精密和超精密加工論文27549

1、精密和超精密加工論文(6000個(gè)字)一、精密和超精密加工的概念與范疇通常，按加工精度劃分，機(jī)械加工可分為一般加工、精密加工、超精密加工三個(gè)階 段。目前，精密加工是指加工精度為p0. l?;m,表面粗糙度為rao. 1001?;m的加 工技術(shù)，但這個(gè)界限是隨著加工技術(shù)的進(jìn)步不斷變化的，今天的精密加工可能就是 明天的般加工。精密加工所要解決的問(wèn)題，一是加t精度，包括形位公差、尺寸 精度及表面狀況；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得 高的加工效率。精密加工包括微細(xì)加工和超微細(xì)加工、光整加工等加工技術(shù)。傳統(tǒng) 的精密加工方法有砂帶磨削、精密切削、怖磨、精密研磨與拋光等。a.砂帶磨削

2、是用粘有磨料的混紡布為磨具對(duì)工件進(jìn)行加工，屬于涂附磨具磨 削加工的范疇，有生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好、使用范圍廣等特點(diǎn)。b精密切削，也稱(chēng)金剛石刀具切削(spdt),用高精密的機(jī)床和單品金剛右刀 具進(jìn)行切削加工，主要用于銅、鋁等不宜磨削加工的軟金屬的精密加工，如計(jì)算機(jī) 用的磁鼓、磁盤(pán)及大功率激光用的金屬反光鏡等，比一般切削加工精度要高2個(gè) 等級(jí)。c.弟磨,用油石砂條組成的術(shù)磨頭，在一定壓力下沿工件表面往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加工 后的表面粗糙度可達(dá)rao. o. l?;m,最好可到rao. 025?;m,主要用來(lái) 加工鑄鐵及 鋼，不宜用來(lái)加工硬度小、韌性好的有色金屬。d精密研磨與拋光通過(guò)介于工件和工具間的磨料及加工

3、液，工件及研具作相 互機(jī)械摩擦，使工件達(dá)到所要求的尺寸與精度的加工方法。精密研磨與拋光對(duì)于金 屬和非金屬工件都可以達(dá)到其他加t方法所不能達(dá)到的精度和表面粗糙度，被研磨 表面的粗糙度rao. 025?;m加工變質(zhì)層很小，表面質(zhì)量高，精密研磨的設(shè)備簡(jiǎn)單,主要用于平面、圓柱面、齒輪齒面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量規(guī)、 量塊、噴油嘴、閥體與閥芯的光整加工。e.拋光是利用機(jī)械、化學(xué)、電化學(xué)的方法對(duì)工件表面進(jìn)行的一種微細(xì)加工， 主要用來(lái)降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或機(jī)械拋光、超聲波拋光、化 學(xué)拋光、電化學(xué)拋光及電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工等。手工或機(jī)械拋光加工后工件表面粗 糙度rao. 05?;

4、m,可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的拋光加工。超聲波拋光 加工精度o.oro. 02?;m,表面粗糙度rao. l?;mo化學(xué)拋光加工的表面粗糙度一般 為rawo. 2?;mo電化學(xué)拋光可提高到rao. co. 08?mo超精密加工就是在超精密機(jī)床設(shè)備上，利用零件與刀具之間產(chǎn)生的具有嚴(yán)格 約朿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)材料進(jìn)行微量切削，以獲得極高形狀精度和表面光潔度的加 工過(guò)程。當(dāng)前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于o.lum,表面粗糙度 ra小于0. 025 u m,以及所用機(jī)床定位精度的分辨率和重復(fù)性高于0. 01 u m的加工 技術(shù)，亦稱(chēng)之為亞微米級(jí)加工技術(shù)，且止在向納米級(jí)加工技術(shù)發(fā)展。超精

5、密加工包括微細(xì)加工、超微細(xì)加工、光整加工、精整加工等加工技術(shù)。微細(xì)加工技術(shù)是指制造微小尺寸零件的加工技術(shù)；超微細(xì)加工技術(shù)是指制造超微小 尺寸零件的加工技術(shù)，它們是針對(duì)集成電路的制造要求而提出的，由于尺寸微小， 其精度是用切除尺寸的絕對(duì)值來(lái)表示，而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來(lái)表 示。光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面層力學(xué)機(jī)械性質(zhì)的加工方法，不 著重于提高加工精度，其典型加工方法有怖磨、研磨、超精加工及無(wú)屑加工等。實(shí) 際上，這些加工方法不僅能提高表面質(zhì)量，而且可以提高加工精度。精整加工是近 年來(lái)提出的一個(gè)新的名詞術(shù)語(yǔ)，它與光整加工是對(duì)應(yīng)的，是指既要降低表面粗糙度 和提高表面層力學(xué)機(jī)械

6、性質(zhì)，又耍提高加工精度（包括尺寸、形狀、位置精度）的加工方法。二、精密加工的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用1. 精密成型加工的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用精密鑄造成形、精密模壓成形、塑性加工、薄板精密成形技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家 受到高度重視，并投入大量資金優(yōu)先發(fā)展。70年代美國(guó)空軍主持制訂“鍛造工藝現(xiàn) 代化計(jì)劃”，目的是使鍛造這一重要工藝實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，更多地使用cad / cam,使新 鍛件的制造周期減少75%0 1992年，美國(guó)國(guó)防部提出了 “軍用關(guān)鍵技術(shù)清單”，其 中包含了等壓成型工藝、數(shù)控計(jì)算機(jī)控制旋壓、塑變和剪切成形機(jī)械、超塑成型/ 擴(kuò)散連接工藝、液壓延伸成型工藝等精密塑性成型工藝。國(guó)外近年來(lái)還發(fā)展了以航 空航天產(chǎn)品為應(yīng)

7、用對(duì)象的“大型模鍛件的鍛造及葉片精鍛工藝”、“快速凝固粉末層 壓工藝”、“大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件強(qiáng)力旋壓成型工藝”、“難變形材料超塑成形工藝”、“先 進(jìn)材料（如金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料等）成形工藝”等。我國(guó)的超塑成形技 術(shù)在航天航空及機(jī)械行業(yè)也有應(yīng)用，如航天工業(yè)中的衛(wèi)星部件、導(dǎo)彈和火箭氣瓶等, 采用超塑成形法制造偵察衛(wèi)星的欽合金冋收艙。與此同時(shí)，還基本上掌握了鋅、銅、 鋁、欽合金的超塑成形工藝，最小成形厚度可達(dá)0. 3mm,形狀也較復(fù)雜。此外，國(guó) 外已廣泛應(yīng)用精密模壓成形技術(shù)制造武器。常用的精密模壓成形技術(shù)，如閉塞式鍛 造、采用分流原理的精密成形及等溫成形等國(guó)外已用于軍工生產(chǎn)。目前，精密模壓 技

8、術(shù)在我國(guó)應(yīng)用還較少，精度也較差，國(guó)外精度為土0. 050. 10mm,我國(guó)為±0.1 一0. 25mm。2. 孔加工技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用近年來(lái)，汽車(chē)、模具零部件、金屬加工大都采用以cnc機(jī)床為中心的生產(chǎn)形 態(tài)，進(jìn)行孔加工時(shí)，也大都采用加工中心、cnc電加工機(jī)床等先進(jìn)設(shè)備，高速、高精度鉆削加工已提上議事li程。無(wú)論哪個(gè)領(lǐng)域的孔加工，實(shí)現(xiàn)高精度和高速化都是 取得用戶訂單的重要競(jìng)爭(zhēng)手段。近年來(lái)，隨著高速銃削的出現(xiàn)，以銃削刀具為中心的切削加工止在進(jìn)入高速高 精度化的加工時(shí)期。在孔加工作業(yè)中，目前仍大量使用高速鋼麻花鉆，但各企業(yè)之 間在孔加工精度和加工效率方面口逐漸拉開(kāi)了差距。高速切削鉆頭的材

9、料以陶瓷涂 層硬質(zhì)合金為主，如mazak公司和森精機(jī)制作所在加t鑄鐵時(shí)，即采用了陶瓷涂層 鉆頭。在加工鋁合金等有色材料時(shí)，可采用金剛石涂層硬質(zhì)合金鉆頭、dlc涂層硬 質(zhì)合金鉆頭或帶金剛石燒結(jié)體刀齒的鉆頭。高速高精度孔加工除采用cnc切削方式 對(duì)孔進(jìn)行精密加工外，還可采用鎮(zhèn)削和較削等方式對(duì)孔進(jìn)行高精度加工。隨著加工 中心主軸的高速化，已可采用鎮(zhèn)削工具對(duì)孔進(jìn)行高速精密加工。隨著it相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，近年來(lái)，光學(xué)和電了工業(yè)所用裝置的零部件產(chǎn)品的 需求急速增長(zhǎng)，這種增長(zhǎng)刺激了微細(xì)形狀及高精度加工技術(shù)的迅速發(fā)展。其中，微 細(xì)孔加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用尤其引人注冃。微細(xì)孔加丁早已在印刷電路板等加工中加 以應(yīng)用，包

10、括鋼材在內(nèi)的多種被加工材料，均可用鉆頭進(jìn)行小直徑加工。目前，小 直徑孔加工中，禾u用鉆頭切削的直徑最小可至©50m 左右。小于d)50uni的孔則 多采用電加工來(lái)完成。為了抑制毛刺的產(chǎn)生，許多研究者提出可采用超聲波振動(dòng)切 削的方式。目前，正在探索一種應(yīng)用范圍廣而且工藝合理的超聲波振動(dòng)切削模式， 其中包括研究機(jī)床的適應(yīng)特性等內(nèi)容。隨著這些問(wèn)題的順利解決，今后可望更好地 實(shí)現(xiàn)直徑更小的微小深孔加工，加工精度會(huì)更高。3. 特種熱處理的發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用特種熱處理工藝是國(guó)防丁業(yè)系統(tǒng)關(guān)鍵制造技術(shù)之一。真空熱處理以其特有的無(wú) 污梁、無(wú)氧化、工件變形小和適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于航空航天結(jié)構(gòu)件處理，如

11、齒輪結(jié)構(gòu)件表面滲碳或滲氮，導(dǎo)彈和航天器各種合金或鋼件的去應(yīng)力、增強(qiáng)或增 韌處理等。典型結(jié)構(gòu)如：儀表零件、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)、燃料貯箱、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體等；美國(guó)熱 處理爐約有50%以上為真空熱處理爐。真空熱處理爐已廣泛采用了計(jì)算機(jī)控制，冃前 已發(fā)展到真空化學(xué)熱處理和真空氣淬熱處理，包括高壓真空氣淬、高流率真空氣淬 和高壓高流率真空氣淬技術(shù)等。另外，激光熱處理技術(shù)在國(guó)外已廣泛用于航空、航 天、電了、儀表等領(lǐng)域，如各種復(fù)雜表面件、微型構(gòu)件、需局部強(qiáng)化處理構(gòu)件、微 型電子器件、大規(guī)模集成電路的生產(chǎn)和修補(bǔ)、精密光學(xué)元件、精密測(cè)量元件等。4. 數(shù)控電火花加工新工藝的應(yīng)用a.標(biāo)準(zhǔn)化夾具數(shù)控電火花加工為保證極高的重復(fù)定位精度

12、且不降低加工效率，采用快速裝 夾的標(biāo)準(zhǔn)化夾具。標(biāo)準(zhǔn)化夾具，是一種快速精密定位的工藝方法，它的使用大大減 少了數(shù)控電火花加工過(guò)程中的裝夾定位時(shí)間，有效地提升了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。目前有 瑞士的erowa和瑞典的3r裝置可實(shí)現(xiàn)快速精密定位。b.混粉加工方法在放電加工液內(nèi)混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方法稱(chēng)之為混粉 加工。該方法主要應(yīng)用于復(fù)雜模具型腔，尤其是不便于進(jìn)行拋光作業(yè)的復(fù)雜曲面的 精密加工。可降低零件表面粗糙度值，省去手工拋光工序，提高零件的使用性能（如 壽命、耐磨性、耐腐蝕性、脫模性等）?；旆奂庸ぜ夹g(shù)的發(fā)展，使精密型腔模具鏡 面加工成為現(xiàn)實(shí)。c.搖動(dòng)加工方法電火花加t復(fù)雜型腔時(shí)，可根據(jù)被

13、加丁部位的搖動(dòng)圖形、搖動(dòng)量的形狀及精 度的要求，選用電極不斷搖動(dòng)的方法，獲得側(cè)血與底血更均勻的表血粗糙度，更容易控制加工尺寸，實(shí)現(xiàn)小間隙放電條件下的穩(wěn)定加工。d.多軸聯(lián)動(dòng)加工方法近年來(lái)，隨著模具工業(yè)和it技術(shù)的發(fā)展，多軸聯(lián)動(dòng)電火花加工技術(shù)取得了 長(zhǎng)足的進(jìn)步。模具企業(yè)采用多軸聯(lián)動(dòng)的方法來(lái)提高加工性能，如清角部位在加工可 行的情況下采用x、y、z三軸聯(lián)動(dòng)的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小 而發(fā)生放電不穩(wěn)定的現(xiàn)象。模具潛伏式膠口的加工通過(guò)對(duì)電極斜度裝夾定位的設(shè) 計(jì)，也可進(jìn)行斜向多軸聯(lián)動(dòng)加工。采用多軸回轉(zhuǎn)系統(tǒng)與多種直線運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)組合成多 種復(fù)合運(yùn)動(dòng)方式，可適應(yīng)不同種類(lèi)工件的加工要求，擴(kuò)大數(shù)控電火

14、花加工的加工范 圍，提高其在精密加工方面的比較優(yōu)勢(shì)和技術(shù)效益。5. 精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)面向21世紀(jì)的精密加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在以下兒個(gè)方面：a. 精密化精密加工的核心主要體現(xiàn)在對(duì)尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。當(dāng)前 精密電火花加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達(dá)土2-3卩叭 底面拐角r值 可小于0. 03mm,最佳加工表面粗糙度可低于rao. 3 u mo通過(guò)采用一系列先進(jìn)加工 技術(shù)和工藝方法，可達(dá)到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、ic塑封、手 機(jī)、cd盒等高精密模具部位的電火花加工。b. 智能化智能化是而向21世紀(jì)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一。智能制造技術(shù)(imt)是將人 工

15、智能融入制造過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)，通過(guò)模擬人類(lèi)專(zhuān)家的智能活動(dòng)，取代或延伸制造 系統(tǒng)中的部分腦力勞動(dòng)，在制造過(guò)程中系統(tǒng)能自動(dòng)監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，在受到外界干 擾或內(nèi)部激勵(lì)能自動(dòng)調(diào)整其參數(shù)，以達(dá)到最佳狀態(tài)和具備自組織能力。新型數(shù)控電火花機(jī)床采用了模糊控制技術(shù)和專(zhuān)家系統(tǒng)智能控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)是由計(jì)算機(jī) 監(jiān)測(cè)來(lái)判定電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動(dòng)選擇使加工效率 達(dá)到放高的加工條件；口動(dòng)監(jiān)控加工過(guò)程，實(shí)現(xiàn)最穩(wěn)定的加工過(guò)程的控制技術(shù)。采 用人機(jī)對(duì)話方式的專(zhuān)家系統(tǒng)，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動(dòng) 創(chuàng)建加工程序，選用最佳加工條件組合來(lái)進(jìn)行加工。在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、調(diào)整加工過(guò)程, 實(shí)現(xiàn)加工過(guò)

16、程的最優(yōu)化控制。專(zhuān)家系統(tǒng)在檢測(cè)加工條件吋，只要輸入加工形狀、電 極與工件材質(zhì)、加工位置、目標(biāo)粗糙度值、電極縮放量、搖動(dòng)方式、錐度值等指標(biāo), 就可自動(dòng)推算并配置最佳加丁條件。專(zhuān)家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機(jī)床操作更容易， 對(duì)操作人員的技術(shù)水平要求更低。c.自動(dòng)化自動(dòng)化技術(shù)的成功應(yīng)用，不但提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還可以代替人 去完成危險(xiǎn)場(chǎng)合的工作。對(duì)于批量較大的生產(chǎn)自動(dòng)化，可通過(guò)機(jī)床自動(dòng)化改裝、應(yīng) 用口動(dòng)機(jī)床、專(zhuān)用組合機(jī)床、口動(dòng)生產(chǎn)線來(lái)完成。小批量生產(chǎn)口動(dòng)化可通過(guò)nc, mc, cam, fms, cim, ims等來(lái)完成。在末來(lái)的自動(dòng)化技術(shù)實(shí)施過(guò)程屮，將更加重視人在 自動(dòng)化系統(tǒng)中的作用。同時(shí)自動(dòng)化

17、開(kāi)始面向中小型企業(yè)，以經(jīng)濟(jì)實(shí)用為岀發(fā)點(diǎn)，滿 足不斷發(fā)展的產(chǎn)品多樣化和個(gè)性化需要。數(shù)控電火花機(jī)床具備的自動(dòng)測(cè)量找正、自 動(dòng)定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動(dòng)化性能。自動(dòng)操作過(guò)程 不需人工干預(yù)，可以提高加工精度、效率。冃前最先進(jìn)的數(shù)控電火花機(jī)床在配有電 極庫(kù)和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫(kù)，編制好加工程序， 整個(gè)電火花加工過(guò)程便能日以赴繼地自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎無(wú)需人工操作。機(jī)床的自動(dòng)化 運(yùn)轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率。d.高效化現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保 證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機(jī)外殼、家電制品、

18、電器用品、 電子儀表等領(lǐng)域，都要求減少輔助時(shí)間（如編程時(shí)間、電極與工件定位時(shí)間等），同 時(shí)又要降低粗糙度，從原來(lái)的rao. 8 u m改進(jìn)到rao. 25 u m,使放電后不必再進(jìn)行手 工拋光處理。這不但縮短了加工時(shí)間且省卻后處理的麻煩，同時(shí)提升了模具品質(zhì)， 使用粉末加工設(shè)備可達(dá)到要求。這就需要增強(qiáng)機(jī)床的自動(dòng)編程功能，配置電極與t 件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率 的好方法。e信息化信息、物質(zhì)和能源是制造系統(tǒng)的三要素。隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)化與通訊網(wǎng)絡(luò)技 術(shù)紅制造系統(tǒng)中的應(yīng)用,信息的作用越來(lái)越重要。產(chǎn)品制造過(guò)程中的信息投入,己 成為決定產(chǎn)品成本的主要因索。制造

19、過(guò)程的實(shí)質(zhì)是對(duì)制造過(guò)程中各種信息資源的采 集、輸入、加工和處理過(guò)程，放終形成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)，因此可以 把信息看作是一種產(chǎn)業(yè)，包括在制造之中。為此一些企業(yè)開(kāi)始利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算 機(jī)聯(lián)網(wǎng)、信息高速公路、衛(wèi)星傳遞數(shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)異地生產(chǎn)。使生產(chǎn)分散網(wǎng)絡(luò)化，以適 應(yīng)21世紀(jì)高柔性生產(chǎn)的需要。f.柔性化隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，促使產(chǎn)品更新?lián)Q代的速 度不斷加快，這就要求現(xiàn)代企業(yè)必須具備一定的生產(chǎn)柔性來(lái)滿足市場(chǎng)多變的需要。 所謂柔性，是指一個(gè)制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力，它與系統(tǒng)方案、人員 和設(shè)備有關(guān)。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員 能保證加工任務(wù)，完成數(shù)量和時(shí)間耍求的適應(yīng)能力。設(shè)備柔性是指機(jī)床能在短期內(nèi)適應(yīng)新零件的加工能力。柔性制造自動(dòng)化的形式很多，如美國(guó)提出的敏捷制造(am) 其主線就是高柔性生產(chǎn)。上海同濟(jì)大學(xué)張曙教授提岀的