第1章 绪论

1.1 特种加工的由来与定义

瓦特早在18世纪70年代就发明了蒸汽机，但为何到19世纪才得以应用？因为苦于制造不出高精度的蒸汽机汽缸，无法推广应用。直到有人创造出和改进了汽缸镗床，解决了蒸汽机主要部件的加工工艺，才使蒸汽机得到广泛应用，引起了世界性的第一次产业革命。冷战时期，前苏联用从日本东芝公司“购买”的大型三坐标数控铣床加工出高精度潜艇用螺旋桨，噪声大大降低，使美国设在全球的侦听网失效，不得不花费大量经费与时间来研制新的侦听设备，为此美国政府对东芝公司进行制裁，不许东芝公司在相当长一段时间内进入美国市场。如果你是IT迷，一定对0.13μm不陌生，21世纪计算机产业之所以高速发展，很重要的因素就是超大规模集成电路制造技术的不断进步。这些都归功于新技术、新加工方法的出现。

众所周知，传统的机械加工对推动人类的进步和社会的发展起到了重大的作用，从第一次产业革命到第二次世界大战前，在长达150多年里，人类都单纯地依靠机械切削来加工零件，用传统的机械能和切削力去除金属，其本质和特点是：

(1) 靠刀具材料比工件硬；

(2) 靠机械能切除工件上多余材料；

(3) 切削这么硬的材料，车刀很快就蹦刃。

直到1943年，前苏联的拉扎林柯夫妇偶然发现电火花的瞬时高温可使金属融化和汽化，由此发明了电火花加工技术。这是人类首次摆脱传统的切削加工，直接利用电能和热能去除金属的“特种加工”。

第二次世界大战后，特别是进入21世纪以来，随着机械加工技术，材料科学、高新技术的飞速发展和激烈的市场竞争，以及尖端国防及科学研究的需求，不仅新产品更新换代日益加快，而且要求产品具有很高的强度重量比和性能价格比，并朝着高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、耐高温高压、大功率、尺寸大小两极分化的方向发展。为此，各种新材料、新结构、形状复杂的精密零件大量涌现，对机械制造业提出了一系列迫切需要解决的新问题。

(1) 各种难切削材料的加工问题 如硬质合金、钛合金、耐热钢、金刚石、宝石等。

(2) 各种特殊复杂表面的加工问题 如各种结构形状复杂、尺寸或微小或特大、精密零件的加工，喷气涡轮机叶片，巡航导弹整体涡轮，各种模具，特殊断面的型孔、喷丝头等。

(3) 具有特殊要求零件的加工问题 如薄壁、细长轴等低刚度零件，弹性元件等特殊零件的加工等。

为了解决上述问题，人们采取了以下办法：一是通过研究高效加工的刀具和刀具材料，自动优化切削参数，提高刀具可靠性和在线刀具监控系统，开发新型切削液，研制新型自动机床等途径，进一步改善切削状态，提高切削加工水平；二是采用特种加工方法。特种加工技术就是借助电能、热能、声能、光能、电化学能、化学能及特殊机械能等多种能量，或将其复合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料的去除、变形、改变或镀覆等非传统加工方法的统称。

近年来，特种加工技术飞速发展，一方面，计算机技术、信息技术、自动化技术等在特种加工中已获得广泛应用，逐步实现了加工工艺及加工过程的系统化集成；另一方面，特种加工能充分体现学科的综合性，学科（声、光、电、能、化学等）和专业之间不断渗透、交叉、融合。因此，特种加工技术本身同样趋于系统化、集成化的发展方向。这两方面说明，特种加工已成为先进制造技术的重要组成部分。一些发达国家也非常重视特种加工技术的发展。如日本把特种加工技术和数控技术作为跨世纪发展先进制造技术的两大支柱。特种加工技术已成为衡量一个国家先进制造技术水平和能力的重要标志。

图1-1 特种加工实例

自20世纪50年代以来，随着生产和科学技术的迅速发展，很多工业部门，尤其是国防工业部门要求尖端科技产品向高精度、高速度、耐高温、耐高压、大功率、小型化等方向发展，对机械制造部门提出了需要解决各种难切割材料，各种特殊复杂表面和各种超精、光整或具有特殊要求零件的加工问题。欲解决上述一系列工艺问题，仅仅依靠传统的切削方法很难实现，甚至根本无法实现。工艺师借助各种能量形式，探寻新的工艺途径，于是各种异于传统切割加工方法的新型特种加工应运而生。特种加工技术在国际上被称为21世纪的技术，主要用以解决工业制造中用常规方法无法实现的加工难题，对于军工制造业的发展，起着举足轻重的作用。

特种加工也称为非传统加工或现代加工，泛指用电能、热能、光能、水能、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。特种加工技术主要包括激光加工技术、高压水射流加工技术、电子束加工技术、离子束及等离子技术和电加工技术等内容。到目前为止，已经找到了多种这一类的加工方法，为区别现有的金属切削加工，将这类传统切削加工以外的新的加工方法统称为特种加工。