機(jī)械制造工藝發(fā)展趨勢(shì)

1機(jī)械制造工藝學(xué)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)展7.1

制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展2023/12/1627.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

表1-1三種自動(dòng)化形式比較比較項(xiàng)目剛性自動(dòng)化柔性自動(dòng)化綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本

減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期

除左外，提高設(shè)計(jì)工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力控制對(duì)象物流物流物流，信息流特點(diǎn)

通過機(jī)、電、液氣等硬件控制方式實(shí)現(xiàn)，因而是剛性的，變動(dòng)困難

以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的

不僅針對(duì)具體操作和工人的體力勞動(dòng)，而且涉及腦力勞動(dòng)以及設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備

自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手，自動(dòng)生產(chǎn)線NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MSCAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù)

繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論

數(shù)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù)2023/12/1637.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式圖7-1汽車后橋齒輪箱加工自動(dòng)線剛性自動(dòng)化20年代2023/12/1647.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式柔性自動(dòng)化50年代圖7-2焊接機(jī)器人綜合自動(dòng)化70年代圖7-3綜合自動(dòng)化2023/12/1657.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)本節(jié)僅討論中小批量生產(chǎn)中廣泛使用的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）

柔性制造系統(tǒng)的組成

圖7-4FMS的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站2023/12/1667.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)

加工單元CNC（MC）機(jī)床工作臺(tái)架（暫存工件）機(jī)器人或托盤交換裝置檢測(cè)、監(jiān)控裝置◆設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)（圖7-5）傳感器群信號(hào)采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識(shí)別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測(cè)報(bào)告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識(shí)庫(kù)預(yù)維修知識(shí)庫(kù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報(bào)警預(yù)知故障報(bào)警輸出圖7-5設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)框圖2023/12/167

鉆頭破損檢測(cè)器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號(hào)或鉆頭破損模擬信號(hào)，與檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號(hào)。7.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆加工過程監(jiān)控與檢測(cè)重點(diǎn)是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測(cè)。加工過程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到鉆頭破損信號(hào)，將其送至鉆頭破損檢測(cè)器進(jìn)行處理。鉆頭破損檢測(cè)器圖7-6

聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺(tái)聲發(fā)射傳感器破損信號(hào)2023/12/1687.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)

物料傳輸系統(tǒng)又稱立體倉(cāng)庫(kù)或自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高層料架、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識(shí)別裝置等組成。具有自動(dòng)化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)?！?/p>

自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)（圖7-7）圖7-7

自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸小車出入庫(kù)裝卸站堆垛機(jī)料架2023/12/1697.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

傳輸裝置滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆?，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）……傳送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人2023/12/16107.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號(hào)拾取線圈引導(dǎo)電纜圖7-8電磁引導(dǎo)原理在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以5～10kHz的低壓電流。小車上裝有對(duì)稱的一組信號(hào)拾取線圈。當(dāng)小車偏向右方時(shí)，右方的感應(yīng)信號(hào)減弱，左方的增強(qiáng)，控制器根據(jù)這些信號(hào)的強(qiáng)弱，控制小車的舵輪?！螂姶艑?dǎo)向方式原理（圖7-8）2023/12/16117.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車的舵輪?！蚬鈱W(xué)引導(dǎo)方式原理（圖7-9）信號(hào)孔感光元件光道光源反光帶圖7-9

光學(xué)引導(dǎo)原理2023/12/16127.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)中央管理計(jì)算機(jī)FM-11AD2+物流控制計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)LAN文件庫(kù)自動(dòng)編程機(jī)單元控制機(jī)CNC車床CNC磨床單元控制機(jī)立式MC臥式MC單元控制機(jī)CNC車床管理級(jí)單元級(jí)設(shè)備級(jí)圖7-10JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)2023/12/16137.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)FMS特點(diǎn)

除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動(dòng)化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動(dòng)轉(zhuǎn)換

24小時(shí)運(yùn)行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對(duì)象為相似零件（個(gè)別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動(dòng)化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)劃、調(diào)度2023/12/16147.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)FMS應(yīng)用品種圖7-11零件品種、批量與自動(dòng)化加工方式010

100

1000

批量10,000100010010FMLFMCFMS數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床剛性線生產(chǎn)柔性產(chǎn)量2023/12/16157.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)圖7-12飛機(jī)零件加工FMS（Cincinnati）1—裝卸站2—運(yùn)輸小車3—MC4—切屑處理站5—清洗站6—檢測(cè)站7—手工檢測(cè)站8—計(jì)算機(jī)室9—小車維修站10—包裝站FMS實(shí)例（1）2023/12/16167.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)沖床圖7-13沖壓FMSFMS實(shí)例（2）2023/12/1617十分之一原則：測(cè)量不準(zhǔn)確度≤工件容差的1/10三分之一原則：測(cè)量精密度≤工件許用精密度的1/3（用標(biāo)準(zhǔn)差σ表示）7.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)化傳送和裝卸被測(cè)件；自動(dòng)完成檢測(cè)過程；傳送/裝卸與檢測(cè)過程全部自動(dòng)化。

自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)容多采用傳感器/計(jì)算機(jī)反饋控制系統(tǒng)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)接觸式傳感器：檢測(cè)尺寸、形狀、相互位置非接觸式傳感器（光學(xué)、非光學(xué)）：無接觸變形，速度快

自動(dòng)檢測(cè)傳感技術(shù)“十分之一”與“三分之一”原則2023/12/16187.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)離線檢測(cè)：過程穩(wěn)定，超差風(fēng)險(xiǎn)小PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽樣離線檢測(cè)PROCAUTINSPMAN在線/過程中檢測(cè)反饋信號(hào)在線/過程后檢測(cè)PROCAUTINSPMANSORTAUT分類指令成品廢品圖7-14三類檢測(cè)

離線與在線檢測(cè)在線/過程中檢測(cè)：實(shí)時(shí)，瓶頸工序在線/過程后檢測(cè)：滯后時(shí)間短，應(yīng)用較多2023/12/16197.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

坐標(biāo)測(cè)量機(jī)a）b）c）d）圖7-15坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式懸臂式結(jié)構(gòu)：測(cè)頭易于接近工件，剛性差橋式結(jié)構(gòu)：剛性好，應(yīng)用廣泛立柱式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與立車相似門架式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與門式起重機(jī)相似，用于大件測(cè)量2023/12/16207.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

操作控制手動(dòng)控制：人工完成計(jì)算機(jī)輔助手動(dòng)控制：計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計(jì)算計(jì)算機(jī)輔助電動(dòng)控制：電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)頭，計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計(jì)算直接計(jì)算機(jī)控制：同CNC

編程方法示教再現(xiàn)編程：似機(jī)器人編程數(shù)控編程：離線2023/12/16217.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

可完成測(cè)量項(xiàng)目表7-2坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可完成的測(cè)量項(xiàng)目可完成的測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量原理尺寸孔徑與孔中心線坐標(biāo)圓柱體軸心線與直徑球心坐標(biāo)與球面半徑平面度兩平面夾角兩平面的平行度兩條線的交點(diǎn)與交角由兩個(gè)給定面坐標(biāo)的差值確定尺寸測(cè)量孔上3點(diǎn)，計(jì)算確定孔徑與孔中心線坐標(biāo)測(cè)量圓柱面上3點(diǎn)，計(jì)算確定軸心線與直徑測(cè)量球面上4點(diǎn)，計(jì)算確定球心坐標(biāo)與球面半徑用3點(diǎn)接觸法測(cè)定，與理想平面比較確定平面度按平面上3個(gè)觸點(diǎn)最小值規(guī)定平面，再計(jì)算夾角根據(jù)兩平面交角確定平行度先確定兩線夾角，再測(cè)定交點(diǎn)2023/12/16227.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

實(shí)物照片

2023/12/1623機(jī)械制造工藝學(xué)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)7.2精密制造技術(shù)2023/12/16247.2.1精密與超精密加工技術(shù)◆精密加工——在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。超精密加工——在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。概述◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm20世紀(jì)40年代——最高精度1μm20世紀(jì)末——

精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm

，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細(xì)加工——微小尺寸的精密加工超微細(xì)加工——微小尺寸的超精密加工2023/12/1625

零件加工精度表面粗糙度激光光學(xué)零件形狀誤差0.1μmRa0.01～0.05μm

多面鏡平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁頭平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁盤波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm

雷達(dá)導(dǎo)波管平面度垂直度誤差＜0.1μmRa＜0.02μm

衛(wèi)星儀表軸承圓柱度誤差＜0.01μmRa＜0.002μm

天體望遠(yuǎn)鏡形狀誤差＜0.03μmRa＜0.01μm表7-3幾種典型精密零件的加工精度◆

幾種典型精密零件的加工精度（表7-3）◆精密加工與超精密加工的發(fā)展（圖7-17）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/16267.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-17精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對(duì)位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量?jī)x器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動(dòng)測(cè)微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測(cè)長(zhǎng)儀圓度儀輪廓儀激光高精度測(cè)長(zhǎng)儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份2023/12/1627

精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國(guó)哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm

精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國(guó)陀螺儀球圓度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導(dǎo)彈命中精度控制在50m范圍內(nèi)；英國(guó)飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60μm降至12μm，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍

精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長(zhǎng)點(diǎn)精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

精密與超精密加工地位7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1628結(jié)合加工

分類加工機(jī)理加工方法示例去除加工電物理加工電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工電解加工、蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光力學(xué)加工切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴(kuò)散、溶解）電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué)化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué)電鍍、電鑄熱熔化真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué)氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué)陽(yáng)極氧化熱熔化摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長(zhǎng)力物理離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理激光焊接、快速成形化學(xué)化學(xué)粘接變形加工熱流動(dòng)精密鍛造、電子束流動(dòng)加工、激光流動(dòng)加工粘滯流動(dòng)精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向液晶定向表7-4精密與超精密加工分類7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1629

直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。間接式進(jìn)化加工：借助于直接式“進(jìn)化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機(jī)，再用此工作母機(jī)加工工件。適用于批量生產(chǎn)?！簟斑M(jìn)化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同?！?/p>

微量切削機(jī)理◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。

精密與超精密加工特點(diǎn)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/16么么么么方面Sds絕對(duì)是假的31要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測(cè)試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大?！?/p>

形成綜合制造工藝廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量?！?/p>

與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)（如加工直徑3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）。◆

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合◆

加工與檢測(cè)一體化精密檢測(cè)是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1632

切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)13000N/mm2）刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會(huì)波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量金剛石超精密加工技術(shù)

用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等加工有機(jī)玻璃和各種塑料典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹脂隱形眼鏡鏡片等◆應(yīng)用◆機(jī)理、特點(diǎn)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1633★

加工設(shè)備

要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等?！?/p>

關(guān)鍵技術(shù)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-18Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)工件刀具主軸傳動(dòng)帶主軸電機(jī)空氣墊刀具夾持器如美國(guó)Moore公司M-18AG金剛石車床，主軸采用空氣靜壓軸承，轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，徑跳＜0.1μm；液體靜壓導(dǎo)軌，直線度達(dá)0.05μ/100mm；數(shù)控系統(tǒng)分辨率0.01μ。2023/12/1634車床主軸裝在橫向滑臺(tái)（X軸）上，刀架裝在縱向滑臺(tái)（Z軸）上?？山鉀Q兩滑臺(tái)的相互影響問題，而且縱、橫兩移動(dòng)軸的垂直度可以通過裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。圖7-19T形布局的金剛石車床

T形布局（圖7-19）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1635金剛石車床加工4.5mm陶瓷球7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-23金剛石車床及其加工照片2023/12/1636◆

砂輪材料：金剛石，立方氮化硼（CBN）

可加工各種高硬度、高脆性金屬及非金屬材料（鐵金屬用CBN）耐磨性好，耐用度高，磨削能力強(qiáng)，磨削效率高磨削力小，磨削溫度低，加工表面好◆

特點(diǎn)：

分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩步進(jìn)行常用方法—①用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修整，獲得所需形狀；②電解修銳（適用于金屬結(jié)合劑砂輪），效果好，并可在線修整◆

砂輪修整：超硬磨料砂輪精密與超精密磨削7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1637進(jìn)給＋－圖7-24ELID磨削原理電源金剛石砂輪（鐵纖維結(jié)合劑）冷卻液冷卻液電刷◆

ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）使用ELID磨削，冷卻液為一種特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。由于電解修銳連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個(gè)磨削過程保持同一鋒利狀態(tài)。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1638◆

塑性（延性）磨削

磨削脆性材料時(shí)，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材料相似，即通過剪切形式被磨粒從基體上切除下來。磨削后工件表面呈有規(guī)則紋理，無脆性斷裂凹凸不平，也無裂紋。塑性磨削工藝條件：（1）切削深度小于臨界切削深度，它與工件材料特性和磨粒的幾何形狀有關(guān)。一般臨界切削深度＜1μm。為此對(duì)機(jī)床要求：①高的定位精度和運(yùn)動(dòng)精度。以免因磨粒切削深度超過1μm時(shí)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ鳌＂诟叩膭傂?。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過脆性磨削的水平，機(jī)床剛性低，會(huì)因切削力引起的變形而破壞塑性切屑形成的條件。（2）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的溫度高到一定程度時(shí)，工件材料的局部物理特性會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑形成機(jī)理的變化（已有試驗(yàn)作支持）。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1639砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光。有開式（圖7-25）和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等（圖7-27）。接觸輪硬磁盤—裝在主軸真空吸盤上圖7-25

砂帶磨削示意圖V砂帶砂帶輪卷帶輪F-徑向進(jìn)給f-徑向振動(dòng)◆

精密與超精密砂帶磨削7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1640圖7-26用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1641

幾種常見砂帶磨削方式（圖7-27）圖7-27幾種砂帶磨削形式a）砂帶無心外圓磨削（導(dǎo)輪式）工件導(dǎo)輪接觸輪主動(dòng)輪砂帶工件接觸輪主動(dòng)輪砂帶b）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）c）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）工件接觸輪主動(dòng)輪砂帶接觸輪砂帶工件d）砂帶內(nèi)圓磨削（回轉(zhuǎn)式）工件支承板主動(dòng)輪砂帶工作臺(tái)e）砂帶平面磨削（支承板式）f）砂帶平面磨削（支承輪式）支承輪工件砂帶接觸輪7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1642

砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（Ra

值可達(dá)0.02μm）。3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。4）制作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便。5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。磨粒規(guī)格涂層粘接劑基帶圖7-28靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu)2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上（圖7-28），摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1643工件小間隙加壓拋光輪懸浮液微粉(磨粒)圖7-29彈性發(fā)射加工原理拋光輪與工件表面形成小間隙，中間置拋光液，靠拋光輪高速回轉(zhuǎn)造成磨料的“彈性發(fā)射”進(jìn)行加工。

工作原理（圖7-29）

機(jī)理：微切削＋被加工材料的微塑性流動(dòng)作用★彈性發(fā)射加工◆

游離磨料加工

拋光輪：由聚氨基甲酸（乙）酯制成，磨料直徑0.1～0.01μm7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1644

工作原理（圖7-30）拋光工具上開有鋸齒槽，靠楔形擠壓和拋光液的反彈，增加微切削作用。機(jī)理：微切削作用。拋光工具圖7-30液體動(dòng)力拋光小間隙工件工具運(yùn)動(dòng)方向拋光液磨粒

工作原理（圖7-31）活性拋光液和磨粒與工件表面產(chǎn)生固相反應(yīng)，形成軟粒子，使其便于加工。機(jī)理：機(jī)械+化學(xué)作用，稱為“增壓活化”。★液體動(dòng)力拋光★機(jī)械化學(xué)拋光拋光工具活性拋光液圖7-31機(jī)械化學(xué)拋光小間隙工件工具運(yùn)動(dòng)方向加壓7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1645

激光由于其優(yōu)良的特性（強(qiáng)度高，亮度大，單色性、相干性、方向性好等）在精密測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用?？梢詼y(cè)量長(zhǎng)度，小角度，直線度，平面度，垂直度等；也可以測(cè)量位移，速度，振動(dòng)，微觀表面形貌等；還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)量，在線測(cè)量，并易于實(shí)現(xiàn)測(cè)量自動(dòng)化。激光測(cè)量精度目前可達(dá)0.01μm。

激光測(cè)量7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1646受射透鏡平行光管透鏡邊緣傳感閘門電路計(jì)數(shù)器顯示圖震蕩器伺服系統(tǒng)掃描鏡工件測(cè)定區(qū)光檢測(cè)器激光發(fā)生器★

采用平行光管透鏡將激光準(zhǔn)確地調(diào)整到多角形旋轉(zhuǎn)掃描鏡上聚焦。通過激光掃描被測(cè)工件兩端，根據(jù)掃描鏡旋轉(zhuǎn)角、掃描鏡旋轉(zhuǎn)速度，透鏡焦距等數(shù)據(jù)計(jì)算出被測(cè)工件的尺寸。圖7-32激光掃描尺寸計(jì)量系統(tǒng)

激光高速掃描尺寸計(jì)量系統(tǒng)（圖7-32）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1647

雙頻激光測(cè)量（圖7-33）固定反射棱鏡圖7-33雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)原理圖干涉測(cè)量?jī)xf2+Δf2f1氦氖激光器軸向強(qiáng)磁場(chǎng)NS1/4波片分光鏡透鏡組f1f2f1f2移動(dòng)反射棱鏡f2f2+Δf2偏振分光鏡f1f1ΔfΔf

+Δf27.2.1精密與超精密加工技術(shù)由于移動(dòng)反射棱鏡隨被測(cè)件移動(dòng)，頻率f2變成f2±Δf2。兩路反射回來的光經(jīng)偏振分光鏡匯合一起，再經(jīng)反射鏡和干涉測(cè)量?jī)x獲得拍頻信號(hào)，其頻率為：f1－（f2±

Δf2）=Δf+Δf2

經(jīng)分光鏡，折射一小部分，經(jīng)干涉測(cè)量?jī)x獲得拍頻Δf（=f1

－f2）的參考信號(hào)。大部分激光到偏振分光鏡：垂直線偏振光f1被反射，再經(jīng)固定反射棱鏡反射回來；水平線偏振光f2全部透射，再經(jīng)移動(dòng)反射棱鏡反射回來。該信號(hào)與參考信號(hào)比較，獲得±Δf2的具有長(zhǎng)度單位當(dāng)量的電信號(hào)。由于使用頻率差Δf進(jìn)行測(cè)量，使其不受環(huán)境變化影響，可獲得高的測(cè)量精度和測(cè)量穩(wěn)定性。氦氖激光器發(fā)出的激光，在軸向強(qiáng)磁場(chǎng)作用下，產(chǎn)生頻率f1和f2旋向相反的圓偏振光，經(jīng)1/4波片形成頻率f1的垂直線偏振光和頻率f2的水平線偏振光。經(jīng)透鏡組成平行光束。2023/12/1648圖7-34雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1649◆恒溫——要求：±1℃～±0.01℃

實(shí)現(xiàn)方法：大、小恒溫間+局部恒溫（恒溫罩，恒溫油噴淋）◆恒濕——要求：相對(duì)濕度35%～45%，波動(dòng)±10%～±1%實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

◆凈化——要求：10000～100級(jí)（100級(jí)系指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm塵埃個(gè)數(shù)不超過100）

實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣過濾器，送入潔凈空氣◆隔振——要求：消除內(nèi)部、隔絕外部振動(dòng)干擾

實(shí)現(xiàn)方法：隔振地基，隔振墊層，空氣彈簧隔振器

精密與超精密加工環(huán)境7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1650

微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1μm～10μm。超微細(xì)加工——通常指1μm以下超微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.01μm～0.1μm。精度表示方法——一般尺寸加工，其精度用誤差尺寸與加工尺寸比值表示；微細(xì)加工，其精度用誤差尺寸絕對(duì)值表示?！凹庸挝弧薄コ粔K材料的大小，對(duì)于微細(xì)加工，加工單位可以到分子級(jí)或原子級(jí)。微切削機(jī)理——切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，切削力要超過晶體內(nèi)分子、原子間的結(jié)合力，單位面積切削阻力急劇增大。概述7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1651熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激光）壓鑄，擠壓，噴射，澆注微離子流動(dòng)加工熱表面流動(dòng)粘滯性流動(dòng)摩擦流動(dòng)變形加工(流動(dòng)加工)化學(xué)鍍，氣相鍍（電鍍，電鑄）氧化，氮化（陽(yáng)極氧化）（真空）蒸鍍，晶體增長(zhǎng)，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳，（侵鍍，熔化鍍）濺射沉積，離子沉積（離子鍍）離子濺射注入加工化學(xué)(電化學(xué))附著化學(xué)(電化學(xué))結(jié)合熱附著擴(kuò)散(熔化)結(jié)合物理結(jié)合注入結(jié)合加工(附著加工)車削，銑削，鉆削，磨削蝕刻，化學(xué)拋光，機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工，熔化去除加工離子束濺射去除加工，等離子體加工機(jī)械去除化學(xué)分解電解蒸發(fā)擴(kuò)散與熔化濺射分離加工(去除加工)加工方法加工機(jī)理表7-6

微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1652◆主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面?！舻毒撸憾嘤脝尉Ы饎偸嚨?、銑刀（圖7-35）。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑（可小到5μm）靠刀尖相對(duì)于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來得到。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時(shí)，刀具的切削刃形成一個(gè)圓錐形的切削面。微細(xì)機(jī)械加工圖7-35單晶金剛石銑刀刀頭形狀7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1653微小位移機(jī)構(gòu)，微量移動(dòng)應(yīng)可小至幾十個(gè)納米。高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。要求低摩擦的傳動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌支承系統(tǒng)，以及高跟蹤精度的伺服系統(tǒng)。高的定位精度和重復(fù)定位精度，高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。刀具的穩(wěn)固夾持和高的安裝精度。高的主軸轉(zhuǎn)速及動(dòng)平衡。穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動(dòng)干擾。具有刀具破損檢測(cè)的監(jiān)控系統(tǒng)?！?/p>

微細(xì)機(jī)械加工設(shè)備◆

FANUCROBOnanoUi型微型超精密加工機(jī)床（圖7-36）

7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1654

機(jī)床有X、Z、C、B四個(gè)軸，在B

軸回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上增加A軸轉(zhuǎn)臺(tái)后，可實(shí)現(xiàn)5軸控制，數(shù)控系統(tǒng)的最小設(shè)定單位為1nm?？蛇M(jìn)行車、銑、磨和電火花加工。旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制，直線軸則采用激光全息式全閉環(huán)控制。為了降低伺服系統(tǒng)的摩擦，導(dǎo)軌、絲杠螺母副以及伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的推力軸承和徑向軸承均采用氣體靜壓結(jié)構(gòu)。圖7-