第四节 精密加工、超精密加工和细微加工.ppt

第四节精密加工 超精密加工和细微加工 机械制造工程 第五章 一 精密加工和超精密加工的界定1 一般加工指加工精度在10 m左右 it5 it7 表面粗糙度为ra0 2 m 0 8 m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 精密加工指加工精度在10 m 0 1 m it5或it5以上 ra 0 1 m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 超精密加工指加工精度在0 1 m 0 01 m ra为0 01 m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 加工环境恒温 温度增加l 时 100mm长的钢件就可能会产生1 m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 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6hz 9hz 振幅为0 1 m 0 2 m的外来振动 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1 m 也有不少直径在1 m以上甚至超过10 m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ap 1 m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 主轴有极高的回转精度及很高的刚性和热稳定性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采用微机控制系统 自适应控制系统 4 工件材料应考虑强度 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加工都以精密元件 零件为加工对象多学科综合技术加工检测一体化采用计算机控制 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 属于原子 分子级单位去除的加工切削时 其ap l m 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 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 金刚石刀具的刃磨是一个关键技术单晶体金刚石车刀的刃口圆角半径 则可达0 02 m金刚石精密切削铜和铝时v 200 500m min p 0 002 0 003mmf 0 01 0 04mm r 2 精密磨削及金刚石超精密磨削精密磨削是指加工精度为1 0 1 m ra为0 16 0 006 m的磨削方法 而超精密磨削则是指加工精度高于0 1 m ra 0 04 0 02 m的磨削方法 精密磨削及超精密磨削的加工机理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 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磨粒将承受很高的应力 使切削刃受到高温 高压的作用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 processdressing 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 细微