先进制造技术

1、河南机电高等专科学校先进制造技术课程论文论文题目：超精密磨削加工工艺特点 典型零件加工工艺分析系 部： 专 业： 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 年 月 日 绪论 超精密加工目前就其质来说是要实现以现有普通精密加工手段还达不到的高精度加工，就其量来说是要加工出亚微米乃至毫微米级的形状与尺寸赖皮并获得纳米级的表面粗糙度，但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要视零件大小、复杂程度以及是否容易变形等因素而定。 超精密加工主要包括超精密切削（车、铣） 超精密磨削、超精密研磨（机械研磨、机械化学研磨、研抛、非接触式浮动研磨、弹性发射加工等）以及超精密特种加工（电子束、离子束以及激光束加工等

2、）。上述各种方法均能加工出普通精密加工所达不到的尺寸精度、形状精度和表面质量每种超精密加工方法都是针对不同零件的要求而选择的。 超精密加工技术是现代高科技技术竞争的重要支撑技术，是现在高科技产业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展方向。目前的超精密加工，以不改变工件材料的物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性为目标。 超精密加工的研究内容，即影响超精密加工的各种因素：超精密加工机理、被加工材料、超精密加工设备、超精密加工工具、超精密加工夹具、超精密加工检测与误差补偿、超精密加工环境（包括恒温、隔振、洁净控制等）和超精密加工工艺等。 第1章 超精密磨削加工工

3、艺特点 1.1 超精密磨削加工技术概述超精密磨削技术是在一般精密磨削基础上发展起来的。超精密磨削不仅要提供镜面级的表面粗糙度，还要保证获得精确的几何形状和尺寸。为此，除要考虑各种工艺因素外，还必须有高精度、高刚度以及高阻尼特征的基准部件，消除各种动态误差的影响，并采取高精度检测手段和补偿手段。 目前超精密磨削的加工对象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料，磨削加工的目标是范成35nm的平滑表面，也就是通过磨削加工而不需抛光即可达到要求的表面粗糙度。作为纳米级磨削加工，要求机床具有高精度及高刚度，脆性材料可进行可延性磨削（Ductile Grinding）。纳米磨削技术对燃气涡轮发动机，特别是对要求高疲劳

4、强度材料（如飞机的喷气发动机涡轮用的陶瓷材料）的加工，是重要而有效的加工技术。 此外，砂轮的修整技术也相当关键。尽管磨削比研磨更能有效地去除物质，但在磨削玻璃或陶瓷时很难获得镜面，主要是由于砂轮粒度太细时，砂轮表面容易被切屑堵塞。日本理化学研究所学者大森整博士发明的电解在线修整（ELID）铸铁纤维结合剂（CIFB）砂轮技术可以很好地解决这个问题。 当前的超精密磨削技术能加工出00 1m圆度， O1m尺寸精度和Ra0005m粗糙度的圆柱形零件，平面超精密磨削能加工出003m100mm的平面1.2超精密磨削加工机理：（1）超微量切除 超精密磨削加工是一种极薄的切削，切削厚度极小，磨削深度可能小于晶

5、粒大小，因而磨削就在晶粒内部进行。 磨削力很大，要求磨粒材料应有很高的高温强度和高温硬度。超精密磨削砂轮的磨粒一般采用人造金刚石、立方氮化硼。（2）磨削切屑形成过程 砂轮可以看成是具有弹性支承的多刃刀具，而磨粒切削刃可近似看成一个球形，因而砂轮工件系统可以用一个简单的弹簧缓冲系统来表示。在弹簧缓冲系统中，球形磨粒支持在系统的一端，并绕着另一端的固定中心旋转。（3)球形磨粒的典型磨屑形成过程： 滑擦阶段 刻划（耕犁）阶段 切削阶段 超精密磨削是指加工精度为l0.1m、表面粗糙度值R a达到0.20.025m的磨削加工方法，又称低粗糙值磨削。 它是用微小的多刃刀具削除细微切屑的一种加工方法。一般是

6、通过氧化铝和胶化硅砂轮来实现的。 一般用于机床主轴、轴承、液压滑阀、滚动导轨、量规等的精密加工。1.21超精密磨削机理 1）磨粒的微刃性精密磨削主要是靠砂轮具有微刃性和等高性的磨粒实现 在精密磨削中，通过较小的修整导程和修整深度来精细地修整砂轮，使磨粒具有较好的微刀性 磨粒产生微细的破碎，而且形成细而多的切削刃砂轮磨削时，同时参加切削的刃口增多，深度减小，微刃的微切削作用形成了小粗糙度值的表面。2）砂轮的修整用修整工具将砂轮修整成形或修去磨钝的表层，以恢复工作面的磨削性能和正确的几何形状的操作过程。 及时而正确地修整砂轮，是提高磨削效率和保证磨削质量不可缺少的重要环。3)修整砂轮的目的： 一是

7、去除已经磨损的或被磨屑堵塞的砂轮表面层，使里层锐利的磨粒显露出来参与切削。 二是使砂轮表面有足够数量的切削刃，从而降低磨削表面的粗糙度。 除用于磨损后的砂轮外，还用于一下几种场合：砂轮被切屑堵塞、部分工件材料粘结在磨粒上、砂轮轮廓形状失真，精密磨削工艺中的精细修整。(1）磨粒的等高性 微刃是由砂轮的精细修整形成的，分布在砂轮表层的同一深度上的微刃数量多，等高性好(即细而多的切削刃具有平坦的表面) 。 由于加工表面的残留高度极小，因而形成了小的表面粗糙度值。（2）微刃的滑擦、挤压、抛光作用砂轮修整后出现的微刃切削开始比较锐利，切削作用强，随着磨削时间的增加微刃逐渐钝化、同时等高性得到改善。这时切

8、削作用减弱，滑擦、挤压、抛光作用增强。磨削区的高温使金届软化钝化微刃的滑撩和挤压将工件表面凸峰碾平，降低了表面粗糙度值。在同样的磨削压力下，单个微刃受的比压小，刻划深度小。（3）弹性变形的作用 在磨削加工中，砂轮的切削深度虽只120m，但由于单位磨削力比较大，所以总磨削力是很大的。与通常的切削加工不同的是，由于法向分力是切向分力的两倍以上，由此而产生的弹性变形所引起的砂轮的切削深度的变化量，对于原有的微小的切削深度来说是不能忽视的。采用无火花磨削所磨削的就是该弹性变形的。1.3精密磨削和超精密磨削加工按照磨料加工分类如下： 磨削：砂轮、砂带磨削 研磨 固结磨料加工 超精加工 砂带研抛 超精研抛

9、磨料加工 研磨：干式、湿式、磁性研磨 游离磨料加工 滚磨：回转式、振动式离心式、主轴式、涡流式 珩磨、挤压珩磨 抛光 1.4 超精密磨削加工工艺： 砂轮选择、砂轮的修整、磨削液的选择等可以参照有关手册。 通常超精密磨削的切削参数： 砂轮的线速度：1860m/min 工件线速度：410m/min 工作台纵向进给速度：50100 mm/min 磨削深度：0.51m 磨削横向进给次数：24次 无火花磨削次数：35次 磨削余量：25 m 1.5超精密磨削加工工艺特点 超精密磨削：指加工精度达到或高于0.1um，表面粗糙度小于Ra0.025um，是一种亚微米级的加工方法，并正向纳米级发展。 超精密镜面磨

10、削：指加工表面粗糙度达到 Ra0.020.01um，表面光泽如镜的磨削方法。这种方法成功的解决了铸铁纤维、铸铁结合剂超硬磨料进行在线电解修正磨削的技术。 超精密磨削除了可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，如淬火钢、硬质合金、陶瓷和玻璃等。但是不宜精加工塑性较大的有色金属工件。磨削加工的精度高，表面粗糙度值小。精度可以达到IT5及以上。表面粗糙度值Ra为1.250.01，镜面磨削时Ra为0.040.01。磨削的径向摩擦力大，且作用在工艺系统刚性较差的方向上，因此在加工刚性较差的工件时，应采用相应的措施，防止因工件的变形而影响加工精度。磨削温度高。磨削

11、烧伤和微裂纹切削液。砂轮有自锐作用。在磨削过程中，磨粒的破碎将产生新的较锋利的棱角，同时由于磨粒的脱落而露出一层新的锋利的磨粒，它们能够使砂轮的切削能力得到部分的恢复，这种现象称为砂轮的自锐作用。是其他刀具没有的特性。自锐作用与砂轮的硬度有很大的关系。但是磨粒的自锐作用，就是磨粒的脱落会使得砂轮的形状产生变化，从而影响磨削加工精度。磨粒和切屑会堵塞砂轮的空隙，磨削一段时间后要修正以恢复砂轮的切削能力和外形精度。磨削加工的工艺范围宽。各种常用的车刀，钻头，铣刀的刃磨。磨削加工占切削加工的比重越来越大。 另外超精密磨削还具有以下的特点： 超精密磨床是超精密磨削的关键； 超精密磨削是一种超微量去除加

12、工； 超精密磨削是一个高精度、高稳定性的系统工程。 超精密磨床是超精密磨削的关键，超精密磨削是一种超微量切除加工，超精密磨削是一个系统工程 第2章 典型零件加工工艺分析 轴类零件加工2.1 概述2.11、轴类零件的功用与结构特点1、功用：为支承传动零件（齿轮、皮带轮等）、传动扭矩、承受载荷，以及保证装在主轴上的工件或刀具具有一定的回转精度。 2、分类：轴类零件按其结构形状的特点，可分为光轴、阶梯轴、空心轴和异形轴（包括曲轴、凸轮轴和偏心轴等）四类。若按轴的长度和直径的比例来分，又可分为刚性轴（L/d12和挠性轴（L/d12）两类。3、 表面特点：外圆、内孔、圆锥、螺纹、花键、横向孔2.12主要

13、技术要求：1、尺寸精度 轴颈是轴类零件的主要表面，它影响轴的回转精度及工作状态。轴颈的直径精度根据其使用要求通常为IT69，精密轴颈可达IT5。2、几何形状精度轴颈的几何形状精度（圆度、圆柱度），一般应限制在直径公差点范围内。对几何形状精度要求较高时，可在零件图上另行规定其允许的公差。3、位置精度主要是指装配传动件的配合轴颈相对于装配轴承的支承轴颈的同轴度，通常是用配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动来表示的；根据使用要求，规定高精度轴为0.0010.005mm，而一般精度轴为0.010.03mm。此外还有内外圆柱面的同轴度和轴向定位端面与轴心线的垂直度要求等。4表面粗糙度 根据零件的表面工作部位的

14、不同，可有不同的表面粗糙度值，例如普通机床主轴支承轴颈的表面粗糙度为Ra0.160.63um，配合轴颈的表面粗糙度为Ra0.632.5um，随着机器运转速度的增大和精密程度的提高，轴类零件表面粗糙度值要求也将越来越小。 2.13轴类零件的材料和毛坯 合理选用材料和规定热处理的技术要求，对提高轴类零件的强度和使用寿命有重要意义，同时，对轴的加工过程有极大的影响。1、轴类零件的材料一般轴类零件常用45钢，根据不同的工作条件采用不同的热处理规范（如正火、调质、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。对中等精度而转速较高的轴类零件，可选用40Cr等合金钢。这类钢经调质和表面淬火处理后，具有较高的综合

15、力学件能。精度较高的轴，有时还用轴承钢GCrls和弹簧钢65Mn等材料，它们通过调质和表面淬火处理后，具有更高耐磨性和耐疲劳性能。对于高转速、重载荷等条件下工作的轴，可选用20CrMnTi、20MnZB、20Cr等低碳含金钢或38CrMoAIA氮化钢。低碳合金钢经渗碳淬火处理后，具有很高的表面硬度、抗冲击韧性和心部强度，热处理变形却很小。2、轴类零件的毛坯轴类零件的毛坯最常用的是圆棒料和锻件，只有某些大型的、结构复杂的轴才采用铸件。 2.14轴类零件的预加工 轮类零件在切削加工之前，应对其毛坯进行预加工。预加工包括校正、切断和切端面和钻中心孔。 1、校正：校正棒料毛坯在制造、运输和保管过程中产

16、生的弯曲变形，以保证加工余量均匀及送料装夹的可靠。校正可在各种压力机上进行。2、切断：当采用棒料毛坯时，应在车削外圆前按所需长度切断。切断叮在弓锯床上进行，高硬度棒料的切断可在带有薄片砂轮的切割机上进行。3、切端面钻中心孔：中心孔是轴类零件加工最常用的定位基准面，为保证钻出的中心孔不偏斜，应先切端面后再钻中心孔。4、荒车：如果轴的毛坯是向由锻件或大型铸件，则需要进行荒车加工，以减少毛坯外国表面的形状误差，使后续工序的加工余景均匀。2.2 典型主轴类零件加工工艺分析轴类零件的加工工艺因其用途、结构形状、技术要求、产量大小的不同而有差异。而轴的工艺规程编制是生产中最常遇到的工艺工作。2.22轴类零

17、件加工的主要问题轴类零件加工的主要问题是如何保证各加工表面的尺寸精度、表面粗糙度和主要表面之间的相互位置精度。轴类零件加工的典型工艺路线如下：毛坯及其热处理预加工车削外圆铣键槽等热处理磨削2.23、CA6140主轴加工工艺分析1、CA6140主轴技术条件的分析（1）、支承轴颈的技术要求主轴两支承轴颈A、B的圆度允差 0.005毫米，径向跳动允差 0.005毫米，两支承轴颈的1：12锥面接触率70%，表面粗糙度Ra0.4um。支承轴颈直径按IT5-7级精度制造。主轴外圆的圆度要求，对于一般精度的机床，其允差通常不超过尺寸公差的50，对于提高精度的机床，则不超过25%，对于高精度的机床，则应在 5

18、10之间。 （2）、锥孔的技术要求主轴锥孔（莫氏 6号）对支承轴颈 A、B的跳动，近轴端允差 0.005mm，离轴端300mm处允差 0.01毫米，锥面的接触率 70，表面粗糙度Ra0.4um，硬度要求 HRC48。（3）、螺纹的技术要求这是用于限制与之配合的压紧螺母的端面跳动量所必须的要求。因此在加工主轴螺纹时，必须控制螺纹表面轴心线与支承轴颈轴心线的同轴度，一般规定不超过0.025mm。从上述分析可以看出，主轴的主要加工表面是两个支承轴颈、锥孔、前端短锥面及其端面、以及装齿轮的各个轴颈等。而保证支承轴颈本身的尺寸精度、几何形状精度、两个支承轴颈之间的同轴度、支承轴颈与其它表面的相互位置精度。 参考文献1、蔡建国 等.现代制造技术导论【M】.上海：上海交通大学出版社，2000。2、唐一平。先进制造技术【M】.北京：科技出版社，2003。3、刘飞，