高教版現(xiàn)代制造技術(shù)精密加工

1、現(xiàn)代制造技術(shù)精密加工和超精密加工現(xiàn)代制造技術(shù)3.1 概述 精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到很高程度的精密加工工藝。超精密加工很高程度的精密加工工藝。超精密加工是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度是指加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到極高程度的精密加工工藝。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，的精密加工工藝。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，超精密加工的技術(shù)指標(biāo)也在不斷變化。超精密加工的技術(shù)指標(biāo)也在不斷變化?，F(xiàn)代制造技術(shù)n一般加工：一般加工：精度精度10m左右，左右，Ra0.30.8m；n精密加工：精密加工：精度精度100.1m左右，左右，Ra0.30.03m；n超精密加工：超精密加工：精度精度0.10

2、.01m左右，左右，Ra0.030.05m；n納米加工：納米加工：精度高于精度高于0.001m，Ra小于小于0.005m ?，F(xiàn)代制造技術(shù)加工單位（尺寸）：要去除的材料的大小微米工藝納米工藝現(xiàn)代制造技術(shù)超精密加工的主要高新技術(shù)n1）超精密加工機(jī)床與工裝、夾具；）超精密加工機(jī)床與工裝、夾具；n2）超精密切削刀具，刀具材料；）超精密切削刀具，刀具材料；n3）超精密加工工藝；）超精密加工工藝；n4）超精密加工環(huán)境控制）超精密加工環(huán)境控制(包括恒溫、隔包括恒溫、隔振、潔凈控制等振、潔凈控制等)；n5）超精密加工的測(cè)控技術(shù)。）超精密加工的測(cè)控技術(shù)?，F(xiàn)代制造技術(shù)n超精密加工機(jī)床是超精密加工水平的標(biāo)超精密加工

3、機(jī)床是超精密加工水平的標(biāo)志，它應(yīng)滿足以下一些要求：志，它應(yīng)滿足以下一些要求： 1）高精度；）高精度；2）高剛度；）高剛度；3）高穩(wěn)定性；）高穩(wěn)定性；4）高自動(dòng)化。）高自動(dòng)化?，F(xiàn)代制造技術(shù)n精密檢測(cè)是超精密加工的必要手段，誤精密檢測(cè)是超精密加工的必要手段，誤差補(bǔ)償是提高加工精度的有效措施。關(guān)差補(bǔ)償是提高加工精度的有效措施。關(guān)鍵技術(shù)主要有：鍵技術(shù)主要有： 1）幾何尺寸的納米級(jí)測(cè)量；）幾何尺寸的納米級(jí)測(cè)量；2）表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)及其測(cè)量?jī)x器的研）表面質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)及其測(cè)量?jī)x器的研究；究；3）測(cè)量集成技術(shù)的研究；）測(cè)量集成技術(shù)的研究；4）空間誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究。）空間誤差補(bǔ)償技術(shù)的研究。現(xiàn)代制造技術(shù)n超精

4、密加工的工作環(huán)境是達(dá)到其加工質(zhì)量的必要條件，超精密加工的工作環(huán)境是達(dá)到其加工質(zhì)量的必要條件，主要有溫度、濕度、凈化和防振等方面的要求。主要有溫度、濕度、凈化和防振等方面的要求。 1）環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在）環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在(10.02)，甚，甚至達(dá)到至達(dá)到0.0005；2）在恒溫室內(nèi)，一般濕度應(yīng)保持在）在恒溫室內(nèi)，一般濕度應(yīng)保持在55%60%；3）通常潔凈度要求）通常潔凈度要求l0000級(jí)至級(jí)至l00級(jí)；級(jí)；4）超精密加工設(shè)備要安放在帶防振溝和隔振器的防振地）超精密加工設(shè)備要安放在帶防振溝和隔振器的防振地基上，并可使用空氣彈簧基上，并可使用空氣彈簧(墊墊)來隔離低頻振動(dòng)。來隔

5、離低頻振動(dòng)?，F(xiàn)代制造技術(shù)精密、超精密加工的工藝特點(diǎn)n以精密元件為加工對(duì)象，并與之密切結(jié)合發(fā)展n保證很高的精度、表面質(zhì)量、穩(wěn)定性和保持性n精密的測(cè)量手段n與自動(dòng)化密切相關(guān)n易于采用復(fù)合加工技術(shù)現(xiàn)代制造技術(shù)3.2 精密、超精密加工方法精密切削加工精密磨削加工精密研磨超精研超精密磨料加工電解磨削加工納米加工現(xiàn)代制造技術(shù)3.2.1 精密切削加工刀具：立方氮化硼、人造金剛石、單晶金剛石立方氮化硼：切割難加工的黑色金屬，耐1400高溫人造金剛石：耐用度、耐磨性、壽命均有提高單晶金剛石：軟金屬材料的切削現(xiàn)代制造技術(shù)金剛石刀具的加工精度聚晶金剛石（硬質(zhì)合金）單晶金剛石耐用度耐磨性壽命變形小刀尖和切削區(qū)溫度低加

6、工精度高、表面粗糙度值低加工單位：小于納米加工精度：10-7m數(shù)量級(jí)表面粗糙度： 10-8m數(shù)量級(jí)現(xiàn)代制造技術(shù)超精密切削機(jī)理n切削厚度很小（微米數(shù)量級(jí)），甚至在晶粒內(nèi)部切削，因此切削力必須大于原子結(jié)合力，并且產(chǎn)生很大的熱量，同時(shí)刀具受到很大的剪切力?，F(xiàn)代制造技術(shù)影響金剛石精密切削的因素n刀具的刃磨質(zhì)量-研磨n金剛石刀具的幾何角度和對(duì)刀n被加工材料的均勻性和微觀缺陷n工作環(huán)境n加工設(shè)備現(xiàn)代制造技術(shù)3.2.2 精密磨削加工n磨削尺寸公差小于10微米n精密磨削表面粗糙度值小于0.1微米n發(fā)展趨勢(shì)：超硬磨料磨削nCBN砂輪的特點(diǎn)： 不易磨損保持被磨零件尺寸的一致性 磨削高速鋼和軸承剛時(shí)，被加工材料耐磨

7、性提高20%40%?，F(xiàn)代制造技術(shù)精密磨削的加工原理n砂輪工作面上整修出大量等高的磨粒微刃，從工件表面上切除極微薄的，尚具有一些微量缺陷的微量形狀、尺寸誤差的余量?，F(xiàn)代制造技術(shù)影響精密磨削表面粗糙度的因素機(jī)床砂輪磨削用量加工工藝影響因素現(xiàn)代制造技術(shù)機(jī)床n主軸徑向圓跳動(dòng)誤差小于0.001毫米n滑動(dòng)軸承間隙在0.010.015毫米之間n徑向進(jìn)給機(jī)構(gòu)靈敏度及重復(fù)精度要高n工作臺(tái)低速平穩(wěn)性要求高現(xiàn)代制造技術(shù)砂輪微刃切削-Ra值0.160.04微米半鈍化微刃摩擦- Ra值0.040.01微米陶瓷結(jié)合劑砂輪修正砂輪時(shí)進(jìn)給量與粗糙度的關(guān)系：Ra值0.160.04微米，縱向進(jìn)給1550毫米/minRa值0.04

8、0.01微米，縱向進(jìn)給1015毫米/minRa值不大于0.01微米，縱向進(jìn)給610毫米/min現(xiàn)代制造技術(shù)磨削用量n進(jìn)給量范圍：0.00250.005毫米n鏡面磨削：0.0025毫米左右n無進(jìn)給光磨，次數(shù)越多光磨效果越好現(xiàn)代制造技術(shù)加工工藝n工件磨削之前修研中心孔，保證接觸面足夠大n仔細(xì)修整砂輪，做好砂輪的靜平衡n磨削前要進(jìn)行空轉(zhuǎn)，使機(jī)床各項(xiàng)性能處于穩(wěn)定狀態(tài)，然后才能研磨加工。n嚴(yán)格控制徑向進(jìn)給，刻度不準(zhǔn)安裝千分表n冷卻液嚴(yán)格過濾現(xiàn)代制造技術(shù)3.2.3珩磨、超精研、研磨和超精密磨料加工現(xiàn)代制造技術(shù)珩磨n珩磨工作原理： 通過珩磨工具，對(duì)工件表面施加一定的壓力，同時(shí)珩磨工具做相對(duì)旋轉(zhuǎn)和直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)

9、，切除工件上的極小的余量。n珩磨加工后的工件圓度和圓柱度0.0030.005，尺寸精度達(dá)到IT6 IT5，表面粗糙度Ra值為0.20.025m 現(xiàn)代制造技術(shù)珩磨主要工藝參數(shù)的選擇n1）油石的選擇：n鋼件-剛玉n鑄鐵、不銹鋼有色金屬-碳化硅n粒度與表面粗糙度n油石的工作行程和越程量n油石的數(shù)量現(xiàn)代制造技術(shù)珩磨主要工藝參數(shù)的選擇n2）珩磨切削參數(shù)的選擇：n網(wǎng)紋交叉角 ，其值越大，切削效率越高，表面粗糙度值變大。n油石的工作壓力，壓力越大，加工精度越低，不同的材料工作壓力不同。n珩磨加工余量n珩磨切削液-降低表面粗糙度現(xiàn)代制造技術(shù)珩磨孔尺寸的自動(dòng)控制現(xiàn)代制造技術(shù)超精研n超精研工作原理： 在良好的潤(rùn)滑

10、冷卻和較低的壓力條件下，用細(xì)粒度油石以快而短促的往復(fù)振動(dòng)頻率，對(duì)低速旋轉(zhuǎn)的工件進(jìn)行光整加工?，F(xiàn)代制造技術(shù)工件低速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（表面線速度一般為630m/min）n磨頭軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)n油石往復(fù)運(yùn)動(dòng) 振幅15mm，振動(dòng)頻率1025赫茲超精研運(yùn)動(dòng)現(xiàn)代制造技術(shù)超精研的四個(gè)階段n一、初級(jí)切削階段 油石與粗糙工件表面接觸，壓力不大，接觸面積小，因此壓強(qiáng)大，工件與油石之間不能形成完整的潤(rùn)滑油膜；油石磨粒的切削方向變化大，磨粒破碎的機(jī)會(huì)多?，F(xiàn)代制造技術(shù)超精研的四個(gè)階段n二、正常切削階段 少數(shù)凸峰磨平以后，接觸面積相應(yīng)增大，壓強(qiáng)減小，油石磨粒破碎的幾率降低，進(jìn)入正常的切削階段?，F(xiàn)代制造技術(shù)超精研的四個(gè)階段n三、微弱切

11、削階段 接觸面積逐漸增大，壓強(qiáng)進(jìn)一步降低，油石磨粒變鈍，切削力減弱，細(xì)小的切屑形成的氧化膜嵌入到油石的氣孔中使得油石表面逐漸變光滑，逐漸有微弱切削過渡到研磨拋光作用?，F(xiàn)代制造技術(shù)超精研的四個(gè)階段n四、停止切削階段 油石與工件表面已經(jīng)很光滑，壓力很小，接觸面積增加，磨粒不能穿破工件表面的油膜，油膜使得工件和油石不能直接接觸，切削作用停止?，F(xiàn)代制造技術(shù)n超精研一般用來對(duì)工件表面進(jìn)行光整加工，使得表面粗糙度Ra值為0.10.01微米的加工表面。n超精研廣泛應(yīng)用于加工內(nèi)燃機(jī)的曲軸、凸輪軸、刀具、軋輥、軸承、精密量?jī)x及電子儀器等。能夠加工不同的材料，例如鋼、鑄鐵、黃銅、磷青銅、鋁、陶瓷、玻璃、花崗巖等等

12、；能夠加工外圓、內(nèi)孔、平面以及特殊輪廓表面?，F(xiàn)代制造技術(shù)研磨n研磨誤差達(dá)到0.10.3m n表面粗糙度Ra值為0.040.01m n研磨法制造精密塊規(guī)、精密量規(guī)、鋼球、軋輥、噴油嘴、滑閥、柱塞油泵、精密齒輪等等精密零件。光學(xué)儀器制造業(yè)中，研磨制造精加工透鏡鏡頭、棱鏡、光學(xué)平鏡等等。電子工業(yè)中，研磨法精加工石英晶體、半導(dǎo)體晶體和陶瓷元件的精密表面現(xiàn)代制造技術(shù)研磨原理n研具在一定的壓力下與加工表面做復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磨粒和研磨劑在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中分別有機(jī)械切削和物理化學(xué)作用，使磨粒從工件表面上切去極微薄的一層材料，從而得到尺寸精度和表面質(zhì)量極高的表面?，F(xiàn)代制造技術(shù)n塑性材料，滾動(dòng)和刮擦?xí)r的切削作用；n研磨

13、脆性材料時(shí)，磨粒使工件表面產(chǎn)生裂紋，并使裂紋擴(kuò)大交錯(cuò)，以至于形成碎片，脫離工件。n干研磨刮擦切削；濕研磨滾動(dòng)切削；粗研磨機(jī)械損傷；精研磨熱的局部擠壓和研磨劑的化學(xué)作用現(xiàn)代制造技術(shù)n超精密光整加工方法特點(diǎn)：n軟磨粒研磨硬工件；n加工單位：埃數(shù)量級(jí)；n表面粗糙度Ra值小于10埃。n原理：相對(duì)運(yùn)動(dòng)磨粒大加速度高溫高壓原子相互擴(kuò)散形成缺陷點(diǎn)再次撞擊移除工件表層原子?，F(xiàn)代制造技術(shù)研磨方法手工研磨和機(jī)械研磨手工研磨研具的速度：n平面：30100 m/min；n外圓與內(nèi)孔：2070 m/min；n螺紋：20100 m/min。n機(jī)械研磨 平面、圓柱面、球面、半球面現(xiàn)代制造技術(shù)研磨方法嵌沙研磨無嵌沙研磨n23

14、次研磨精度：Ra值為0.080.04m n45次研磨精度：Ra值為0.020.01m n磨料：人造氧化鋁和碳化硅n研磨液：煤油和機(jī)油現(xiàn)代制造技術(shù)研磨參數(shù)：n研磨壓強(qiáng)：n滑動(dòng)速度：粗研4050 m/min 精研612 m/min現(xiàn)代制造技術(shù)超精密研磨n加工精度0.1mn表面粗糙度Ra值0.02m現(xiàn)代制造技術(shù)3.2.4納米級(jí)加工現(xiàn)代制造技術(shù)原子分子加工單位的超精密微細(xì)加工的分類n分離加工n沉淀及結(jié)合加工n變形加工現(xiàn)代制造技術(shù)微觀結(jié)構(gòu)缺陷n晶體缺陷、點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)缺陷、微裂紋、晶界空隙、裂紋和缺口?，F(xiàn)代制造技術(shù)變形加工定義：加工方法：離子束加工四種碰撞過程現(xiàn)代制造技術(shù)3.3精密圓柱齒輪加工n精密齒輪加

15、工的關(guān)鍵問題：n齒形精度及齒面的表面粗糙度n精度的穩(wěn)定性，熱處理時(shí)防止產(chǎn)生殘余奧氏體n保證定位、裝配的內(nèi)孔和齒面的同軸度現(xiàn)代制造技術(shù)3.3.1 齒輪的精度要求n運(yùn)動(dòng)精度n工作平穩(wěn)性n齒接觸精度n齒側(cè)間隙精度現(xiàn)代制造技術(shù)1、運(yùn)動(dòng)精度n要求：準(zhǔn)確傳遞運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)比恒定。n評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：齒輪一轉(zhuǎn)中傳動(dòng)比的最大變 動(dòng)量（包括：齒圈徑向跳動(dòng)及公差，公法線長(zhǎng)度變動(dòng)及公差，周節(jié)累積誤差及公差，切向綜合誤差及公差，徑向綜合誤差及公差。）n因素：幾何偏心，運(yùn)動(dòng)偏心現(xiàn)代制造技術(shù)2、工作平穩(wěn)性n影響局部傳動(dòng)比的變動(dòng)量，具有短周期性n因素：齒形誤差，基節(jié)偏差n檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：切向-齒綜合誤差及公差，徑向-齒綜合誤差及公差，齒形誤

16、差及公差，基節(jié)偏差及其極限偏差，周節(jié)偏差及其極限偏差?，F(xiàn)代制造技術(shù)3、齒接觸精度n影響載荷分布的均勻性，避免應(yīng)力集中和局部磨損，保證接觸面積。n檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)：齒向誤差和公差現(xiàn)代制造技術(shù)4、齒側(cè)間隙n作用：儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，補(bǔ)償溫度變形和彈性變形以及制造安裝中的誤差。n檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：齒厚偏差及其兩個(gè)極限偏差，公法線平均長(zhǎng)度偏差及其兩個(gè)極限偏差，齒輪副的切向綜合誤差及公差，齒輪副的切向-齒綜合誤差及公差，齒輪副的接觸斑點(diǎn)，齒輪副的側(cè)隙及安裝誤差?，F(xiàn)代制造技術(shù)3.3.2精密圓柱齒輪的加工方法n根據(jù)運(yùn)動(dòng)特性分類：n包絡(luò)法：刀具生產(chǎn)面的包絡(luò)線形成齒面n展成法：特殊的包絡(luò)法，刀具生產(chǎn)面和工件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。n成形法：齒面有

17、刀具生產(chǎn)面直接形成?，F(xiàn)代制造技術(shù)n根據(jù)齒輪傳動(dòng)精度分類：n超精密n精密n普通精度n低精度現(xiàn)代制造技術(shù)精密齒輪加工工藝n精密齒輪加工工藝分為：n齒坯加工：保證內(nèi)孔與外圓的同軸度；斷面與內(nèi)孔中心的垂直度。n齒形加工：淬硬和非淬硬齒輪?，F(xiàn)代制造技術(shù)3.3.3滾齒加工滾刀誤差滾齒機(jī)誤差滾刀安裝及對(duì)刀誤差工件安裝誤差及制造誤差切削過程中的受力受熱變形及刀具的磨損精度分析現(xiàn)代制造技術(shù)滾刀誤差p設(shè)計(jì)誤差：線形；鏟齒；螺旋角不同產(chǎn)生干涉。p滾齒方法誤差：滾刀頭數(shù)不能與齒輪齒數(shù)有大于1的公約數(shù)。p制造重磨誤差：齒形角誤差影響齒輪的基節(jié)偏差，從而影響基圓半徑和齒形誤差；嚴(yán)格控制滾刀端面的軸向竄動(dòng)；滾刀分頭誤差、滾

18、刀刀槽的周節(jié)誤差以及滾刀前腳誤差等等，引起齒形誤差?，F(xiàn)代制造技術(shù)滾齒機(jī)誤差u傳動(dòng)鏈不準(zhǔn)確：影響基圓半徑的變化、齒形誤差、基節(jié)偏差以及周節(jié)累積誤差u心軸徑向跳動(dòng)：影響周節(jié)累積誤差和K個(gè)周節(jié)累積誤差。u滾齒機(jī)主軸與刀桿的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)：引起齒形誤差、基節(jié)偏差和齒厚偏差u刀架導(dǎo)軌的傾斜：齒厚偏差和齒向誤差現(xiàn)代制造技術(shù)滾刀在滾齒機(jī)上的安裝誤差和對(duì)刀誤差n原因：滾刀與刀桿的配合不好引起幾何偏心。n徑向位置偏移齒厚偏差、公法線平均長(zhǎng)度偏差、中心距偏差和齒側(cè)間隙。n軸向位置偏移齒形誤差n滾刀轉(zhuǎn)角誤差齒形誤差和齒厚偏差現(xiàn)代制造技術(shù)工件安裝與制造誤差l工件存在偏心距周節(jié)累積誤差l內(nèi)孔和端面不垂直周節(jié)累積誤差

19、或齒面波度和表面粗糙現(xiàn)代制造技術(shù)切削過程中的受力受熱變形及刀具的磨損n滾齒過程是連續(xù)切削，振動(dòng)較大，容易引起齒面波度；滾齒機(jī)的熱變形影響加工精度，滾齒機(jī)應(yīng)在恒溫室進(jìn)行工作；刀具磨損影響齒面粗糙度，應(yīng)定期更換刃磨?，F(xiàn)代制造技術(shù)J滾齒精度的關(guān)鍵是滾齒機(jī)的精度，特別是傳動(dòng)鏈的精度、剛度和熱變形。J部分因素可能相互抵消J精密滾齒在恒溫室中進(jìn)行加工，并配以精密測(cè)量現(xiàn)代制造技術(shù)提高滾齒生產(chǎn)率的方法大直徑小壓力角滾刀切齒采用硬質(zhì)合金滾刀進(jìn)行高速滾齒采用多頭滾刀滾齒對(duì)角滾刀（切向進(jìn)給）（大直徑滾刀）徑向切入代替軸向切入順銑代替逆銑現(xiàn)代制造技術(shù)3.3.4 插齒加工z插齒加工的運(yùn)動(dòng)：z插齒刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)z讓刀運(yùn)動(dòng)z展

20、成運(yùn)動(dòng)z徑向進(jìn)給現(xiàn)代制造技術(shù)滾齒加工 插齒加工周節(jié)累積誤差小齒形誤差大齒向誤差小表面粗糙度和波度值大生產(chǎn)率高不能加工內(nèi)齒輪和齒條周節(jié)累積誤差大齒形誤差小齒向誤差大表面粗糙度和波度值小生產(chǎn)率低（小模數(shù)、薄工件）能夠加工內(nèi)齒輪和齒條現(xiàn)代制造技術(shù)滾齒加工 插齒加工不能加工多聯(lián)齒輪加工扇形效率低加工斜齒輪方便加工蝸輪能夠加工多聯(lián)齒輪加工扇形效率高加工斜齒輪要專門的螺旋導(dǎo)套不能加工蝸輪現(xiàn)代制造技術(shù)提高插齒生產(chǎn)率的方法n高速插刀n提高周向進(jìn)給n多件加工（薄工件）n循環(huán)工位加工現(xiàn)代制造技術(shù)3.3.5 剃齒n剃齒刀具與工件之間做螺旋齒輪副運(yùn)動(dòng)，嚙合時(shí)依靠齒面的滑動(dòng)獲得切削?，F(xiàn)代制造技術(shù)剃齒精度分析F齒圈徑向跳動(dòng)有一定的校正能力F周節(jié)累積誤差校正能力差F基節(jié)偏差校正能力強(qiáng)F齒形誤差校正能力強(qiáng)F齒向誤差校正能力強(qiáng)現(xiàn)代制造技術(shù)3.3.6 磨齒應(yīng)