第2章-現(xiàn)代制造工藝技術(shù)

現(xiàn)代制造技術(shù)2010年9月電子課件第二章現(xiàn)代制造工藝技術(shù)2.1超高速切削技術(shù)2.2高效磨削技術(shù)2.3精密和超精密加工技術(shù)2.4微細(xì)加工技術(shù)2.5快速制造技術(shù)2.1超高速切削技術(shù)

2.1.1超高速切削技術(shù)的內(nèi)涵德國(guó)人CarlSalmon博士于1931年4月提出了超高速切削技術(shù)，并作出了CarlSalmon曲線（圖2－1）圖2－1CarlSalmon曲線2.1.1超高速切削技術(shù)的內(nèi)涵

實(shí)踐證明，切削速度提高10倍、進(jìn)給速度提高20倍，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越傳統(tǒng)的切削“禁區(qū)”（圖2-1中的不可切削區(qū)）后，切削機(jī)理發(fā)生了根本的變化。其顯著標(biāo)志是使被加工塑性金屬材料在切除過程中的剪切滑移速度達(dá)到或超過某一閾值，開始趨向最佳切除條件，因而被加工材料切除所消耗的能量、切削力、工件表面溫度、刀具磨具磨損、加工表面質(zhì)量等均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)切削速度下的指標(biāo)，加工效率大大高于傳統(tǒng)切削速度下的加工效率。

結(jié)果是單位功率的金屬切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的使用壽命提高了70%，留于工件的切削熱量大幅度降低，切削振動(dòng)幾乎消失。切削加工發(fā)生了本質(zhì)性的飛躍，一系列在常規(guī)切削加工中備受困擾的問題得到了解決。因此，超高速切削技術(shù)是21世紀(jì)切削加工領(lǐng)域的重大技術(shù)課題之一，是切削加工領(lǐng)域新的里程碑。2.1.1超高速切削技術(shù)的內(nèi)涵

超高速切削中的“超高速”是一個(gè)相對(duì)概念，不能簡(jiǎn)單地用某一具體切削速度或主軸轉(zhuǎn)速數(shù)值來(lái)定義。德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)給出了7種常用材料的超高速切削加工的速度范圍如表2-1。

不同加工方法：車削：700～7000m/min；銑削：300～6000m/min；鉆削：200～1100m/min；磨削：高于150m/s。2.1.2超高速切削技術(shù)的特點(diǎn)

1.加工效率高

切削速度：傳統(tǒng)加工的10倍；進(jìn)給速度：傳統(tǒng)加工的5～10倍；

材料切除率：提高3～6倍；加工時(shí)間：傳統(tǒng)加工的1/3.

2.切削力小、刀具壽命長(zhǎng)

切削力至少下降30%；刀具壽命提高約70%。2.1.2超高速切削技術(shù)的特點(diǎn)

3.熱變形小

加工過程迅速，切屑帶走95%的熱量，熱變形??；因而適合加工易發(fā)生熱變形的工件.

4.加工精度高、表面質(zhì)量好

切削力和切削熱的降低，使刀具和零件的變形減小，零件表面的殘余應(yīng)力下降，從而容易保證工件的尺寸精度和表面質(zhì)量。

5.加工過程穩(wěn)定

激振頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工藝系統(tǒng)固有頻率，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)振動(dòng)；因而加工過程平穩(wěn)。2.1.2超高速切削技術(shù)的特點(diǎn)

6.能加工各種難加工材料

例如航空和動(dòng)力部門大量采用鎳基合金和鈦合金，現(xiàn)在采用超高速切削，其切削速度為常規(guī)切削速度的10倍左右，不僅大幅度提高生產(chǎn)率，而且可有效地減少刀具磨損。

7.加工成本低單位時(shí)間的金屬切除率高、能耗低、零件加工時(shí)間短，從而有效地提高了能源和設(shè)備利用率，降低了生產(chǎn)成本。

2.1.3超高速切削技術(shù)的應(yīng)用

1.汽車領(lǐng)域

Ford汽車公司采用HVM800型臥式加工中心組成的柔性生產(chǎn)線加工汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件，其生產(chǎn)率與組合機(jī)床自動(dòng)線相當(dāng)，但建線投入減少了40%，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間也少得多。

2.模具領(lǐng)域

可以實(shí)現(xiàn)淬火硬度達(dá)到60HRC（某些情況下可達(dá)70HRC）的淬硬模具的切削加工，加工時(shí)間僅為電加工的25%左右，加工費(fèi)用可節(jié)省50%以上。2.1.3超高速切削技術(shù)的應(yīng)用

3.航空、航天領(lǐng)域采用高速切削后，切削速度達(dá)到了100～1000m/min，不僅大幅度提高生產(chǎn)率，還能有效減少刀具磨損，提高工件表面的加工質(zhì)量。因此，飛機(jī)制造業(yè)是最早采用高速銑削的行業(yè)。

圖2－2所示為采用“整體制造法”制造的鋁制螺旋片；壁厚最薄處只有0.05mm，壁高20mm。采用超高速切削技術(shù)后，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，加工效率還會(huì)大大提高。

2.1.3超高速切削技術(shù)的應(yīng)用圖2－2鋁制螺旋片尺寸：80×80×402.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

1.超高速切削機(jī)床

基本要求見表2－3.VCP/UCP600/800主軸轉(zhuǎn)速：12000/20000/42000轉(zhuǎn)/分工作行程：X軸：600/530mm Y軸:450mm Z軸:450mm快移速度：22米/分工作進(jìn)給：15米/分刀庫(kù)容量：30把VCP/UCP710主軸轉(zhuǎn)速：12000/20000/42000轉(zhuǎn)/分工作行程：X軸：710mm Y軸:550mm Z軸:500mm快移速度：30米/分工作進(jìn)給：20米/分刀庫(kù)容量：30把VCP/UCP1000/1350主軸轉(zhuǎn)速：12000/15000/24000轉(zhuǎn)/分工作行程：X軸：1000/800mm Y軸:1000mm Z軸:875mm快移速度：30米/分工作進(jìn)給：20米/分刀庫(kù)容量：30/46/60/92把幾種常見（超）高速加工中心的技術(shù)數(shù)據(jù)：2.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

1.超高速切削機(jī)床主要技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：

1）超高速主軸單元

電機(jī)和機(jī)床主軸合二為一，構(gòu)成了所謂的“電主軸單元”；采用高速精密軸承，主要有陶瓷軸承、磁懸浮軸承和空氣軸承等；采用大功率、寬調(diào)速交流變頻電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上保證主軸單元具有良好的動(dòng)剛性、抗振性、熱特性和良好的動(dòng)平衡性能；配有高效冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng)；采用先進(jìn)的控制技術(shù)。超高速電主軸結(jié)構(gòu)如下圖所示：

2.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)超高速電主軸結(jié)構(gòu)1、2、5－密封圈;3－定子;4－轉(zhuǎn)子;6－旋轉(zhuǎn)變壓器轉(zhuǎn)子;7－旋轉(zhuǎn)變壓器定子;8－螺母2.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

2）快速進(jìn)給系統(tǒng)

要求進(jìn)給系統(tǒng)能瞬時(shí)達(dá)到高速、瞬時(shí)停止，還要具有很高的定位精度。采用的主要技術(shù)措施是大幅度減輕移動(dòng)部件重量以及采用新開發(fā)的多頭螺紋行星滾珠絲杠，或采用直線電機(jī)，省去了中間傳動(dòng)件。

3）支承及輔助單元

用人造花崗巖來(lái)制作機(jī)床基礎(chǔ)支承件；材料的阻尼特性為鑄鐵的7～10倍，密度卻只有鑄鐵的1/3。夾具的要求是高剛度、高精度動(dòng)平衡、輕量化、高效自動(dòng)化和柔性化。

2.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

2.對(duì)刀具和刀柄的要求刀具材料除了具有普通刀具材料的要求以外，還要求：①可靠性；②高耐熱性和抗熱沖擊性；③良好的高溫力學(xué)性能；④適應(yīng)各種難加工材料和新型加工材料的要求。目前適合于超高速切削加工的刀具材料主要有涂層刀具、金屬陶瓷刀具、立方氮化硼刀具和聚晶金剛石刀具等幾種。2.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

目前超高速切削機(jī)床普遍采用的是日本的BIG-PLUS刀柄系統(tǒng)（圖2-3）和德國(guó)的HSK刀柄系統(tǒng)（圖2-4）。圖2-3BIG-PLUS刀柄系統(tǒng)

2.1.4超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)圖2-4HSK刀柄系統(tǒng)2.2高效磨削技術(shù)1.高速重負(fù)荷荒磨其砂輪線速度普遍達(dá)到了80m/s，有的高達(dá)120m/s；磨削法向力通常達(dá)到了10000～12000N，有的高達(dá)30000N；磨削功率一般為100～150kW，有的高達(dá)300kW；材料去除率可達(dá)150kg/h。主要用于鋼坯的修磨，磨除鋼坯的表面缺陷層（夾渣、結(jié)疤、氣泡、裂紋和脫碳層），以保證鋼材成品的最終質(zhì)量和成材率。

主要特點(diǎn)是：①采用定負(fù)荷自由磨削方式磨除一定厚度的缺陷層金屬，背吃刀量和進(jìn)給量均不確定；②在磨削過程中不修整砂輪，為確保砂輪既有自銳能力，消耗又不致過大，應(yīng)選擇合適砂輪；③多采用干磨方式，工件表面易燒傷。

2.2高效磨削技術(shù)2.緩進(jìn)給大切深磨削

以較大的切削深度（ap>10mm）和很小的縱向進(jìn)給速度（vW=3～300mm/min，普通磨削的vW=200～2500mm/min）來(lái)磨削工件，故也稱深磨削或蠕動(dòng)磨削。

主要特點(diǎn)是：①生產(chǎn)效率高；②工件的形狀精度穩(wěn)定；③減小了砂輪的沖擊損傷；④擴(kuò)大了磨削工藝范圍；⑤磨床功率大、成本高，工件易產(chǎn)生磨削燒傷

。

2.2高效磨削技術(shù)

3.高速與超高速磨削

砂輪的線速度>45～50m/s，則被稱為高速磨削HSG（HighSpeedGrinding）。砂輪線速度大>150～80m/s時(shí)，則被稱為超高速磨削。其主要特點(diǎn)是：①生產(chǎn)率高、砂輪壽命長(zhǎng)；②磨削精度高、表面粗糙度低；③減輕磨削表面燒傷和裂紋。超高速磨削可以大幅度提高磨削生產(chǎn)效率、延長(zhǎng)砂輪使用壽命或減小磨削表面粗糙度，并可對(duì)硬脆材料實(shí)現(xiàn)延性域磨削，對(duì)高塑性及其他難磨削材料進(jìn)行磨削也有良好的表現(xiàn)。

2.2高效磨削技術(shù)

4.高效深切磨削（HEDG）

HEDG在切深0.1～0.3mm，工件速度vw=0.5～10m/min，砂輪速度vs=80～200m/s的條件下進(jìn)行磨削。其工藝特征是砂輪高速度，工件進(jìn)給快速及大的磨削深度，既能達(dá)到高的金屬切除率，又能獲得高質(zhì)量的加工表面。其實(shí)現(xiàn)條件是：①砂輪應(yīng)具有良好的耐磨性，高的動(dòng)平衡性能和抗裂性能；②磨床應(yīng)具有高動(dòng)態(tài)精度、抗振性和熱穩(wěn)定性；

③磨床主軸應(yīng)具有較高的回轉(zhuǎn)精度和剛度。④磨削液供給方法采用高壓噴射法，砂輪內(nèi)冷卻法、空氣擋板輔助截?cái)鄽饬鞣ǖ取?.2高效磨削技術(shù)

5.寬砂輪和多砂輪磨削

1）寬砂輪磨削外圓磨削砂輪寬度達(dá)300mm，平面磨削砂輪寬度達(dá)400mm，無(wú)心磨削砂輪寬度達(dá)800～1000mm；加工精度達(dá)IT6，表面粗糙度Ra0.63μm。

其主要特點(diǎn)是：①磨削寬度大，磨削力、磨削功率大，磨削時(shí)的熱量多。②可磨成形面，能保證零件成形精度，采用切入磨削形式，比縱向往復(fù)磨削效率高。③砂輪寬度大，主軸懸臂伸長(zhǎng)度長(zhǎng)。④為保證工件的形位精度，砂輪硬度在圓周和軸向均勻性要好。否則因砂輪磨損不均勻，影響零件的精度和表面質(zhì)量。2.2高效磨削技術(shù)

2）多砂輪磨削多砂輪磨削是在一臺(tái)磨床上安裝了多片砂輪，可同時(shí)加工零件的幾個(gè)表面。多砂輪磨削的砂輪片數(shù)可多達(dá)8片以上，砂輪組合寬度達(dá)900～1000mm。在生產(chǎn)線上，采用多砂輪磨床可減少磨床數(shù)量和占地面積。多砂輪磨削主要用在外圓和平面磨床上，內(nèi)圓磨床也可采用同軸多片砂輪磨同心孔。

2.2高效磨削技術(shù)

6.恒壓力磨削

恒壓力磨削是切入磨削的一種類型，在磨削過程中無(wú)論其他因素（如磨削余量、硬度、砂輪磨鈍程度等）如何變化，砂輪與工件之間始終保待預(yù)選的壓力不變，因此稱恒壓力磨削，也稱作控制力磨削。恒壓力磨削，避免荷了超負(fù)荷切削，工藝系統(tǒng)彈性變形小，有利干獲得正確的幾何形狀與低的表面粗糙度值。2.2高效磨削技術(shù)7.砂帶磨削

如圖2－5所示。20世紀(jì)60年代以來(lái)，發(fā)展迅猛；發(fā)達(dá)國(guó)家已占磨削工作的1/2。圖2-5砂帶磨削示意圖2.2高效磨削技術(shù)

其主要特點(diǎn)是：①設(shè)備簡(jiǎn)單；②可磨削復(fù)雜型面；③生產(chǎn)效率高；④加工精度高⑤操作方便2.3精密和超精密加工技術(shù)目前所說的精密加工是指加工精度達(dá)到1～0.1μm，表面粗糙度Ra在0.1～0.01μm的加工工藝。而超精加工則是指加工尺寸精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.025μm的精密加工方法。

根據(jù)加工方法的機(jī)理和特點(diǎn)不同，精密加工和超精密加工方法可分為以下幾大類。

2.3.1精密和超精密加工方法與分類

1.機(jī)械超精密加工技術(shù)包括金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密研磨和拋光等一些傳統(tǒng)加工方法（表2-5）。

2.3.1精密和超精密加工方法與分類表2-5傳統(tǒng)（機(jī)械）精密和超精密加工方法及加工精度（μm）（續(xù)）

2.3.1精密和超精密加工方法與分類

2.非機(jī)械超精密加工技術(shù)

包括精密電火花加工、精密電解加工、精密超聲加工、電子束加工、離子束加工、激光束加工等一些非傳統(tǒng)加工方法；也稱為特種精密加工方法。

3.復(fù)合超精密加工方法

包括傳統(tǒng)加工方法的復(fù)合、特種加工方法的復(fù)合以及傳統(tǒng)加工方法和特種加工方法的復(fù)合（例如機(jī)械化學(xué)拋光、精密電解磨削、精密超聲珩磨等）。

2.3.1精密和超精密加工方法與分類

1.金剛石刀具超精密加工的應(yīng)用如表2－6所示。

2.3.2金剛石刀具超精密加工表2-6金剛石刀具超精密切削的零件實(shí)例（續(xù)）

2.3.2金剛石刀具超精密加工

2.超精密車削用金剛石車刀金剛石刀具的主切削刃和副切削刃之間采用過渡刃，對(duì)加工表面起修光作用?？梢园训度性O(shè)計(jì)成圓弧形或帶直線修光刃的折線形，以減少切削殘留面積對(duì)表面粗糙度的影響。

圖2-6通用金剛石精車刀的幾何角度

2.3.2金剛石刀具超精密加工

3.金剛石刀具超精密切削切削參數(shù)的選擇

1）切削速度

不使用切削液，應(yīng)選擇合適的切削速度，以防積屑瘤的生成。使用切削液，積屑瘤不易生成，切削速度對(duì)表面粗糙度影響較小。2）進(jìn)給量超精密切削時(shí)采用很小的進(jìn)給量，但進(jìn)給量的數(shù)值也不宜小于刀具刃口的鈍圓半徑。3）背吃刀量背吃刀量大，切削力大，切削變形大，表面層殘留變形大；但背吃刀量太小時(shí)，因刀具存在切削刃鈍圓半徑而不易產(chǎn)生切屑，切削力反而增加、使表面殘余應(yīng)力反而增加。

2.3.2金剛石刀具超精密加工金剛石刀具超精密車削時(shí)的切削用量可參考表2-7。

2.3.2金剛石刀具超精密加工精密和超精密磨削加工方法的類型見圖2-7。

2.3.3精密和超精密磨削加工

1.精密磨削加工

1）普通磨料砂輪精密磨削

加工精度：1～0.1μm；表面粗糙度：Ra0.2～0.025μm。其影響因素主要有：①砂輪選擇：主要考慮磨粒材料、粒度、結(jié)合劑，織織和硬度等②砂輪修整：可分為初修、精修和光修。普通磨料砂輪精密磨削時(shí)的砂輪修整用量可參考表2-8。

2.3.3精密和超精密磨削加工表2-8普通磨料砂輪精密磨削時(shí)的砂輪修整用量

2.3.3精密和超精密磨削加工③磨床選擇：精密磨床上需滿足以下要求：a.機(jī)床幾何精度和剛度高；b.由于普通砂輪精密磨削時(shí)砂輪的修整速度要求低至10～15mm/min，機(jī)床工作臺(tái)必須能低速進(jìn)給、平穩(wěn)、無(wú)爬行和沖擊；c.從機(jī)床結(jié)構(gòu)上和安裝上采取一些減振和隔振措施，以提高其抗振性。④磨削用量：包括砂輪速度、工件速度、縱向進(jìn)給量、磨削深度、走刀次數(shù)和無(wú)火花磨削次數(shù)等的選擇，可參考表2-9。

2.3.3精密和超精密磨削加工表2-9普通砂輪精密磨削時(shí)的參考磨削用量

2.3.3精密和超精密磨削加工

2）超硬磨料砂輪精密磨削其特點(diǎn)和應(yīng)用范圍如下：（1）可用來(lái)加工各種高硬度、高脆性金屬材料和非金屬材料，例如陶瓷、玻璃、半導(dǎo)體材料、寶石、石材、硬質(zhì)合金、耐熱合金鋼以及銅、鋁等非鐵金屬及其合金等。（2）磨削能力強(qiáng)、耐磨性好、使用壽命長(zhǎng)、易于控制尺寸及實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。（3）磨削力小，磨削溫度低，無(wú)燒傷、裂紋和組織變化，表面質(zhì)量好。用金剛石砂輪磨削硬質(zhì)合金時(shí)，其磨削力只有綠碳化硅砂輪磨削時(shí)的1/4～1/5。（4）由于超硬磨料有鋒利的刃口，耐磨性高，有較高的材料切除率和磨削比，因此磨削效率高。（5）超硬磨料砂輪修整難度大。（6）金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪價(jià)格比較昂貴，但其使用壽命長(zhǎng)，加工效率高、工時(shí)少，綜合成本不高。

2.3.3精密和超精密磨削加工

2.超精密磨削加工

加工精度達(dá)到或高于0.1μm，表面粗糙度Ra低于0.025μm。主要用于磨削鋼鐵及其合金，例如耐熱鋼、鈦合金、不銹鋼等合金鋼，特別是經(jīng)過淬火處理的淬硬鋼；也可用于磨削銅、鋁及其合金等非鐵金屬。同時(shí)它還是高精度非金屬硬脆難加工材料（例如陶瓷、玻璃、石英、半導(dǎo)體、石材等）的主要加工方法。超精密磨削應(yīng)用比較成熟的首推金剛石微粉砂輪超精密磨削。

2.3.3精密和超精密磨削加工

1）金剛石微粉砂輪采用粒度為F240～F1000的金剛石微粉作為磨料，樹脂、陶瓷、金屬為結(jié)合劑燒結(jié)而成；也可采用電鑄法和氣相沉積法制作。金剛石微粉砂輪超精密磨削具有以下特點(diǎn)：（1）一種固結(jié)磨料的微量去除加工方法，比研磨、拋光等精密加工方法加工效率高；

（2）磨料是粒度很細(xì)，可以同時(shí)獲得極低的表面粗糙度和很高的幾何尺寸和形狀精度，是一種比較理想的超精密加工方法。（3）容屑空間很小，砂輪容易堵塞；需要進(jìn)行在線修整，才能保證磨削的正常進(jìn)行和加工質(zhì)量。（4）需要在超精密磨床上進(jìn)行，設(shè)備價(jià)格昂貴，磨削成本高。

2.3.3精密和超精密磨削加工2）超精密磨床圖2-8為典型液體靜壓軸承主軸結(jié)構(gòu)原理圖。

2.3.3精密和超精密磨削加工超精密磨床多采用空氣靜壓導(dǎo)軌，如圖2－9所示。

2.3.3精密和超精密磨削加工超精密磨床還采用微量進(jìn)給裝置。如圖2－10所示。

2.3.3精密和超精密磨削加工

目前國(guó)內(nèi)、外各種超精密磨床的加工精度和表面粗糙度能夠達(dá)到的水平為：（1）尺寸精度：0.24～0.50μm；（2）圓度：0.25～1μm；（3）圓柱度：0.25/2500～1/50000；（4）表面粗糙度Ra：0.006～0.01μm。3）超精密磨削工藝磨削參數(shù)：（1）砂輪線速度：18～60m/min；（2）工件線速度：4～10m/min；（3）工作臺(tái)縱向進(jìn)給速度：50～100mm/min；（4）磨削深度：0.5～1μm；（5）磨削橫向進(jìn)給次數(shù)：2～4；（6）無(wú)火花磨削次數(shù)：3～5；（7）磨削余量：2～5μm。

2.3.3精密和超精密磨削加工

3.精密砂帶磨削多采用開式磨削方式（圖2-11）。

2.3.3精密和超精密磨削加工需要考慮以下幾類因素。1）磨削用量（1）砂帶速度。開式砂帶磨的砂帶速度很低，砂帶移動(dòng)是為了不斷有新砂粒進(jìn)入切削區(qū)，控制磨削表面質(zhì)量和砂帶的使用壽命，而磨削的主運(yùn)動(dòng)是靠工件的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（2）工件速度。由于砂帶速度非常低，切削形成主要靠工件的轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)，按磨削要求，工件速度可取10～12m/s。（3）縱向進(jìn)給量和磨削深度?？v向進(jìn)給量可參考砂輪磨削來(lái)選取，而磨削深度應(yīng)比砂輪磨削時(shí)要小些。

粗磨縱向進(jìn)給量0.17～3.00mm/r，磨削深度為0.05～0.10mm。

精磨縱向進(jìn)給量為0.40～2.00mm/r，磨削深度0.01～0.05mm。（4）接觸壓力。這是砂帶磨削所特有的加工參數(shù)，直接影響磨削效率和砂帶使用壽命?？筛鶕?jù)工件材料、磨粒材料和粒度、磨削余量和表面粗糙度要求來(lái)選擇，一般選取50～300N，但其大小有時(shí)很難控制。

2.3.3精密和超精密磨削加工2）砂帶和接觸輪的選擇應(yīng)根據(jù)被加工材料、加工精度和表面粗糙度要求來(lái)選擇。其中包括磨料種類、粒度、基底材料、接觸輪外緣材料、形狀及其硬度等。砂帶選擇和接觸輪選擇之間有一定的配合關(guān)系要求。3）砂帶磨削的冷卻和潤(rùn)滑砂帶磨削可分為干磨和濕磨兩種。濕磨時(shí)，磨削液的選擇應(yīng)考慮加工表面粗糙度，被加工材料、砂帶粘接劑的種類和基底材料等。例如有些粘接劑為有機(jī)物，易受化學(xué)溶劑的影響，有些基底材料不防水。干磨時(shí)，當(dāng)粒度大于F150時(shí)，可采用干磨劑，有效防止砂帶堵塞，提高加工表面質(zhì)量。

2.3.3精密和超精密磨削加工

4.精密超精密研磨1）油石研磨

常用油石：①氨基甲酸酯油石；制作方便、成本低廉；②金剛石電鑄油石；可以研磨出極低表面粗糙度的表面；③超硬磨料粉末冶金油石；研磨精度高、表面質(zhì)量好、效率高。

特點(diǎn)：加工運(yùn)動(dòng)與普通研磨方法相同，可以加工平面、外圓等。

2.3.3精密和超精密磨削加工2）磁性研磨如圖2-12所示。

2.3.3精密和超精密磨削加工磁性研磨具有以下特點(diǎn)和用途：（1）研磨壓力的大小隨磁場(chǎng)中磁通密度及磁性磨料填充量的增大而增大，可以調(diào)節(jié)。（2）既可研磨磁性材料零件，又可研磨非磁性材料零件；可研磨金屬材料，例如鋼、鐵、不銹鋼、銅、鋁等；也可研磨非金屬材料，如陶瓷、硅片等。（3）加工精度可達(dá)1μm，表面粗糙度Ra可達(dá)0.01μm，對(duì)于鈦合金有較好的研磨效果。（4）可加工工件的外圓、內(nèi)孔等和去毛刺。由于加工間隙有1～4mm，磁性磨粒在未加磁場(chǎng)前是柔性的，因此還可以研磨成形表面。

2.3.3精密和超精密磨削加工

5.精密超精密拋光1）軟質(zhì)磨粒拋光典型的軟質(zhì)磨粒機(jī)械拋光方法是彈性發(fā)射加工（ElasticEmissionMachining，EEM）（圖2－13）。其原理是利用水流加速微細(xì)磨粒，以盡可能小的入射角沖擊工件表面，在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生瞬時(shí)高溫高壓而發(fā)生固相反應(yīng)，造成工件表層原子晶格的空位及工件原子和磨粒原子互相擴(kuò)散，形成與工件表層其他原了結(jié)合力較弱的雜質(zhì)點(diǎn)缺陷。當(dāng)這些缺陷再次受到磨粒撞擊時(shí)，雜質(zhì)點(diǎn)原子與相鄰的幾個(gè)原了被一并移去，同時(shí)工件表層凸出的原子也因受到很大的剪切力作用而被切除。

2.3.3精密和超精密磨削加工

2.3.3精密和超精密磨削加工2）浮動(dòng)拋光是一種平面度極高的非接觸超精密拋光方法，浮動(dòng)拋光裝置如圖2-14所示。高回轉(zhuǎn)精度的拋光機(jī)采用高平面度平面并帶有同心圓或螺旋溝槽的錫拋光盤，拋光液覆蓋在整個(gè)拋光盤表面上，拋光盤及工件高速回轉(zhuǎn)時(shí)，在兩者之間的拋光液呈動(dòng)壓流體狀態(tài)，并形成一層液膜，從而使工件在浮起狀態(tài)下進(jìn)行拋光。

2.3.3精密和超精密磨削加工

2.3.3精密和超精密磨削加工3）動(dòng)壓浮離拋光是另一種非接觸拋光方法。平面非接觸拋光裝置如圖2-15所示。沿圓周方向制有若干個(gè)傾斜平面的圓盤在液體中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過液體楔產(chǎn)生液體動(dòng)壓，使保持環(huán)中的工件浮離圓盤表面，由浮動(dòng)間隙中的粉末顆粒對(duì)工件進(jìn)行拋光。加工過程中無(wú)摩擦熱和工具磨損，標(biāo)準(zhǔn)平面不會(huì)變化，因此，可重復(fù)獲得精密的工件表面。該方法主要用于半導(dǎo)體基片和各種功能陶瓷材料及光學(xué)玻璃的拋光，可同時(shí)進(jìn)行多片加工。

2.3.3精密和超精密磨削加工

2.3.3精密和超精密磨削加工4）非接觸化學(xué)拋光是一種普通的盤式化學(xué)拋光方法，通過供給拋光盤面化學(xué)拋光液，使其與被加工面作相對(duì)滑動(dòng)，用拋光盤面來(lái)去除被加工件面上產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)生成物。這種拋光方法以化學(xué)腐蝕作用為主，機(jī)械作用為輔，所以又稱為化學(xué)機(jī)械拋光。水面滑行拋光是一種工件與拋光盤互不接觸，不使用磨料的新型非接觸化學(xué)拋光方法。它借助于流體壓力使工件基片從拋光盤面上浮起，利用具有腐蝕作用的液體作加工液完成拋光，拋光裝置如圖2-16所示。

2.3.3精密和超精密磨削加工

2.3.3精密和超精密磨削加工2.4微細(xì)加工技術(shù)

2.4.1微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)1.微細(xì)加工技術(shù)的概念微細(xì)加工起源于半導(dǎo)體制造工藝，原來(lái)指加工尺度約在微米級(jí)范圍的加工方式。在微機(jī)械研究領(lǐng)域中，它是微米級(jí)、亞微米級(jí)乃至納米級(jí)微細(xì)加工的通稱，即微米級(jí)微細(xì)加工，亞微米級(jí)微細(xì)加工和納米級(jí)微細(xì)加工等。廣義上的微細(xì)加工，包括精密加工和超精密加工的微小化。

2.4.1微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)2.微細(xì)加工技術(shù)的特點(diǎn)1）多學(xué)科的制造系統(tǒng)工程涉及超微量加工和處理技術(shù)、高質(zhì)量和新型的材料技術(shù)、高穩(wěn)定性和高凈化的加工環(huán)境、高精度的計(jì)量、測(cè)試技術(shù)以及高可靠性的工況監(jiān)測(cè)和質(zhì)量控制技術(shù)等，體現(xiàn)了多學(xué)科的交義融合。2）平面工藝是其工藝基礎(chǔ)

平面工藝是指制作半異體基片、電子元件、電子線路及其連線、封裝等一整套制造工藝技術(shù)，現(xiàn)在已在此基礎(chǔ)上發(fā)展了立體工藝技術(shù)。

2.4.1微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)2.微細(xì)加工方法的分類見表2－10.

2.4.1微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)表2－10（續(xù)）.

2.4.2常用微細(xì)加工技術(shù)1.光刻加工技術(shù)光刻加工可分為兩個(gè)階段，第一階段為原版制作，生成工作原版或工作掩膜，第二階段為光刻加工。1）原版制作（1）繪制原圖；（2）制作縮版、殖版；（3）制作工作原版（工作掩膜）；2）光刻加工（1）預(yù)處理；（2）涂膠；

（3）曝光；

2.4.2常用微細(xì)加工技術(shù)

（4）顯影與烘片；（5）刻蝕；（6）剝膜與檢查。

2.光刻－電鑄－模鑄復(fù)合成形技術(shù)（LIGA）

LIGA的加工特點(diǎn)是：1）波長(zhǎng)短、分辨力高、穿透力強(qiáng)；2）輻射線幾乎完全平行，減少了幾何畸變；3）輻射強(qiáng)度高，便于利用靈敏度較低而穩(wěn)定性較好的抗蝕劑（光刻膠）來(lái)實(shí)現(xiàn)單涂層工藝；4）發(fā)射帶譜寬，降低衍射，利于獲得高分辨力，并可根據(jù)掩膜材料和抗蝕劑的特點(diǎn)選用最佳曝光波長(zhǎng)；5）曝光時(shí)間短，生產(chǎn)率高；6）加工時(shí)間長(zhǎng)、工藝過程復(fù)雜、價(jià)格貴，要求層厚大、抗輻射能力強(qiáng)和穩(wěn)定性好的掩膜基底。

2.4.2常用微細(xì)加工技術(shù)LIGA加工的部分零件如圖2－17所示。

2.4.3納米加工技術(shù)1.納米加工的概念和特點(diǎn)納米技術(shù)是指納米級(jí)（0.l～100nm）的材料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、控制一系列技術(shù)。包括納米材料、納米級(jí)精度制造技術(shù)、納米級(jí)精度和表面質(zhì)量檢測(cè)、納米級(jí)微傳感器和控制技術(shù)、微型機(jī)電系統(tǒng)和納米生物學(xué)等。納米加工技術(shù)的特點(diǎn)：（1）加上精度達(dá)到納米級(jí)；（2）從宏觀走向微觀；（3）綜合系統(tǒng)技術(shù)；（4）納米級(jí)范疇。

2.4.3納米加工技術(shù)

2.納米加工方法

1）傳統(tǒng)加工的精密化包括超精密加工和超精密特種加工等，例如超精密切削車削、超精密磨削、超精密研磨和超精密拋光等。

2）傳統(tǒng)加工的微細(xì)化包括微細(xì)加工和超微細(xì)加工等。例如高能束加工（電子束、離子束、激光束加工）、光刻和LIGA等。

3）掃描探針顯微加工包括掃描隧道顯微加工和原子力顯微加工等。例如原子搬遷移動(dòng)、原子提取去除和放置增添、原子吸附和脫附、探針雕刻等。

4）納米生物加工有去除、約束和生長(zhǎng)三種形式。

2.4.3納米加工技術(shù)（1）生物去除成形加工；（2）生物約束成形加工；（3）生物生長(zhǎng)成形加工。

3.納米級(jí)典型產(chǎn)品1）納米級(jí)器件納米級(jí)器件是指原子開關(guān)、原子繼電器、單電子晶體管和量子點(diǎn)等原子級(jí)器件和量子級(jí)器件，主要是電子器件。2）微型機(jī)械可分為1～10mm的小型機(jī)械、1μm～1mm的微型機(jī)械和利用生物工程和分子組裝可實(shí)現(xiàn)的1nm～1μm的納米機(jī)械三個(gè)等級(jí)。

2.4.3納米加工技術(shù)

3）微型機(jī)電系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱MEMS）指集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號(hào)處理、控制電路、接口、通信、電源等于一體的微型機(jī)電器件或綜合體，它是美國(guó)的慣用詞。

微型機(jī)電系統(tǒng)在生物醫(yī)學(xué)、航空航天、國(guó)防、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通和信息等多個(gè)部門均有廣泛的應(yīng)用前景。2.5快速制造技術(shù)

2.5.1快速制造技術(shù)的定義和特點(diǎn)1.快速制造的原理如圖2-18所示。

2.5.1快速制造技術(shù)的定義和特點(diǎn)2.快速制造的特點(diǎn)快速制造具有如下特點(diǎn)：1）由數(shù)字模型直接驅(qū)動(dòng)；2）快速制造設(shè)備通用性好；3）可以制造具有任意復(fù)雜形狀的三維實(shí)體；4）快速制造使用的材料具有多樣性；5）成形過程中無(wú)人干預(yù)或較少干預(yù)。

2.5.2快速