第七章 第二節(jié)-精密超精密加工技術(shù)

第七章先進制造技術(shù)第七章先進制造技術(shù)第一節(jié)快速成形制造技術(shù)第二節(jié)精密超精密加工技術(shù)第三節(jié)微機械及其微細(xì)加工技術(shù)第二節(jié)精密超精密加工技術(shù)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(shù)精密切削加工技術(shù)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(shù)

2．超精密加工條件影響超精密加工精度和表面質(zhì)量的主要影響因素:第二節(jié)精密超精密加工技術(shù)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(zhuǎn)，且具有足夠的剛度；直線導(dǎo)軌的直線進給精度高，不產(chǎn)生爬行及微小的振動；進給機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)準(zhǔn)確的微量進給，且進給平穩(wěn)、均勻、無振動；關(guān)鍵結(jié)構(gòu)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(shù)為滿足上述基本條件，超精密車床設(shè)計和制造所采用的技術(shù)和工藝已遠遠超出了傳統(tǒng)車床設(shè)計制造的范疇。在車床的結(jié)構(gòu)上，主要采取以下主要措施：1）主軸提高主軸旋轉(zhuǎn)精度的關(guān)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(shù)2）直線導(dǎo)軌

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

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

第二節(jié)精密超精密加工技術(shù)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(jié)構(gòu)，選用低熱變形復(fù)合材料，以從結(jié)構(gòu)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)是刀具的刃磨質(zhì)量，包括晶面的選擇及刀刃鈍圓半徑的大?。惶烊唤饎偸挠捕?、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(shù)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(zhì)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(guān)，而刀刃鈍圓半徑的大小取決于刀具材料晶體的微觀結(jié)構(gòu)。第二節(jié)精密超精密加工技術(shù)3．金剛石刀具超精密加工的應(yīng)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(shù)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(xué)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(shù)三、超精密磨削超精密磨削主要分為固結(jié)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(gòu)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(shù)2．超精密磨削用的磨料磨具用固結(jié)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(jié)磨料磨具常見的有兩種，即細(xì)粒度的油石和細(xì)粒度的砂帶。第二節(jié)精密超精密加工技術(shù)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(fù)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(shù)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(nèi)、外圈，只有油石的振動和工件的轉(zhuǎn)動；超精加工是由油石的微細(xì)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(shù)開始時，油石與工件表面只有少數(shù)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(fù)振動切削工件(圖a)。隨著工件表面粗糙度逐漸降低，大量細(xì)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(shù)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