第1章 緒論

1.1 特種加工的由來與定義

瓦特早在18世紀70年代就發明了蒸汽機，但為何到19世紀才得以應用？因為苦于制造不出高精度的蒸汽機汽缸，無法推廣應用。直到有人創造出和改進了汽缸鏜床，解決了蒸汽機主要部件的加工工藝，才使蒸汽機得到廣泛應用，引起了世界性的第一次產業革命。冷戰時期，前蘇聯用從日本東芝公司“購買”的大型三坐標數控銑床加工出高精度潛艇用螺旋槳，噪聲大大降低，使美國設在全球的偵聽網失效，不得不花費大量經費與時間來研制新的偵聽設備，為此美國政府對東芝公司進行制裁，不許東芝公司在相當長一段時間內進入美國市場。如果你是IT迷，一定對0.13μm不陌生，21世紀計算機產業之所以高速發展，很重要的因素就是超大規模集成電路制造技術的不斷進步。這些都歸功于新技術、新加工方法的出現。

眾所周知，傳統的機械加工對推動人類的進步和社會的發展起到了重大的作用，從第一次產業革命到第二次世界大戰前，在長達150多年里，人類都單純地依靠機械切削來加工零件，用傳統的機械能和切削力去除金屬，其本質和特點是：

(1) 靠刀具材料比工件硬；

(2) 靠機械能切除工件上多余材料；

(3) 切削這么硬的材料，車刀很快就蹦刃。

直到1943年，前蘇聯的拉扎林柯夫婦偶然發現電火花的瞬時高溫可使金屬融化和汽化，由此發明了電火花加工技術。這是人類首次擺脫傳統的切削加工，直接利用電能和熱能去除金屬的“特種加工”。

第二次世界大戰后，特別是進入21世紀以來，隨著機械加工技術，材料科學、高新技術的飛速發展和激烈的市場競爭，以及尖端國防及科學研究的需求，不僅新產品更新換代日益加快，而且要求產品具有很高的強度重量比和性能價格比，并朝著高速度、高精度、高可靠性、耐腐蝕、耐高溫高壓、大功率、尺寸大小兩極分化的方向發展。為此，各種新材料、新結構、形狀復雜的精密零件大量涌現，對機械制造業提出了一系列迫切需要解決的新問題。

(1) 各種難切削材料的加工問題 如硬質合金、鈦合金、耐熱鋼、金剛石、寶石等。

(2) 各種特殊復雜表面的加工問題 如各種結構形狀復雜、尺寸或微小或特大、精密零件的加工，噴氣渦輪機葉片，巡航導彈整體渦輪，各種模具，特殊斷面的型孔、噴絲頭等。

(3) 具有特殊要求零件的加工問題 如薄壁、細長軸等低剛度零件，彈性元件等特殊零件的加工等。

為了解決上述問題，人們采取了以下辦法：一是通過研究高效加工的刀具和刀具材料，自動優化切削參數，提高刀具可靠性和在線刀具監控系統，開發新型切削液，研制新型自動機床等途徑，進一步改善切削狀態，提高切削加工水平；二是采用特種加工方法。特種加工技術就是借助電能、熱能、聲能、光能、電化學能、化學能及特殊機械能等多種能量，或將其復合施加在工件的被加工部位上，從而實現材料的去除、變形、改變或鍍覆等非傳統加工方法的統稱。

近年來，特種加工技術飛速發展，一方面，計算機技術、信息技術、自動化技術等在特種加工中已獲得廣泛應用，逐步實現了加工工藝及加工過程的系統化集成；另一方面，特種加工能充分體現學科的綜合性，學科（聲、光、電、能、化學等）和專業之間不斷滲透、交叉、融合。因此，特種加工技術本身同樣趨于系統化、集成化的發展方向。這兩方面說明，特種加工已成為先進制造技術的重要組成部分。一些發達國家也非常重視特種加工技術的發展。如日本把特種加工技術和數控技術作為跨世紀發展先進制造技術的兩大支柱。特種加工技術已成為衡量一個國家先進制造技術水平和能力的重要標志。

自20世紀50年代以來，隨著生產和科學技術的迅速發展，很多工業部門，尤其是國防工業部門要求尖端科技產品向高精度、高速度、耐高溫、耐高壓、大功率、小型化等方向發展，對機械制造部門提出了需要解決各種難切割材料，各種特殊復雜表面和各種超精、光整或具有特殊要求零件的加工問題。欲解決上述一系列工藝問題，僅僅依靠傳統的切削方法很難實現，甚至根本無法實現。工藝師借助各種能量形式，探尋新的工藝途徑，于是各種異于傳統切割加工方法的新型特種加工應運而生。特種加工技術在國際上被稱為21世紀的技術，主要用以解決工業制造中用常規方法無法實現的加工難題，對于軍工制造業的發展，起著舉足輕重的作用。

特種加工也稱為非傳統加工或現代加工，泛指用電能、熱能、光能、水能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法。特種加工技術主要包括激光加工技術、高壓水射流加工技術、電子束加工技術、離子束及等離子技術和電加工技術等內容。到目前為止，已經找到了多種這一類的加工方法，為區別現有的金屬切削加工，將這類傳統切削加工以外的新的加工方法統稱為特種加工。