精密加工、超精密加工和细微加工.ppt

第四节第四节 精密加工、精密加工、 超精密加工超精密加工 和细微加工和细微加工 机械制造工程机械制造工程第五章第五章 一、精密加工和超精密加工的界定 1一般加工 l指加工精度在10m左右（IT5IT7）、 表面粗糙度为Ra0.2m0.8m的加工方 法，如车、铣、刨、磨、电解加工等。 适用于汽车制造、拖拉机制造、模具制 造和机床制造等 2精密加工 l指加工精度在10m 0.1m（IT5或 IT5以上）、Ra0.1m的加工方法 ，如金刚石车削、高精密磨削、研 磨、珩磨、冷压加工等 3超精密加工 l指加工精度在0.1m 0.01m、Ra 为0.01m的加工方法，如金刚石 精密切削、超精密磨料加工、电子 束加工、离子束加工等 二、实现精密和超精密加工的条件 1加工环境 l恒温：温度增加l时，100mm长的钢 件就可能会产生1m的伸长，精密加 工和超精密加工的加工精度一般都是 微米级、亚微米级或更高。因此，为 了保证加工区极高的热稳定性，精密 加工和超精密加工必须在严密的多层 恒温条件下进行 l防振：机床振动对精密加工和超精密 加工有很大的危害，为了提高加工系 统的动态稳定性，除了在机床设计和 制造上采取各种措施，还必须用隔振 系统来保证机床不受或少受外界振动 的影响。应能有效地隔离频率为 6Hz9Hz、振幅为0.1m0.2m的外 来振动 l超净：在未经净化的一般环境下，尘 埃数量极大，绝大部分尘埃的直径小 于1m，也有不少直径在1m以上甚 至超过10m的尘埃。这些尘埃如果落 在加工表面上，可能将表面拉伤；如 果落在量具测量表面上，就会造成操 作者或质检员的错误判断。因此，精 密加工和超精密加工必须有与加工相 对应的超净工作环境 2工具切（磨）削性能 l精密加工和超精密加工必须能均匀地去 除不大于工件加工精度要求的极薄金属 层。当精密切削（或磨削）的ap1m时， ap可能小于工件材料晶粒的尺寸，切削 在晶粒内进行，切削力要超过晶粒内部 非常大的原子结合力才能切除切屑，故 作用在刀具上的剪切应力非常大。刀具 或磨具必需具有很高的硬度和耐磨性 3机床设备 高精密加工机床必须具备以下条件： l主轴有极高的回转精度及很高的刚性和 热稳定性 l进给系统有超精确的匀速直线性，保证 在超低速条件下进给均匀，不发生爬行 l为了在超精密加工时实现微量进给，必 须配备位移精度极高的微量进给机构 l采用微机控制系统，自适应控制系统 4工件材料 l应考虑强度、刚度，还必须均匀一致， 不允许存在微观缺陷，有些零件甚至对 材料组织的纤维化也有一定要求 5测控技术 l常用在线检测、在位检测、在线补偿、 预测预报及适应控制等手段，测量仪器 的精度一般总是要比机床的加工精度高 一个数量级，需有灵敏的误差补偿系统 三、精密加工和超精密加工的特点 l加工都以精密元件、零件为加工对象 l多学科综合技术 l加工检测一体化 l采用计算机控制、误差补偿、适应控 制和工艺过程优化等生产自动化技术 四、常用的精密加工和超精密加工和细 微加工方法 l采用金刚石刀具对工件进行超精密的微 细切削和应用磨料磨具对工件进行珩磨 、研磨、抛光、精密和超精密磨削等 l采用电化学加工、三束加工、超声波加 工等特种加工方法及复合加工 l微细加工是指制造微小尺寸零件的生产 加工技术 1金刚石刀具超精密切削 切削机理 l金刚石超精密切削主要是应用天然单晶 金刚石车刀对铜、铝等软金属及其合金 进行切削加工，以获得极高的精度和极 低表面粗糙度参数值的一种超精密加工 方法 l金刚石与有色金属的亲合力极低，摩擦 系数小，切削时不产生积屑瘤 l属于原子、分子级单位去除的加工 l切削时，其aplm，刀具可能处于工件 晶粒内部切削状态。切削力要超过分子 或原子间巨大的结合力，从而使刀刃承 受很大的剪切应力，并产生很大热量， 造成刀刃的高应力、高温的工作状态 l金刚石精密切削的关键问题是如何均匀 、稳定地切除如此微薄的金属层 l超精密车削加工余量只有几微米，能否 切除如此微薄的金属层，主要取决于刀 具的锋利程度。锋利程度一般是以切削 刃的刃口圆角半径的大小来表示 l金刚石刀具不仅具有很好的高温强度和 高温硬度，而且其材料本身质地细密， 经过仔细修研，刀刃的几何形状很好， 切削刃极小 刀具对ap的 影响 金刚石刀具的刃磨及切削参数 l金刚石刀具是将金刚石刀头用机械夹 持或粘接方式固定在刀体上构成的 金刚石刀具 的刃磨 l金刚石刀具的刃磨是一个关键技术 l单晶体金刚石车刀的刃口圆角半径则 可达0.02m l金刚石精密切削铜和铝时 v200500m/min p0.0020.003mm f0.010.04mm/r。 2精密磨削及金刚石超精密磨削 l精密磨削是指加工精度为10.1m， Ra为0.160.006m的磨削方法；而 超精密磨削则是指加工精度高于 0.1m，Ra0.04 0.02m的磨削方 法 精密磨削及超精密磨削的加工机理 l精密磨削主要是靠对普通磨料砂轮的 精细修整，使磨粒具有微刃性和等高 性，再加上无火花阶段微刃的滑挤、 摩擦、抛光作用，获得高精度 l超精密磨削则是采用人造金刚石、立方 氮化硼（CBN）等超硬磨料砂轮对工件 进行磨削加工 l磨粒将承受很高的应力，使切削刃受到 高温、高压的作用 l超精密磨削与普通磨削最大的区别是： 径向进给量极小，是超微量切除，可能 还伴有塑性流动和弹性破坏等作用 金刚石砂轮的修整 l细粒度金刚石砂轮磨削高硬度、高脆性 材料时，常常采用与特种加工工艺方法 相结合的在线修整方法（in-process dressing），如高压磨料水射流喷射修 整法、电解修锐法、电火花修整法和超 声振动修整法等 电解超硬砂轮 修锐方法 超精密磨床的技术要求 l很高的主轴回转精度和很高的导轨直线 度，以保证工件的几何形状精度；常常 采用大理石导轨增加热稳定性 l应配备有微进给机构，以保证工件尺寸 精度以及砂轮修整时的微刃性和等高性 l工作台导轨低速运动的平稳性要好，不 产生爬行、振动, 以保证砂轮修整质量和 稳定的磨削过程 精密磨削及超精密磨削的应用 l主要用于对钢铁等黑色金属材料的精 密加工及超精密加工 l如果采用金刚石砂轮和立方氮化硼砂 轮，还可对各种高硬度、高脆性材料 （如硬质合金、陶瓷、玻璃等）和高 温合金材料进行精密加工和超精加工 3细微加工技术 l微机械指尺寸为毫米级及更小的微型 机械，而细微加工则是微机械、微电 子技术发展之基础，是科技发展的重 要方向 l细