超精密加工技術(shù)

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯超精密加工技術(shù) 一、概述 精密加工是指加工零件的尺寸尺寸精度在0.1-1m，加工表面粗糙度為Ra 0.020.1m之間的加工方法。 超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1m，表面粗糙度小于Ra0.025m，以及所用機(jī)床定位精度的辨別率和重復(fù)性高于0.01m的加工技術(shù)，也稱之為亞微米級加工技術(shù)，且正在向納米級加工技術(shù)進(jìn)展。 超精密加工技術(shù)主要包括：超精密加工的機(jī)理討論，超精密加工的設(shè)備制造技術(shù)討論，超精密加工工具及刃磨技術(shù)討論，超精密測量技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù)討論，超精密加工工作環(huán)境條件討論。 1.進(jìn)展精密和超精密加工技術(shù)的重要性 隨著科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)展和人

2、民生活以及國防建設(shè)的需要，各國都大力進(jìn)展制造業(yè)，尤其是在精密與超精密加工領(lǐng)域競爭更為激烈，由于它在尖端產(chǎn)品和現(xiàn)代化武器的制造中占有特別重要的位置，導(dǎo)彈的命中精度，主要取決于慣性儀表的精度。制造儀表需采納超精密加工技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備。 我國精密與超精密加工技術(shù)還很落后，大量的精密產(chǎn)品還需進(jìn)口，精密和超精密加工目前包含三個領(lǐng)域： （1）超精親密削，如金剛石刀具切削，可加工各種鏡面，它勝利的解決了高精度陀螺儀，激光反射鏡和某些大型反射鏡的加工。 （2）精密和超精密研磨，例如解決大規(guī)模集成電路基片的加工和高精度硬磁盤面等。 （3）精密特種加工，如電子束、離子束加工等。 2.精密與超精密加工技術(shù)的現(xiàn)狀 3

3、.精密與超精密加工技術(shù)的進(jìn)展展望 超精密加工技術(shù)進(jìn)展趨勢是：向更高精度、更高效率方向進(jìn)展；向大型化、微型化方向進(jìn)展；向加工檢測一體化方向進(jìn)展；機(jī)床向多功能模塊化方向進(jìn)展；不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世紀(jì)初十年將是超精密加工技術(shù)達(dá)到和完成納米加工技術(shù)的關(guān)鍵十年 超精密加工的主要進(jìn)展趨勢表現(xiàn)為 （1）向高精度方向進(jìn)展，由現(xiàn)在的亞微米級向納米級進(jìn)軍，最終達(dá)到“移動原子”的目的,實現(xiàn)原子級加工。 （2）向大型化方向進(jìn)展，研制各類大型的超精密加工設(shè)備，以滿意航空、航天、通信和軍事的需要。 （3）向微型化方向進(jìn)展，以適應(yīng)飛速進(jìn)展的微機(jī)械、集成電路的需要。 （4）超精結(jié)構(gòu)、多功能、

4、光機(jī)電一體化、加工檢測一體化等方向進(jìn)展，廣泛的采納先進(jìn)的檢測監(jiān)控技術(shù)實時誤差補(bǔ)償。 （5）不斷提出一些新工藝和復(fù)合加工技術(shù)，使加工的材料的范圍不斷擴(kuò)大。 超精密加工技術(shù)目前討論主要方向有 （1）超精密加工的加工機(jī)理。微細(xì)加工機(jī)理討論；微觀表面完整性討論；在超精密范疇內(nèi)的對各種材料（包括被加工材料和刀具磨具材料）的加工過程、現(xiàn)象、性能以及工藝參數(shù)進(jìn)行提示性討論。 （2）超精密加工設(shè)備制造技術(shù)。納米級超精密車床工程化討論；超精密磨床討論；關(guān)鍵基礎(chǔ)件，如軸系、導(dǎo)軌副、數(shù)控伺服系統(tǒng)、微位移裝置等討論；超精密機(jī)床總成制造技術(shù)討論。 （3）超精密加工刀具、磨具及刃磨技術(shù)。金剛石刀具及刃磨技術(shù)、金剛石微粉砂

5、輪及其修整技術(shù)討論。 （4）精密測量技術(shù)及誤差補(bǔ)償技術(shù)。納米級基準(zhǔn)與傳遞系統(tǒng)建立；納米級測量儀器討論；空間誤差補(bǔ)償技術(shù)討論；測量集成技術(shù)討論。 （5）超精密加工工作環(huán)境條件。超精密測量、控溫系統(tǒng)、消振技術(shù)討論；超精密凈化設(shè)備，新型特種排屑裝置及相關(guān)技術(shù)的討論。 二、超精親密削加工方法 1.超精密加工刀具 人造金剛石刀具具有的顯著特點：“高速切削”“硬態(tài)加工”“以車代磨”“干式切削”該刀具獲國家科學(xué)大會獎。是加工各種非金屬材料及各種有色金屬材料的最佳刀具。 超精親密削加工，刀具應(yīng)具備如下性能： 1.極高的硬度、耐磨性和彈性模量，以保證刀具足夠的壽命和尺寸耐用度。 2.刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑

6、 值微小，實現(xiàn)微薄切削。 3.刃口無缺陷，切削時刃形將復(fù)印在加工表面上，能得到超光滑表面。 4.和工件材料的抗粘接性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性。 自然金剛石具有硬度高、耐磨性和強(qiáng)度高、導(dǎo)熱性能好，并且與有色金屬摩擦系數(shù)低，能磨出極鋒銳的刀刃等一系列的優(yōu)點，因此是目前最抱負(fù)的超精親密削加工的刀具材料。 自然單晶金剛石多數(shù)為8面體或菱形12面體，極少數(shù)的6面體，淺色透亮，無雜質(zhì)，無缺陷。通常使用大顆粒（0.51.5克拉，1克拉=0.2g）。 人造金剛石是采納超高壓（500MPa 以上）高溫（1300 ）下由子晶生長而成。在條件允許的狀況下，可以生成大顆粒單晶金剛石，該

7、金剛石具有較高的硬度、良好的導(dǎo)熱性、和有色金屬摩擦系數(shù)小等優(yōu)點。 2.超精密磨削加工 精密和超精密磨料加工使利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、脆性材料等進(jìn)行加工，得到高加工精度和地表面粗糙度值。對于有色金屬常采納超精親密削加工。 （1）精密和超精密磨削加工方法分類 精密和超精密砂輪磨削、精密和超精密砂帶磨削、游離磨粒磨削。 （2）精密磨削機(jī)理 精密磨削是指加工精度為1-0.1m、表面粗糙度達(dá)到Ra0.2-0.025m的磨削方法。又稱低粗糙度磨削。 精密磨削機(jī)理：主要是依靠精細(xì)修整砂輪，使磨粒具有微刃性和等高性，磨削后，被加工表面留下大量極微細(xì)的磨削痕跡，殘留高度微小，加上無火化磨削階段的作用，

8、可獲得高精度和地表面粗糙度表面。精密磨削加工主要體現(xiàn)為，微刃的微切削作用，通過微細(xì)修整砂輪，是微細(xì)磨粒破裂并產(chǎn)生微刃，從而形成低的表面粗糙度。微刃的等高切削作用，砂輪經(jīng)微細(xì)修整后，分布在砂輪表層的統(tǒng)一深度的微刃數(shù)量、等高性好，從而使加工表面的粗糙度微小。微刃的滑擠、摩擦、拋光作用，剛開頭切削時，微刃較鋒銳，切削作用強(qiáng)，隨著切削過程的連續(xù)，磨粒漸漸消失鈍化，但同時，等高性得到改善，此時，切削作用減弱，滑擠、摩擦、拋光作用加強(qiáng)，從而使加工表面凸峰輾平，降低表面面粗糙度。 （3）密磨削砂輪選擇 精密磨削砂輪選擇主要考慮簡單產(chǎn)生和保持微刃性和等高性微原則。 磨削剛和鑄鐵時，采納剛玉磨料較好，由于剛玉磨

9、料刃性較高，能保持微刃性和等高性。而碳化硅磨料韌性差，顆粒呈針片狀，很難修整出等高性好的微刃。 砂輪粒度的可選擇粗粒度和細(xì)粒度兩類，粗粒度要細(xì)修整，微刃的切削作用是主要的，細(xì)粒度砂輪經(jīng)過精細(xì)修整后，半鈍態(tài)的微刃在適當(dāng)?shù)膲毫ο屡c工件表面的摩擦拋光作用強(qiáng)，可得到高的表面質(zhì)量和砂輪壽命。 結(jié)合劑精密磨削砂輪的選擇，以樹脂為好，加入適當(dāng)?shù)氖商岣吣Σ翏伖庾饔谩?（4）精密磨削砂輪的修整 （5）精密精密磨削對機(jī)床、環(huán)境要求 四、超精密加工的機(jī)床設(shè)備 1精密主軸部件 精密主軸部件是超精密機(jī)床的圓度基準(zhǔn)，也是保證機(jī)床加工精度的核心。主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，其關(guān)鍵在于所用的精密軸承。早期的精密主軸采納

10、超精密級的滾動軸承，如瑞士Shaublin精密車床，采納滾動軸承，其加工精度可達(dá)ban，表面粗糙度R,004-002pan。制造如此高精度的滾動軸承主軸是極為不易的，盼望更進(jìn)一步提高主軸精度更是困難。目前，超精密機(jī)床的主軸廣泛采納液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承。 2精密導(dǎo)軌和床身 床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，應(yīng)具有抗振衰減力量強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的要求。目前，超精密機(jī)床床身多采納人造花崗巖材料制造。人造花崗巖是由花崗巖碎粒用樹脂粘結(jié)而成，它不僅具有花崗巖材料的尺寸穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低、硬度高、耐磨且不生銹的特點，又可鑄造成形，克服了自然花崗巖有吸濕性的不足，并加強(qiáng)了對振動的衰減力量。超精密機(jī)

11、床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運動精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損，因而液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌，均具有運動平穩(wěn)、無爬行、摩擦因數(shù)接近于零的特點，在超精密機(jī)床中得到廣泛的使用。 3微量進(jìn)給裝置 高精度微量進(jìn)給裝置是超精密機(jī)床的一個關(guān)鍵裝置，它對實現(xiàn)超薄切削、高精度尺寸加工和實現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償有著非常重要的作用。目前，高精度微量進(jìn)給裝置辨別率已可達(dá)到0001O01xm。 在超精密加工中，要求微量進(jìn)給裝置滿意如下的要求：精微進(jìn)給與粗進(jìn)給分開，以提高微位移的精度、辨別率和穩(wěn)定性；運動部分必需是低摩擦和高穩(wěn)定性，以便實現(xiàn)很高的重復(fù)精度；末級傳動元件必需有很高的剛度，即夾固刀具處必需是高剛度的；工藝性好，簡單制造；應(yīng)能實現(xiàn)微進(jìn)給的自動掌握，動態(tài)性能好。 微量進(jìn)給裝置有機(jī)械或液壓傳動式，彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、壓電陶瓷式等多種結(jié)構(gòu)形式。 五、超精密加工的支撐環(huán)境 為了適應(yīng)精密和超精密加工精度的的