精密機(jī)械制造

1、超精密加工是國(guó)家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一超精密加工是國(guó)家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一 超精密加工所能達(dá)到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個(gè)國(guó)家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。例如：金剛石刀具切削刃鈍圓半徑的大小是金剛石刀具超精密切削的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，日本聲稱已達(dá)到2nm，而我國(guó)尚處于亞微米水平，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)；又如金剛石微粉砂輪超精密磨削在日本已用于生產(chǎn)，使制造水平有了大幅度提高，突出地解決了超精密磨削磨料加工效率低的問(wèn)題。精密和超精密加工是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵精密和超精密加工是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵 作為制造技術(shù)的主戰(zhàn)場(chǎng)，作為真實(shí)產(chǎn)品的實(shí)際制造，必然要靠精密加工和超精密加工

2、技術(shù)。集成電路君越 2mm工程-車身制造綜合誤差指數(shù)(Continuous Improvement Indicator密歇根大學(xué)的吳賢銘、倪軍教授(密歇根大學(xué)先進(jìn)制造技術(shù)中心主任)克萊斯勒 、通用國(guó)防工業(yè)上的需求國(guó)防工業(yè)上的需求 導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀加工涉及多項(xiàng)超精密加工，陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率，1kg的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對(duì)稱軸0.0005m，則會(huì)引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。 紅外線探測(cè)器反射鏡，其拋物面反射鏡形狀精度為1m，表面粗糙度為Ra0.01m，其加工精度直接影響導(dǎo)彈的引爆距離和命中率。 瑞典RBS-70系統(tǒng) 東風(fēng)11型近程導(dǎo)彈 東芝事件東芝機(jī)械公司與挪威康士堡向

3、前蘇聯(lián)出口可加工核潛艇螺旋槳的五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控銑床而引發(fā)的。勃列日涅夫統(tǒng)治后期 蘇聯(lián)技術(shù)機(jī)械進(jìn)口公司的副總裁奧西波夫 (“K幫”是蘇聯(lián)國(guó)家安全委員會(huì)克格勃的代稱） 挪威康克斯佩魯克公司派到蘇聯(lián)的電腦技師波路斯塔特的“爭(zhēng)取”工作 “巴黎統(tǒng)籌委員會(huì)” 國(guó)防工業(yè)上的需求國(guó)防工業(yè)上的需求服役的哈勃望遠(yuǎn)鏡獅子座螺旋星系銀河系環(huán)形星群 大型天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡、直徑達(dá)2.4m，形狀精度為0.01m，如著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，能觀察140億光年的天體（六軸CNC研磨拋光機(jī) ） 激光核聚變用的曲面鏡，其形狀精度小1m，表面粗糙度小于Ra0.01m，其質(zhì)量直接影響激光的光源性能。信息產(chǎn)品中的需求信息產(chǎn)品中的需求 計(jì)算機(jī)上

4、的芯片、磁板基片、光盤(pán)基片等都需要超精密加工技術(shù)來(lái)制造。錄像機(jī)的磁鼓、復(fù)印機(jī)的感光鼓、各種磁頭、激光打印機(jī)的多面體、噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都必須進(jìn)行超精密加工，才能達(dá)到質(zhì)量要求。民用產(chǎn)品中的需求民用產(chǎn)品中的需求 現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機(jī)、照相機(jī)等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，激光打印機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術(shù)來(lái)完成。至于超精密加工床、設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀(1)美國(guó)是開(kāi)展研究最早的國(guó)家。(2)日本是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國(guó)家 。(3)我國(guó)的超精密加工技術(shù)在70年代末期有了長(zhǎng)足進(jìn)步，80年代中期出現(xiàn)了具有

5、世界水平的超精密機(jī)床和部件。濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)的 XKV2745200雙龍門(mén)移動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控鏜銑床2006大連機(jī)床廠為給德國(guó)世界杯助興，特別使用 “九軸五連動(dòng)車銑復(fù)合數(shù)控機(jī)床”精心雕刻出一個(gè)金屬足球 精密和超精密加工的概念精密和超精密加工的概念 4.1 精密和超精密加工的相對(duì)性及精度表示方法精密和超精密加工的相對(duì)性及精度表示方法 4.1 精密和超精密加工方法精密和超精密加工方法 精密加工對(duì)設(shè)備及環(huán)境的要求精密加工對(duì)設(shè)備及環(huán)境的要求 4.1 4.2.1加工方法的選擇加工方法的選擇 4.2 加工階段的劃分加工階段的劃分4.2.2 工序的集中與分散工序的集中與分散 加工順序的安排加工順序的安排

6、外圓表面的加工路線外圓表面的加工路線4.2.3 拋 光Ra 0.0081.25研 磨IT5Ra 0.0080.32超 精 加 工IT5Ra 0.010.32砂 帶 磨IT5Ra 0.010.16精 密 磨 削IT5Ra 0.0080.08金 剛 石 車IT56Ra 0.021.25滾 壓IT67Ra 0.161.25精 磨IT67Ra 0.161.25精 車IT78Ra1.2 55粗 磨IT89Ra 1.2510半 精 車IT1011Ra 2.512.5粗 車IT1213Ra 1080圖4-2 外圓表面的典型加工工藝路線 粗 銑IT1113Ra 520半 精 銑IT811Ra 2.510精 銑

7、IT68Ra 0.635孔的加工路線孔的加工路線4.2.3 圖4-3 孔的典型加工工藝路線 珩 磨IT56Ra0.041.25研 磨IT56Ra0.0080.63粗 鏜IT1213Ra 520鉆IT1013Ra 580半 精 鏜IT1011Ra 2.510粗 拉IT910Ra 1.255擴(kuò)IT913Ra 1.2540精 鏜IT79Ra 0.635粗 磨IT911Ra1.2510精 拉IT79Ra0.160.63推IT68Ra0.081.25餃IT69Ra 0.3210金 剛 鏜IT57Ra0.161.25精 磨IT78Ra0.080.63滾 壓IT68Ra0.011.25手 餃IT5Ra0.0

8、81.25平面的加工路線平面的加工路線4.2.3 圖4-4 平面典型加工工藝路線 拋 光Ra0.0081.25研 磨IT56Ra0.0080.63精 密 磨IT56Ra 0.040.32半 精 銑IT811Ra 2.510精 銑IT68Ra 0.635高 速 精 銑IT67Ra 0.161.25導(dǎo) 軌 磨IT6Ra0.161.25精 磨IT68Ra 0.161.25寬 刀 精 刨I(mǎi)T6Ra 0.161.25粗 磨IT810Ra 1.2510精 刨I(mǎi)T68Ra 0.635半 精 刨I(mǎi)T811Ra 2.510半 精 車IT811Ra 2.510粗 銑IT1113Ra 520粗 刨I(mǎi)T1113Ra

9、520砂 帶 磨IT56Ra0.010.32金 剛 石 車IT6Ra0.021.25刮 研Ra 0.041.25精 車IT68Ra 1.255粗 車IT1213Ra 1080精 拉IT69Ra 0.322.5粗 拉IT1011Ra 520型面的加工型面的加工4.2.3 金剛石刀具主要是對(duì)鋁、銅及其合金等材料進(jìn)行超精密切削，而對(duì)于黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，則主要是應(yīng)用精密和超精密磨料加工。所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對(duì)黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。精密和超精密加工分類精密和超精密加工分類精密和超精精密和超精密磨料加工密磨料加工

10、固結(jié)磨料加工游離磨料加工精密研磨精密拋光固結(jié)磨具涂覆磨具精密砂輪磨削油石研磨精密珩磨精密超精加工砂帶磨削砂帶研磨固結(jié)磨料加工固結(jié)磨料加工將磨料或微粉與結(jié)合劑粘合在一起，形成一定的形狀并具有一定強(qiáng)度，再采用燒結(jié)、粘接、涂敷等方法形成砂輪、砂條、油石、砂帶等磨具。精密和超精密砂輪磨削精密和超精密砂輪磨削精密砂輪磨削：砂輪的粒度6080，加工精度1m，Ra0.025m；超精密砂輪磨削：砂輪的粒度W40W5，得加工精度0.1m， Ra0.0250.008m。精密和超精密砂帶磨削精密和超精密砂帶磨削精密砂帶磨削：砂帶粒度W63W28，加工精度1m，Ra0.025;超精密砂帶磨削：砂帶粒度W28W3，加工

11、精度0.1m，Ra0.0250.008m。游離磨游離磨料加工料加工磨料或微粉不是固結(jié)在一起，而是成游離狀態(tài)。傳統(tǒng)方法：研磨和拋光新方法：磁性研磨、彈性發(fā)射加工、液體動(dòng)力拋光、液中研拋、磁流體拋光、擠壓研拋、噴射加工等。4.3.1精密和超精密砂輪磨料磨具精密和超精密砂輪磨料磨具磨料及其選擇磨料及其選擇普通磨料碳化物系碳化硼碳化硅剛玉系超硬磨料金剛石天然人造立方氮化硼磨料粒度及其選擇磨料粒度及其選擇多選用180240普通磨料、170/200325/400超硬磨料的磨粒和各種粒度的微粉。結(jié)合劑及其選擇結(jié)合劑及其選擇將磨料粘合在一起，形成一定的形狀，并有一定的強(qiáng)度。樹(shù)脂結(jié)合劑、陶瓷結(jié)合劑和金屬結(jié)合劑普

12、通磨具硬度低表示磨粒易脫落。超硬磨具無(wú)硬度項(xiàng)指標(biāo)。硬度及選擇硬度及選擇磨具的強(qiáng)度磨具的強(qiáng)度高速回轉(zhuǎn)時(shí)，抵抗因離心力的作用而自身破碎的能力。磨具的形狀和尺寸及其基體材料磨具的形狀和尺寸及其基體材料根據(jù)機(jī)床規(guī)格和加工情況選擇磨具的形狀和尺寸。基體材料與結(jié)合劑有關(guān)，金屬結(jié)合劑磨具多采用鐵或銅合金；樹(shù)脂結(jié)合劑磨具采用鋁及合金或電木；陶瓷結(jié)合劑磨具多采用陶瓷。普通磨具中磨料的含量用組織表示。磨粒率，氣孔率組織及其選擇組織及其選擇精密和超精密涂覆磨具精密和超精密涂覆磨具涂覆磨具分類涂覆磨具分類涂覆磨具工作條件基底材料形狀耐水干磨復(fù)合紙棉布化纖布塑料膜盤(pán)狀頁(yè)狀卷狀環(huán)狀帶狀精密和超精密涂覆磨具精密和超精密涂覆

13、磨具涂覆磨料及粒度涂覆磨料及粒度棕剛玉、白剛玉、鉻剛玉、鋯剛玉黑色碳化硅、綠色碳化硅、氧化鐵、人造金剛石等。涂覆磨料的粒度無(wú)論磨粒還是微粉，都用P字粒度號(hào)表示。粘接劑粘接劑又稱膠，作用是將砂粒牢固地粘接在基底上。又稱膠，作用是將砂粒牢固地粘接在基底上。動(dòng)物膠：皮膠、明膠、骨膠等。用于輕切削的干磨動(dòng)物膠：皮膠、明膠、骨膠等。用于輕切削的干磨和油磨。和油磨。樹(shù)脂：醇酸樹(shù)脂、胺基樹(shù)脂、尿醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂樹(shù)脂：醇酸樹(shù)脂、胺基樹(shù)脂、尿醛樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂等。用于難磨材料或復(fù)雜形面的磨削或拋光。等。用于難磨材料或復(fù)雜形面的磨削或拋光。高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精密磨削。高分子化合物：聚醋酸乙稀酯。用于精

14、密磨削。涂覆方法涂覆方法重力落砂法重力落砂法涂覆法涂覆法靜電植砂法靜電植砂法一、精密磨削機(jī)理一、精密磨削機(jī)理 微刃的微切削作用 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用 微刃的等高切削作用二、精密磨削砂輪選擇二、精密磨削砂輪選擇 精密磨削使所用砂輪的選擇以易產(chǎn)生和保持微刃及其等高性為原則。 磨削鋼件及鑄鐵件時(shí)，采用剛玉磨料較好，單晶剛玉最好，白剛玉、鉻剛玉應(yīng)用最普遍。 砂輪的粒度可選擇粗粒度和細(xì)粒度兩類。 結(jié)合劑選擇樹(shù)脂較好，加入石墨填料加強(qiáng)摩擦拋光作用。三、精密磨削時(shí)砂輪的修整三、精密磨削時(shí)砂輪的修整 砂輪修整是精密磨削的關(guān)鍵，有單粒金剛石修整、金剛石粉末燒結(jié)型修整器修整和金剛石超聲波修整等。 砂輪的修整

15、用量有修整導(dǎo)程、修整深度、修整次數(shù)和光修次數(shù)。修整導(dǎo)程（縱向進(jìn)給量）為1015mm/min，修整深度為2.5m/單行程，精修次數(shù)23次，光修次數(shù)1次單行程。四、精密磨削條件與要求四、精密磨削條件與要求 精密磨削要在精密磨床上進(jìn)行。精密磨床應(yīng)滿足的要求： 1、高幾何精度：主要有砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度和導(dǎo)軌平直度，以保證工件的幾何形狀精度要求，主軸軸承一般采用動(dòng)壓和動(dòng)靜壓組合軸承。 2、低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性：要求無(wú)爬行和沖擊現(xiàn)象，能平穩(wěn)工作。特殊設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，采取排除空氣、低流量節(jié)流閥、工作臺(tái)導(dǎo)軌壓力潤(rùn)滑。 3、減少振動(dòng) 1）電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡，電動(dòng)機(jī)與砂輪架之間進(jìn)行隔振； 2）砂輪要進(jìn)行動(dòng)平衡；

16、 3）精密磨床最好安裝在防振地基上。五、磨削用量五、磨削用量砂輪速度砂輪速度一般在1530m/s一般在612m/min工作速度工作速度工件縱向進(jìn)給量工件縱向進(jìn)給量一般為50100mm/min或0.060.5mm/r橫向進(jìn)給量（吃刀量）橫向進(jìn)給量（吃刀量）一般取0.62.5m/單行程橫向進(jìn)給（走橫向進(jìn)給（走刀）次數(shù)刀）次數(shù)一般約23次（單行程）光磨（無(wú)火花磨削）光磨（無(wú)火花磨削）粗粒度砂輪精細(xì)修整后，光磨次數(shù)采用58次細(xì)粒度砂輪精細(xì)修整后，光磨次數(shù)采用1025次。六、超硬磨料砂輪磨削特點(diǎn)六、超硬磨料砂輪磨削特點(diǎn) 1）可用來(lái)加工各種高硬度、高脆性金屬材料和非金屬材料，如硬質(zhì)合金、陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體

17、、石材等。立方氮化硼砂輪磨削時(shí)，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)惰性強(qiáng)，不易與鐵素元素產(chǎn)生親和作用和化學(xué)反應(yīng)，加工黑色金屬時(shí)，有較高的耐磨性。 2）磨削能力強(qiáng)，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。 3）磨削力小，磨削溫度低，加工表面質(zhì)量好，無(wú)燒傷、裂紋和組織變化。 4）磨削效率高。 5）綜合成本低。整形整形對(duì)砂輪進(jìn)行微量切削，使砂輪達(dá)到所要求的幾何形狀精度，并使磨料尖端細(xì)微破碎，形成鋒利的磨削刃。修銳修銳去除磨粒間的結(jié)合劑，使磨粒間有一定的容屑空間，并使磨刃突出于結(jié)合劑之外，形成切削刃。超硬磨料砂輪修整超硬磨料砂輪修整車削法車削法用單點(diǎn)、聚晶金剛石筆，修整片等車削金剛石砂輪達(dá)到修整目的。磨削

18、法磨削法用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪對(duì)磨進(jìn)行修整，普通磨料磨粒被破碎，切削超硬磨料砂輪上的樹(shù)脂、陶瓷、金屬結(jié)合劑，致使超硬磨粒就會(huì)脫落。目前最為廣泛采用的修整法。軟鋼磨削整形法軟鋼磨削整形法單滾輪法雙滾輪法滾壓擠軋法滾壓擠軋法用碳化硅、剛玉、硬質(zhì)合金或鋼鐵等制成修整輪，與超硬磨料砂輪在一定壓力下進(jìn)行自由對(duì)滾，使結(jié)合劑破裂形成容屑空間，并使超硬磨粒表面崩碎形成微刃。加入碳化硅、剛玉等游離磨料，依靠游離磨料擠軋作用進(jìn)行修銳。噴射法噴射法碳化硅和剛玉電解修整法電解修整法 利用電化學(xué)個(gè)腐蝕作用蝕除金屬結(jié)合劑，多用于金屬結(jié)合劑砂輪的修銳，非金屬結(jié)合劑砂輪無(wú)效。電火花修整法電火花修整法電火花放電加工

19、，適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪。若在結(jié)合劑中加入石墨粉，可用于樹(shù)脂、陶瓷結(jié)合劑砂輪。既可整形，又可修銳。超聲波振動(dòng)修整法超聲波振動(dòng)修整法用受激振動(dòng)的簧片或超聲波振動(dòng)頭驅(qū)動(dòng)的幅板作為修整器，并在砂輪和修整器間放入游離磨料撞擊砂輪的結(jié)合劑，使超硬磨粒突出結(jié)合劑。超精密磨削對(duì)磨床的要求：1）要求磨床的精度較高，砂輪主軸回轉(zhuǎn)精度其徑向跳動(dòng)應(yīng)0.01mm，端面圓跳動(dòng)0.005mm。2）比普通磨床剛度提高50左右。3）進(jìn)給系統(tǒng)精度高、進(jìn)給速度均勻準(zhǔn)確，縱向進(jìn)給速度最小可達(dá)0.3m/min，橫向進(jìn)給最小可達(dá)0.0010.002mm/單行程。4）各運(yùn)動(dòng)件和主軸回轉(zhuǎn)部分、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌部分有可靠的密封。5）有比較完善

20、的磨削液處理系統(tǒng)。6）采取相應(yīng)的防振、隔振措施。超硬磨料砂輪磨削工藝超硬磨料砂輪磨削工藝磨削用量磨削用量磨削速度磨削速度人造金剛石砂輪的磨削速度為1230m/s，立方氮化硼砂輪的磨削速度為4560m/s.磨削深度磨削深度工件速度工件速度一般為1020m/min縱向進(jìn)給縱向進(jìn)給速度速度一般在0.451.5m/min磨削深度為0.0020.01mm磨削液磨削液磨削液的作用磨削液的作用磨削液的種類磨削液的種類和組成和組成降低磨削溫度，減少磨削力，改善磨削表面質(zhì)量，提高磨削效率和砂輪壽命。潤(rùn)滑、冷卻、清洗性能，尚有滲透性、防銹性、防腐性、防火性、切削性和極壓性等油性液：成分是礦物油，如機(jī)油、輕質(zhì)柴油、

21、煤油，加入脂肪油和添加劑。水溶性液：成分是水，如乳化液、無(wú)機(jī)鹽水溶液和化學(xué)合成液等。金剛石砂輪磨削時(shí)常用油性液和水溶性液，立方氮化硼砂輪磨削時(shí)用油性液。超硬磨料砂輪的平衡超硬磨料砂輪的平衡靜平衡靜平衡動(dòng)平衡動(dòng)平衡 力矩平衡，用于窄砂輪的平衡，是在一個(gè)平面上的平衡。（1）機(jī)外靜平衡架上平衡（2）機(jī)上動(dòng)態(tài)平衡（3）機(jī)外動(dòng)態(tài)平衡 力偶平衡，用于寬砂輪和多砂輪軸的平衡，是在一個(gè)有一定長(zhǎng)度的體上進(jìn)行力偶平衡。 一般在動(dòng)平衡機(jī)上進(jìn)行。一、超精密磨削和鏡面磨削一、超精密磨削和鏡面磨削超精密磨削的加工精度達(dá)到或高于0.1m，表面粗糙度低于0.025m，是一種亞微米級(jí)的加工方法；對(duì)于鋼、鐵材料和陶瓷、玻璃等硬脆

22、材料是一種重要的加工方法。鏡面磨削加工表面粗糙度達(dá)到0.020.01m，屬于精密和超精密磨削范疇。 超精密磨削的特點(diǎn)：1）超精密磨削是一種超微量切除加工2）超精密磨床是超精密磨削的關(guān)鍵3）超精密磨削是一個(gè)高精度、高穩(wěn)定 性的系統(tǒng)工程二、超精密磨削機(jī)理二、超精密磨削機(jī)理磨削加工過(guò)程磨削加工過(guò)程單顆粒磨削1）磨粒是一顆具有彈性支承（結(jié)合劑）的和大負(fù)前角切削刃的彈性體。2）磨粒切削刃的切入深度是從零開(kāi)始逐漸增加，到達(dá)最大值再逐漸減少，最后到零。3）磨粒磨削時(shí)在工件的接觸過(guò)程中，開(kāi)始是彈性區(qū)，繼而塑性區(qū)、切削區(qū)、塑性區(qū)，最后是彈性區(qū)。4）超精密磨削時(shí)有微切削作用、塑性流動(dòng)和彈性破壞作用，同時(shí)還有滑擦作

23、用。磨削加工過(guò)程磨削加工過(guò)程 磨削加工是無(wú)數(shù)磨粒的連續(xù)磨削。加工的實(shí)質(zhì)是工件被磨削的表層，在無(wú)數(shù)磨粒瞬間的擠壓，摩擦作用下產(chǎn)生變形，而后轉(zhuǎn)為磨屑，并形成光潔表面的過(guò)程。磨削過(guò)程可分為：三個(gè)階段，砂輪表面的磨粒與工件材料接觸，發(fā)生彈性變形，磨粒繼續(xù)切入工件（切削深度增加），工件材料進(jìn)入塑性階段，材料晶粒發(fā)生滑移。塑性變形不斷增大，當(dāng)力達(dá)到工件的強(qiáng)度極限時(shí)，被磨削層材料產(chǎn)生擠裂，即進(jìn)入切削階段，最后被切離。當(dāng)磨削切入量達(dá)到最大值后，逐漸減少，最后到零，同時(shí)經(jīng)歷塑性區(qū)和彈性區(qū)。 三、超精密磨床三、超精密磨床超精密磨床的特點(diǎn)超精密磨床的特點(diǎn) （1）高精度 尺寸精度：正負(fù)0.25正負(fù)0.5 圓度：0.2

24、50.1m 圓柱度：25000：0.255000：1m 表面粗糙度：0.0060.01m （2）高剛度 剛度值一般應(yīng)在200N/m以上 （3）高穩(wěn)定性 （4）微進(jìn)給裝置 使砂輪獲得行程為250m，位移精度為0.020.2m，分辨率達(dá) 0.010.1m。 （5）計(jì)算機(jī)數(shù)控超精密磨床的結(jié)構(gòu)超精密磨床的結(jié)構(gòu) 超精密磨床在結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢(shì)：超精密磨床在結(jié)構(gòu)上的發(fā)展趨勢(shì)：（1）主軸軸承由動(dòng)壓向動(dòng)靜壓和 靜壓發(fā)展，由液體 靜壓向空氣靜 壓發(fā)展。（2）多采用空氣靜壓導(dǎo)軌，也有 采用精密研磨配制 的鑲鋼滑動(dòng)導(dǎo)軌。（3）床身、工作臺(tái)等逐漸采用穩(wěn) 定性好的天然或人 造花崗巖。（4）整個(gè)機(jī)床采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)、密 封結(jié)構(gòu)

25、、淋浴結(jié)構(gòu) 等熱穩(wěn)定性措施。超精密磨削工藝超精密磨削工藝 砂輪線速度：1860m/min 工件線速度：410m/min 工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度;50100mm/min 磨削深度：0.51m 磨削橫進(jìn)給次數(shù)：24次 無(wú)火花磨削次數(shù)：35次 磨削用量：25m砂帶磨削方式砂帶磨削方式閉式砂帶磨削閉式砂帶磨削開(kāi)式砂帶磨削開(kāi)式砂帶磨削采用無(wú)接頭或有接頭的環(huán)形砂帶環(huán)形砂帶，通過(guò)張緊輪撐緊，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)接觸輪帶動(dòng)砂帶高速回轉(zhuǎn)，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)縱向及橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。采用成卷砂帶成卷砂帶，由電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)通過(guò)卷帶輪帶動(dòng)砂帶作極緩慢的移動(dòng)，砂帶繞過(guò)接觸輪并以一定的工作壓力與工件被加工表面

26、接觸，工件回轉(zhuǎn)，砂帶頭架或工作臺(tái)縱向及橫向進(jìn)給，從而對(duì)工件進(jìn)行磨削。砂帶在磨削過(guò)程中的連續(xù)緩慢移動(dòng)，切削切削區(qū)不斷出現(xiàn)新砂粒區(qū)不斷出現(xiàn)新砂粒，磨削質(zhì)量高且穩(wěn)定，磨削效果好一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用閉式砂閉式砂帶磨削帶磨削砂帶磨削分類：按砂帶與工件接觸形式分為接觸輪式、支承板（輪）式、自由浮動(dòng)接觸式和自由接觸式。按加工表面類型分為外圓、內(nèi)圓、平面、成形表面等。開(kāi)式砂開(kāi)式砂帶磨削帶磨削一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用一、砂帶磨削方式、特點(diǎn)和應(yīng)用砂帶磨削特點(diǎn)砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件是柔性接觸，磨粒載荷小而均勻，砂帶磨削 工件表面質(zhì)量高，表面粗糙度可達(dá)0.050.01m，

27、又稱“彈性”磨削。2）靜電植砂法是磨粒具有方向性，力、熱作用小，有較好 的切削性，有效地減小了工件變形和表面燒傷。工件的 尺寸精度可達(dá)50.5m，平面度可達(dá)1m。又有“冷態(tài)” 磨削之稱。3）砂帶磨削效率高，無(wú)需修整。4）砂帶制作簡(jiǎn)單方便，無(wú)燒結(jié)、動(dòng)平衡等問(wèn)題，價(jià)格也便 宜，砂帶磨削設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。5）砂帶磨削有廣闊的工藝性和應(yīng)用范圍、很強(qiáng)的適應(yīng)性。 砂帶研拋加工：開(kāi)式砂帶磨削方式，用細(xì)粒度砂粒聚酯薄膜基底砂帶。1）接觸輪外緣材料為橡膠、塑料時(shí)，加工時(shí)的拋光作用強(qiáng)；2）接觸輪外緣材料為鋼鐵、銅、膠木時(shí)，加工時(shí)的研磨作 用強(qiáng)；3）接觸輪外緣材料為半軟半硬時(shí)，加工時(shí)研磨、拋光兼有。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：砂帶磨削

28、不能加工窄退刀槽的階梯軸、階梯孔、盲孔、小孔、齒輪等，對(duì)形狀和位置精度要求高的也不如精密砂輪磨削。二、砂帶磨削機(jī)理二、砂帶磨削機(jī)理 砂帶磨削時(shí)，彈性變形區(qū)的面積較大，使磨粒承受的載荷大大減小，載荷值也較均勻，且有減振作用。砂帶磨削時(shí)材料的塑性變形和摩擦力均較砂輪磨削時(shí)減小，力和熱的作用降低，工件溫度降低。砂帶粒度均勻、等高性好，磨粒尖刃向上，有方向性，且切削刃間隔長(zhǎng)，切屑不易堵塞，有較好的切削性。砂帶磨削兼有磨削、研磨和拋光的綜合作用，是一種復(fù)合加工。三、精密砂帶磨床和砂帶頭架三、精密砂帶磨床和砂帶頭架砂帶磨削頭架砂帶磨削頭架閉式磨閉式磨削頭架削頭架組成：接觸輪（或支撐板）、主動(dòng)輪、張緊輪、張

29、緊機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)、電動(dòng)機(jī)、基座等。開(kāi)式磨開(kāi)式磨削頭架削頭架組成：卷帶輪、接觸輪、砂帶輪、電動(dòng)機(jī)、基座等。砂帶振動(dòng)磨削砂帶振動(dòng)磨削 開(kāi)式砂帶磨削和振動(dòng)疊加的復(fù)合加工。1)在開(kāi)式砂帶磨削時(shí)，振動(dòng)可彌補(bǔ)工件不能高速運(yùn)動(dòng) 時(shí)效率下降，使加工效率大大提高。2）振動(dòng)地疊加可以形成復(fù)雜而又不重復(fù)地磨削軌跡， 形成網(wǎng)狀紋，有利于降低表面粗糙度，得到很低的 粗糙度值加工表面。3）可采用干式磨削，加工表面不易出現(xiàn)劃痕。4）對(duì)寬砂帶，沿接觸輪軸向振動(dòng)可使砂帶不跑偏和 磨損均勻。三、精密砂帶磨床和砂帶頭架三、精密砂帶磨床和砂帶頭架接觸輪接觸輪三、精密砂帶磨床和砂帶頭架三、精密砂帶磨床和砂帶頭架接觸輪的選用原則接觸輪的

30、選用原則（1）接觸輪的硬度越大，加工表面粗糙度越大；（2）除軟質(zhì)接觸輪因超速而發(fā)生硬化外，速度高，所 獲得的表面粗糙度就低；（3）鋸齒形接觸輪與表面平滑的接觸輪相比，砂帶的 使用壽命要長(zhǎng)；（4）在加工工件的硬度一定時(shí)，硬質(zhì)接觸輪比軟質(zhì)接 觸輪的切削量大。 其他元件：主動(dòng)輪、張緊輪及張緊機(jī)構(gòu)、調(diào)偏機(jī)構(gòu)、振蕩機(jī)構(gòu)。四、精密砂帶磨削工藝四、精密砂帶磨削工藝砂帶磨削用量選擇砂帶磨削用量選擇砂帶速度砂帶速度對(duì)閉式磨削，粗磨時(shí)為1220m/s，精磨為2530m/s.工件速度工件速度粗磨選2030m/min，精磨選20m/min以下縱向進(jìn)給量縱向進(jìn)給量及磨削深度及磨削深度粗磨時(shí)，縱向進(jìn)給量為0.173.00

31、mm/r，磨削深度為0.050.10mm，精磨時(shí)，縱向進(jìn)給量為0.42.00mm/r，磨削深度為0.010.05mm。接觸壓力接觸壓力一般選取50300N四、精密砂帶磨削工藝四、精密砂帶磨削工藝砂帶選擇及其修整砂帶選擇及其修整滾壓法滾壓法對(duì)磨法對(duì)磨法預(yù)磨法預(yù)磨法使砂帶通過(guò)一對(duì)有相應(yīng)間隙的淬火鋼制平滑滾輪，砂帶受壓將凸出磨粒壓平而獲得等高性。用一細(xì)粒度砂帶與欲用的新砂帶對(duì)磨，將其凸出磨粒修整掉。將新砂帶使用一段時(shí)間后，待砂帶處于正常磨損的最佳階段時(shí)備用。四、精密砂帶磨削工藝四、精密砂帶磨削工藝磨削液與干磨削液與干磨劑的選擇磨劑的選擇四、精密砂帶磨削工藝四、精密砂帶磨削工藝砂帶磨削砂帶磨削的除塵的

32、除塵無(wú)論是濕磨還是干磨，無(wú)論是在砂帶磨床還是在普通磨床上利用砂帶磨削頭架磨削，都應(yīng)設(shè)有吸塵和集塵裝置。金剛石刀具的主切削刃和副切削刃之間采用過(guò)渡刃對(duì)加工表面起修光作用。國(guó)內(nèi)：多采用直線修光刃，修光刃長(zhǎng)度一般取0.10.2mm國(guó)外：多采用圓弧修光刃，圓弧半徑R=0.53mm。金剛石刀具的主偏角，平時(shí)采用3090度，用得較多的是45度。1 1、金剛石刀具的結(jié)構(gòu)和的幾何參數(shù)、金剛石刀具的結(jié)構(gòu)和的幾何參數(shù)刀頭形式刀頭形式主軸回轉(zhuǎn)精度主軸回轉(zhuǎn)精度 回轉(zhuǎn)精度回轉(zhuǎn)精度在主軸空載手動(dòng)或機(jī)動(dòng)低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸空載手動(dòng)或機(jī)動(dòng)低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸前端安裝工件或刀具的基面上所測(cè)得的徑向跳動(dòng)、在主軸前端安裝工件或

33、刀具的基面上所測(cè)得的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。 影響回轉(zhuǎn)精度的因素影響回轉(zhuǎn)精度的因素 （1 1）軸承精度和間隙的影響。）軸承精度和間隙的影響。 （2 2）主軸、支承座等零件中精度的影響。）主軸、支承座等零件中精度的影響。 關(guān)鍵在于精密軸承。關(guān)鍵在于精密軸承?；瑒?dòng)軸承的分類滑動(dòng)軸承的分類 按滑動(dòng)軸承工作時(shí)軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦按滑動(dòng)軸承工作時(shí)軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動(dòng)軸承可分為狀態(tài)，滑動(dòng)軸承可分為: 液體摩擦軸承液體摩擦軸承非液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承液體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承液體靜壓液體靜壓潤(rùn)滑潤(rùn)滑軸承軸承 按滑動(dòng)軸承承受載荷的方向可分為

34、按滑動(dòng)軸承承受載荷的方向可分為:徑向滑動(dòng)軸承（向心）徑向滑動(dòng)軸承（向心）推力滑動(dòng)軸承（止推）推力滑動(dòng)軸承（止推）根據(jù)潤(rùn)滑膜的形成原理不同分為：根據(jù)潤(rùn)滑膜的形成原理不同分為：動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和幾何形狀，借助流體粘性，把潤(rùn)滑和幾何形狀，借助流體粘性，把潤(rùn)滑劑帶進(jìn)摩擦面之間，依靠自然建立的劑帶進(jìn)摩擦面之間，依靠自然建立的流體壓力膜，將運(yùn)動(dòng)副表面分開(kāi)的潤(rùn)流體壓力膜，將運(yùn)動(dòng)副表面分開(kāi)的潤(rùn)滑方法為流體動(dòng)壓潤(rùn)滑?；椒榱黧w動(dòng)壓潤(rùn)滑。靜壓潤(rùn)滑軸承靜壓潤(rùn)滑軸承在滑動(dòng)軸承與軸頸表面之間輸入在滑動(dòng)軸承與軸頸表面之間輸入高壓潤(rùn)滑劑以承受外載荷，使運(yùn)動(dòng)副

35、高壓潤(rùn)滑劑以承受外載荷，使運(yùn)動(dòng)副表面分離的潤(rùn)滑方法成為流體靜壓潤(rùn)表面分離的潤(rùn)滑方法成為流體靜壓潤(rùn)滑?；?。徑向軸承（徑向軸承（向心軸承向心軸承）徑向軸承的徑向軸承的受力受力FrFr與軸的中心線垂直與軸的中心線垂直止推軸承（推力軸承）止推軸承（推力軸承）止推軸承受力止推軸承受力FaFa與與軸的中心線平行軸的中心線平行FrFa軸承座軸承座徑向軸瓦徑向軸瓦止推軸瓦止推軸瓦液體靜壓軸承工作原理液體靜壓軸承工作原理靜壓軸承組成：供油系統(tǒng)、節(jié)流器、軸承 （1）軸承內(nèi)圓柱面上，等間隙地開(kāi)有幾個(gè)油腔（通常為4個(gè)）。 （2）各油腔之間開(kāi)有回油槽。 （3）用過(guò)的油一部分從這些回油槽流回油箱（徑向回油），另一部分則由

36、兩端流回油箱（軸向回油）。 （4）油腔四周形成適當(dāng)寬度的軸向封油面和周向封油面，它們和軸頸之間的間隙一般為 0.020.04mm。 （5）油泵供油壓力為ps ，油液經(jīng)節(jié)流器T進(jìn)入各油腔，將軸頸推向中央，油液最后經(jīng)封油面流回油箱，壓力降低為零。 （6）當(dāng)主軸不受載荷且忽略自重時(shí)，則各油腔的油壓相同，保持平衡，軸在軸承正中心，這時(shí)軸頸表面與各腔封油面之間的間隙相等，均為h0。 （7）當(dāng)主軸受徑向載荷（包括自重）F作用后，軸頸向下移動(dòng)產(chǎn)生偏心量e。 （8）油腔3處的間隙減小為h0-e ，由于油液流過(guò)間隙小的地方阻力大，流量減小，因而流過(guò)節(jié)流器T3的流量減少，壓力損失隨之減小 （9）供油壓力ps 一定

37、，油腔3內(nèi)的油壓p3升高 （10）油腔1處的間隙增大為h0e，由于油液流過(guò)間隙大的地方阻力小，流量增加，因而流過(guò)節(jié)流器T1的流量增加，壓力損失亦隨著增加，所以油腔1內(nèi)的油壓p就降低，這樣油腔3與油腔1之間形成了壓力p = p3 -p1，產(chǎn)生與載荷方向相反的托起力，以平衡外載荷F。 （11）如油腔的有效承載面積為A，則軸承的承載能力為：F= A（p3 - p1） （12）各油腔由同一個(gè)液壓泵供油，則每個(gè)油腔必須串聯(lián)一個(gè)節(jié)流器。 （13）沒(méi)有節(jié)流器，各油腔油壓相同，互相抵消，就不能平衡外載荷了，這時(shí)主軸產(chǎn)生位移，甚至使軸頸與軸承表面接觸 （14）油腔壓力是液壓泵供給的，與軸的轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。因此，靜壓軸

38、承可以在很低的轉(zhuǎn)速下工作。 1）液體靜壓軸承的溫升很高，難以控制，造成熱變形，影響主軸精度。 2）靜壓油回油時(shí)將空氣帶入油源，形成微小氣泡懸浮在油中，不易排出，降低軸承的剛度和動(dòng)特性。 解決措施： 1）提高靜壓油的壓力到68MPa，使油中微小氣泡的影響減小，提高靜壓軸承的剛度和動(dòng)特性。 2）靜壓軸承用油經(jīng)溫度控制，基本達(dá)到恒溫，減少軸承的溫升。 3）軸承用恒溫水冷卻，減小軸承的溫升。液體靜壓軸承的缺點(diǎn)液體靜壓軸承的缺點(diǎn)空氣靜壓軸承主軸空氣靜壓軸承主軸圓柱徑向軸承和端面圓柱徑向軸承和端面止推空氣靜壓軸承止推空氣靜壓軸承徑向軸承的軸套制成外徑向軸承的軸套制成外面鼓形，能自動(dòng)調(diào)整定面鼓形，能自動(dòng)調(diào)整

39、定心。心。軸套的外表面做凸軸套的外表面做凸形球面，與軸承蓋及軸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面相配承座上的凹形球面相配合。當(dāng)軸變形時(shí)，軸套合。當(dāng)軸變形時(shí)，軸套可以自動(dòng)調(diào)整位置，從可以自動(dòng)調(diào)整位置，從而保證軸頸與軸而保證軸頸與軸鼓鼓為面為面接觸。用多孔石墨的軸接觸。用多孔石墨的軸襯代替小節(jié)流孔。襯代替小節(jié)流孔。雙半球空氣軸承主軸雙半球空氣軸承主軸前后軸承均采用半球狀，既是徑向軸承又是軸向軸承。由于軸承的氣浮面是球面，有自動(dòng)調(diào)心作用，可提高前后軸承的同心度，提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。前部用球形后部用圓柱前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸徑向空氣軸承的主軸立式空氣軸承立式空氣軸承超精密機(jī)床主軸和軸

40、承的材料超精密機(jī)床主軸和軸承的材料1）不易磨損。用多孔石墨作空氣軸承套。2）不易生銹腐蝕。3）熱膨脹系數(shù)小，且主軸和軸套的熱膨脹系數(shù)要接近。4）材料的穩(wěn)定性好。38CrMoAl氮化鋼，經(jīng)表面氮化和低 溫穩(wěn)定處理，不銹鋼和多孔石墨和軸承鋼。 此外：花崗巖、微晶玻璃和陶瓷。滾柱導(dǎo)軌承載能力和剛度：都比滾珠導(dǎo)軌大應(yīng)用：載荷較大的機(jī)床，應(yīng)用最廣泛對(duì)導(dǎo)軌不平行度（扭曲）要求較高，否則要造成滾柱的偏移和側(cè)向滑動(dòng)，使導(dǎo)軌磨損加劇和降低精度。因此，滾柱最好做成腰鼓形，中間直徑比兩端大0.02mm左右。再循環(huán)滾柱滾動(dòng)組件再循環(huán)滾珠滾動(dòng)組件滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊 在滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面之間預(yù)加一定載荷，可增加滾動(dòng)體與導(dǎo)軌面的接

41、觸，以減小導(dǎo)軌面平面度、滾子直線度及滾動(dòng)體直徑不一致誤差的影響，使大多數(shù)滾動(dòng)體均能參加工作。由于有預(yù)加接觸變形，接觸剛度增加。因而滾動(dòng)導(dǎo)軌的預(yù)緊提高了導(dǎo)軌的精度和剛度。阻尼性能也有所增加，提高了導(dǎo)軌的抗振性。液體靜壓導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌氣浮導(dǎo)軌常用平導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的底平面和兩側(cè)導(dǎo)軌有壓縮空氣，使滑板或工作臺(tái)浮起，工作臺(tái)的浮起是氣浮作用，但側(cè)面是氣體靜壓作用。美國(guó)Pneumo公司的MSG325使用氣浮導(dǎo)軌?？諝忪o壓導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)件的導(dǎo)軌面，上下、左右均在靜壓空氣的約束下，比氣浮導(dǎo)軌的剛度和運(yùn)動(dòng)精度高。靜壓空氣的節(jié)流方式：多孔石墨節(jié)流、小孔節(jié)流、毛細(xì)管節(jié)流、狹縫節(jié)流、表面節(jié)流。靜壓空氣壓力46大氣壓。精密數(shù)控系統(tǒng)精密數(shù)控系統(tǒng)對(duì)超精密機(jī)床，刀具和工件的z向和x向運(yùn)動(dòng)以及加工非球曲面的精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)都是由精密數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制的。精密數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)z向和x向的位移反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到要求的位移精度。滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng) 進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)元件，滾珠在絲杠和螺紋槽內(nèi)滾動(dòng)，摩擦力小，且滾珠在螺母內(nèi)有再循環(huán)通道。滾珠絲杠副要求正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)沒(méi)有回程間隙，要求滾珠絲杠和螺母間有一定的預(yù)載過(guò)盈。精密級(jí)和高精密級(jí)滾