第二节电火花加工一、电火花加工的基本原理电火花加工是基于在工具与工件之间形成脉冲火花放电时产生的电腐蚀来除去多余金属，以达到加工目的。
图7-1为电火花加工装置原理图，脉冲发生器1的两极分别接在工具电极2与工件3上，当两极在工作液4中靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，在放电通道中瞬时产生大量的热，达到很高的温度（10000℃），使表面局部金属熔化甚至气化而被蚀除，形成一个微小的凹坑。
多次放电的结果，电极和工件的表面由无数极小凹坑所组成，如图7-2所示。
特 种 加 工
电解开始时，阴、阳极间各点距离不等，电流密 度不等，阴、阳极距离较近处的电流密度较大，电解 液的流速较高，阳极溶解速度较快，如左图所示。
由于工具相对于工件表面不断进给，故工件表面 不断被电解，电解产物不断被电解液带走，直至工件 表面形成与阳极表面基本相似的形状为止，如右图所 示。
二、加工特点
（1）电解加工可以加 工高硬度、高强度和高韧性 的材料，并且可以一次性加 工出形状复杂的型面和型腔， 且不产生毛刺。
此时的振幅一般较小，再通过变幅杆，使固定 在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。磨 料在工具的超声频振动（16～25kHz）作用下，以 高速不断撞击、抛磨工件表面，实现加工。
3．加工特点
（1）电火花成形加工适用于小孔、薄壁、窄槽以 及各种复杂形状零件的加工，也适用于精密微细加工。
（2）脉冲参数可任意调节，可以在不更换机床的 情况下连续进行粗、半精、精加工，并且精加工后精度 高。
（3）加工范围非常广，可以加工任何硬、脆、软 及高熔点的导电材料，在一定条件下，甚至可以加工半 导体和绝缘材料。
2．极性效应
在脉冲放电过程中，由工件和工具构成的阴、阳 电极都会被蚀除，但其蚀除速度不同，这种现象称为 极性效应。将工件接阳极加工时，称为正极性加工； 将工件接阴极加工时，称为负极性加工。
产生极性效应的基本原因是由于电子的质量小， 惯性小，能够很快地获得高速度到达阳极，轰击阳极表 面；而正离子由于质量大，惯性也大，在相同时间内获 得的速度远小于电子。
（2）电解加工中，工具电极是阴极，阴极上只发 生氢气和沉淀而无溶解作用，因此工具电极无损耗。
（3）加工过程中，无机械力和切削热的作用，因 此不存在应力和变形。
（4）电解加工的生产率较高，约为电火花加工的 5～10倍，且生产率不受加工精度和表面粗糙度的限制。
第5章 精密、超精密加工技术
• 和表面粗糙度的检验，而且要测量加工设备 的精度和基础零部件的精度。 • 高精度的尺寸和几何形状可采用分辨率为 0.1~0.01µ m，的电子测微计、分辨率为 0.01~0.001µ m的电感测微仪或电容测微仪来 测量。圆度还可以用精度为0.01µ m的圆度仪 来测量。
加工设备必须具有高精度的主轴系统、进给 系统（包括微位移装臵），现在的超精密车 床，其主轴回转精度可达0.02µ m，导轨直线 度可达1000000：0.025，定位精度可达 0.013µ m，进给分辨率可达0.005µ m。其回转 零件应进行精密的动平衡。
• 2）高刚度
• 包括静刚度和动刚度，不仅要注意零件本身
• 精密和超精密磨料加工是利用细粒度的磨粒 和微粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加 工，按具体地加工方法分为精密和超精密磨 削,加工精度可达5~0.5µ m，表面粗糙度 Ra0.05~0.008µ m）；精密和超精密研磨（加 工精度可达10~0.1µ m，表面粗糙度 Ra0.01~0.008µ m）；
合金等刀具进行精密和超精密切削，这些刀
具材料的切削效果不如金刚石，但能加工黑
色金属。对黑色金属等硬脆材料的精密加工
和超精密加工，一般多采用磨削、研磨、抛
光等方法。
• 精密和超精密磨削时，通常采用粒度240#~W7
或更细的白刚玉或铬刚玉磨料和树脂结合剂
制成的紧密组织砂轮，经金刚石精细修整后
• 进行加工。
• 出现了精密电火花加工、精密电解加工、精
密超声波加工、分子束加工、电子束加工、
离子束加工、原子束加工、激光加工、微波
加工、等离子体加工、光刻、电铸及变形加
工等。
• 4.复合加工
• 复合加工是将几种加工方法叠合在一起，发 挥各种加工方法的长处，达到高质量（加工
特种加工课件
§6-2 电火花线切割加工
一、电火花线切割加工的原理： 电火花线切割加工的原理：
电火花线切割加工与电火花成形加工的基本原 理一样， 理一样，都是基于电极间脉冲放电时的电火花腐蚀 原理，实现零部件的加工。所不同的是， 原理，实现零部件的加工。所不同的是，电火花
线加工不需要制造复杂的成形电极， 线加工不需要制造复杂的成形电极，而是 利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝） 利用移动的细金属丝（钼丝或铜丝）作为 工具电极，工件按照预定的轨迹运动，“切割” 工具电极，工件按照预定的轨迹运动， 切割”
§6-3 电解加工
一、电解加工的原理
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解 的原理实现金属零件的成形加工。 的原理实现金属零件的成形加工。 电解加工原理如图6－ 所示 以工件为阳极（ 所示。 电解加工原理如图 －4所示。以工件为阳极（接 直流电源的正极）、工具为阴极（ ）、工具为阴极 直流电源的正极）、工具为阴极（接直流电源的负 ），两极之间加 两极之间加6～ 的直流电压， 极），两极之间加 ～24V的直流电压，电解液以 的直流电压 5～60m/s的速度从两极之间的 ～ 的速度从两极之间的
成不同的形状和尺寸， 成不同的形状和尺寸，就可以加工出各种复杂形 状的型孔、型腔、成形表面， 状的型孔、型腔、成形表面，不需要使工具和工件做
较复杂的相对运动。 较复杂的相对运动。 5. 与电火花加工、电解加工相比，采用超声波加工硬质金属材 与电火花加工、电解加工相比，采用超声波加工硬质金属材 料的效率较低。 料的效率较低。
二、电解加工的特点和应用： 电解加工的特点和应用：
电解加工的应用范围和发展速度仅次于电火花加工， 电解加工的应用范围和发展速度仅次于电火花加工， 已成功地应用于机械制造领域。其主要特点是： 已成功地应用于机械制造领域。其主要特点是： （1） 能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型 ） 面和型腔，如锻模、叶片等，设备构成简单。 面和型腔，如锻模、叶片等，设备构成简单。 高硬度、 （2） 可以加工高硬度、高强度和高性能等难以切削 ） 可以加工高硬度 高强度和高性能等难以切削 加工的金属材料，如淬火钢、钛合金、不锈钢、 加工的金属材料，如淬火钢、钛合金、不锈钢、硬质 合金等。 合金等。 3） 加工过程中无切削力和切削热 无切削力和切削热， （3） 加工过程中无切削力和切削热，工件不产生内 应力和变形，适合于加工易变形和薄壁类零件。 应力和变形，适合于加工易变形和薄壁类零件。 （5） 与其他加工方法相比，生产率较高。 ） 与其他加工方法相比，生产率较高。 工具电极（ （6） 加工过程中工具电极（阴极）基本不损耗。 ） 加工过程中工具电极 阴极）基本不损耗。 电解加工主要用于批量生产条件下难切削材料和复杂 型面、型腔、薄壁零件以及异型孔的加工， 型面、型腔、薄壁零件以及异型孔的加工，还可应用 于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面， 于去毛刺、刻印、磨削、表面光整加工等方面，已经 成为机械加工中一种必不少的补充手段
特种加工
特种加工实例
水力切割机
水刀机切割加工
水刀机切割加工
液体喷射加工技术
水力切割过程
特种加工技术存在问题
不少特种加工的机理（如超声、激光等加 工）还不十分清楚，其工艺参数选择、加工 过程的稳定性均需进一步提高。 2. 有些特种加工（如电化学加工）加工过程 中的废渣、废气若排房不当，会产生环境污 染，影响工人健康。 3. 有些特种加工（如快速成形、等离子弧加 工等）的加工精度及生产率有待提高。 4. 有些特种加工（如激光加工）所需设备投 资大、使用维修费高，亦有待进一步解决。
OPS镜面电火花
AM30Lxs数控电火花
放电频率对火花机的影响
戴蒙-沙迪克SODICK电火花成型机
电火花加工产品
电火花加工样品
电化学加工技术
电化学加工是通过电化学反应去除工件材料 或在其上镀覆金属材料等的特种加工。
抛光等。
1. 电解加工适用于深孔、型孔、型腔、型面、倒角去毛刺、 2. 电铸加工适用于形状复杂、精度高的空心零件，如波导管；
CNC火花机
CNC火花机是指由电脑控制的火花机 火花机分为手调火花机,数码火花机，电脑手摇火花机也叫电脑ZNC火花 机,还有就是CNC火花机，CNC火花机通过电脑实现自动化控制,完成复杂的， 精密的放电加工.在实际加工过程,电脑发出指令控制火花机X,Y轴左右震荡 ，能够实现加工模具侧边和底边一样的效果.通过编程设定,CNC火花机也可 以像加工中心一样按照程序指令来工作. CNC火花机的功能特点 CNC火花机具有以下功能特点，也是其它类型火花机不具备的。 点对点移位功能、自动寻边靠模功能、自动移至模具中心位置功能、多 组坐标点设定功能、内置加工工艺参数功能、6方向放电加工工能、多种放 电回路功能、2D或3D摇动加工功能、G码编辑加工功能、内置多种路径加工 功能。 CNC火花机分类 CNC火花机以床身结构较可分为牛头式﹑龙门式结﹑工作台移动式，牛 头式及龙门式结构较为合理。 CNC火花机控制轴数可分为三轴﹑四轴﹑五轴3种类别。
八大特种加工技术
非常工艺:八大特种加工技术特种加工亦称“非传统加工”或“现代加工方法”，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。
一、特种加工的发展和定义传统的机械加工已有很久的历史，它对人类的生产和物质文明起了极大的作用。
目前我们的大部分产品还是依靠传统的方法加工和装配得到的，如我们的家用电器：电冰箱、洗衣机、空调等；我们的交通工具：如汽车、火车、飞机等，以及各种武器装备：枪、炮、坦克、火箭等。
传统的机械加工方法是用机械能量和切削力切除多余的金属，使零件具有一定的几何形状、尺寸和表面粗糙度。
它要求刀具材料比工件材料硬。
随着科学技术的发展，特别是上个世纪50年代以来，随着生产发展和科学实验的需要，很多工业部门，尤其是国防工业部门的要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、高温、高压、大功率、小型化等方向发展，它们使用的材料越来越难加工，零件的形状越来越复杂，尺寸精度、表面粗糙度和某些特殊要求也越来越高，因而对机械制造部门提出一些新的要求：•解决各种难切削材料的加工问题。
如硬质合金、钛合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢、金刚石、宝玉石、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。
•解决各种特殊复杂表面的加工问题。
如喷汽涡轮机叶片、整体涡轮、发动机机匣、锻压模和注射模的立体成型表面，各种冲模、冷拔模上特殊断面的型孔，炮管内膛线，喷油咀、栅网、喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。
•解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题。
如对表面质量和精度要求很高的航天、航空陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。
要解决上述一系列工艺问题，仅仅依靠传统的切削加工方法就很难实现，甚至根本无法实现。
人们相继探索研究新的加工方法，特种加工就是在这种前提条件下产生和发展起来的。
特种加工，国外称作非传统加工（Non - Traditional Machining, NTM）或非常规加工（Non –ConventionalMachining,NCM），是一种采用不同于传统切削磨削加工工艺及装备的加工技术，是将电、磁、声、光、热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在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形及改变性能等。