第七章 第二節(jié)-精密超精密加工技術

第七章先進制造技術第七章先進制造技術第一節(jié)快速成形制造技術第二節(jié)精密超精密加工技術第三節(jié)微機械及其微細加工技術第二節(jié)精密超精密加工技術一、精密和超精密加工的基本概念1．加工精度和加工方法精密加工：獲得微米至亞微米的加工；超精密加工：獲得亞微米以上精度的加工。項目精密加工超精密加工尺寸精度圓度圓柱度平面度表面粗糙度2.5～0.750.7～0.21.25～0.381.25～0.380.2～0.050.3～0.250.38~0.060.25～0.130.25～0.130.03～0.01第二節(jié)精密超精密加工技術精密切削加工技術中的車削和磨削:超精密切削加工是一種微量切削加工方法，一般采取刀具切削或磨具切削這兩種工藝。采用刀具切削的超精密加工方法有超精密車削、超精密銑削、超精密拉削以及超精密鉸削等方法。采用磨具切削的超精密加工方法主要有超精密磨削、珩磨、研磨以及用游離磨粒磨削的加工方法。

第二節(jié)精密超精密加工技術

2．超精密加工條件影響超精密加工精度和表面質量的主要影響因素:第二節(jié)精密超精密加工技術二、超精密車削1．車床的精度用于超精密車削的車床，必須具備以下條件：主軸能以高精度高速度旋轉，且具有足夠的剛度；直線導軌的直線進給精度高，不產生爬行及微小的振動；進給機構能夠實現(xiàn)準確的微量進給，且進給平穩(wěn)、均勻、無振動；關鍵結構部件精度高，具有足夠的剛度。第二節(jié)精密超精密加工技術為滿足上述基本條件，超精密車床設計和制造所采用的技術和工藝已遠遠超出了傳統(tǒng)車床設計制造的范疇。在車床的結構上，主要采取以下主要措施：1）主軸提高主軸旋轉精度的關鍵零件是支撐它的軸承。超精密加工用的主軸軸承，主要有滾動軸承、液體靜壓、動壓軸承、空氣靜壓、動壓軸承以及磁懸浮軸承等。第二節(jié)精密超精密加工技術2）直線導軌

直線導軌可分為：滑動導軌、滾動導軌、液體靜壓導軌、空氣靜壓導軌以及磁懸浮導軌；對精密加工用的導軌，經常采用高分子材料制造的滑動導軌（摩擦系數低）、高精度滾動導軌以及液體靜壓導軌；對超精密加工用的導軌，則采用專門設計制造的液體靜壓導軌和空氣靜壓導軌比較合適。

3）進給機構進給機構主要有：滑動絲杠進給機構、滾動絲杠、液體靜壓絲杠、空氣靜壓絲杠、靜壓油缸進給機構、直流線性電機進給機構以及微量進給機構。

第二節(jié)精密超精密加工技術4）機床熱變形控制首先，要減少發(fā)熱源。其次，采用熱對稱結構，選用低熱變形復合材料，以從結構上使熱變形得到抑制。第三是以恒溫的方式控制熱變形。第四是對熱變形誤差進行補償控制等等。第二節(jié)精密超精密加工技術2．超精密車削的刀具為了實現(xiàn)超微量切除，金剛石刀具是目前超精密車削加工的主要刀具；金剛石車削中的一項關鍵技術是刀具的刃磨質量，包括晶面的選擇及刀刃鈍圓半徑的大??；天然金剛石的硬度、耐磨性具有各向異性的特點。實踐中一般是先選定金剛石的晶向，該晶向不能與解理晶面平行，否則會造成加工中金剛石層的整片剝落。第二節(jié)精密超精密加工技術2．超精密車削的刀具然后，采用研磨的方法，將金剛石固定在夾具上，放在鑄鐵研磨盤上研磨，使得已選擇的晶向與主切削刃平行。研磨劑一般選用金剛砂和潤滑油。影響刃磨質量的主要因素是刀刃的鈍圓半徑。切削加工的最小切除量與刀具切削刃最小鈍圓半徑有關，而刀刃鈍圓半徑的大小取決于刀具材料晶體的微觀結構。第二節(jié)精密超精密加工技術3．金剛石刀具超精密加工的應用主要用于有色金屬的精密車削和精密鏜削；近年來它主要用來加工鋁合金和銅合金等軟材料；采用天然金剛石刀具加工高密度硬磁盤的鋁合金片基，使表面粗糙度值可達RaO.003μm，平面度0.2μm，實現(xiàn)了對軟材料的鏡面加工；采用數控金剛石超精密車削可加工非球面反射鏡和凹面鏡；另外，還可以車削多達90面的光學多面體，其最大外徑為200mm，最大寬度為70mm，加工的表面粗糙度為O.01μm，平面度可達0.03μm。第二節(jié)精密超精密加工技術三、超精密磨削超精密磨削主要分為固結磨料加工和游離磨料加工兩大類

1．磨床的精度提高磨床精度的主要措施有：幾何精度的提高；進給機構低速運動性能的改善；減少振動；減小熱變形等等。第二節(jié)精密超精密加工技術2．超精密磨削用的磨料磨具用固結磨料的磨具進行超精密磨削可以加工出表面粗糙度為Ra0.1μm的鏡面，通常也稱為鏡面磨削。其使用的固結磨料磨具常見的有兩種，即細粒度的油石和細粒度的砂帶。第二節(jié)精密超精密加工技術1）超精密油石磨削拋光機理如圖a所示，油石以一定的壓力F與工件接觸，在沿軸向往復運動的同時，在徑向還以一定的頻率振動

第二節(jié)精密超精密加工技術1）超精密油石磨削拋光機理對于圖b所示的短工件，如滾動軸承內、外圈，只有油石的振動和工件的轉動；超精加工是由油石的微細磨粒和工件表面凸峰之間連續(xù)劃擦、摩擦、切削這一過程來完成的。

第二節(jié)精密超精密加工技術開始時，油石與工件表面只有少數點相接觸，接觸面上比壓大，兩者之間不能形成完整的潤滑油膜，油石往復振動切削工件(圖a)。隨著工件表面粗糙度逐漸降低，大量細微的切屑嵌入油石表面磨粒的間隙之中，油石表面漸趨平整、光滑，接觸面上比壓下降，形成潤滑油膜，此時油石的振動僅起到拋光作用(圖b)。第二節(jié)精密超精密加工技術隨著油石相對工件進給，光滑的油石表面重新與粗糙的工件表面接觸，使油石的光滑表面受到破壞，因油石磨粒的自銳性，又開始切削工件的粗糙面，從而形成油石磨粒的切削－鈍化－堵塞－脫落－自銳－切削這一過程，直到完成加工。2）超精密砂帶磨削