第五章 精密及超精密加工

1、第一节 概述一 精密和超精密加工范畴通常按加工精度划分，可将机械加工分为一般加工、精密加工、超精密加工。由于生产技术的不断发展，划分的界限将随着历史进程而逐渐向前推移，过去的精密加工对今天来说已经是普通加工，因此，其划分的界限是相对的，并且在具体数值上至今没有固定的界说。当前，精密加工是指加工精度为1 m0.1 m、表面粗糙度为0.1 m0.025 m的加工技术；超精密加工是指加工精度高于0.1 m、表面粗糙度小于0.025 m的加工技术。因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的纳米技术。二 常用精密与超精密加工方法超超精精密密加加工工高

2、精度加工高精度加工高尺寸精度高尺寸精度高形位精度高形位精度低粗糙度低粗糙度金刚石切削金刚石切削超精密磨削超精密磨削超精密研磨与抛光超精密研磨与抛光微尺寸加工细微尺寸加工细物理加工物理加工电火花加工电火花加工激光加工激光加工超声波加工超声波加工微波加工微波加工喷射加工喷射加工化学加工化学加工化学能加工化学能加工光刻加工光刻加工精密电铸精密电铸电解加工电解加工三 影响精密和超精密加工的主要因素 1 机床 机床必须具有很高的几何精度,定位精度,分辨率及稳定性,还要具有很高的刚度.三 影响精密和超精密加工的主要因素 2 工作环境 精密加工和超精密加工的工作环境对加工质量的影响很大，因此，工作环境是保证

3、加工质量的必要条件。工作环境主要有温度、湿度、净化和防振等方面的要求。 (l)恒温。 (2)恒湿。 (3)净化。 三 影响精密和超精密加工的主要因素 3 计量 精密和越精密加工必须具备相应的检测技术和手段，不仅要检测零件的精度和表面粗糙度，而且要检测加工设备及基础元、部件的精度。 高精度的尺寸、几何形状及位置尺寸等可采用分辨力为0.l0.01m的电子测微计、分辨力为0.010.001m的电感测微仪、电容测微仪，以及自准直仪、双频激光干涉仪、圆度仪等来检测。 三 影响精密和超精密加工的主要因素 4 误差补偿 误差预防、误差补偿、误差预报是精密加工和超精密加工中提高加工精度的重要有效举措。误差预防

4、是通过提高工艺系统精度、保证工作环境的条件等来减少误差源、减少误差的影响，具有治本性；误差补偿是通过修正来抵消或消除误差，具有治标性；而误差预报是根据误差出现的发展趋势，得出预测值，进行相应的补救措施，并可真正做到无滞后的实时补偿，具有主动性。 图5-1 精密和超精密加工的影响因素四 精密及超精密加工的特点第二节 金刚石刀具的超精密切削o一一 切削机理切削机理 金刚石刀具越精密切削时,刀具切削刃钝圆半径小,切薄能力强,形成流动切屑,因此切削作用是主要的。但由于实际切别刃钝因半径不可能为零,以及修光刃等的作用,因此还伴随着挤压作用。所以金刚石刀具超精密车削表面是由微切削和微挤压而形成,并以微切削

5、为主。 5-2二、金刚石刀具及其刃磨 三 超精密机床的结构特点 1 超精密机床的总体布局超精密加工机床是实现超精密加工的首要条件，目前超精密加工机床是实现超精密加工的首要条件，目前超精密加工机床一般是采用高精度空气静压轴承支撑超精密加工机床一般是采用高精度空气静压轴承支撑主轴系统，空气静压导轨支撑进给系统的结构模式。主轴系统，空气静压导轨支撑进给系统的结构模式。 2 2 超精密机床主轴部件超精密机床主轴部件主轴主轴能高速旋转能高速旋转高精度、高刚度、高稳定性高精度、高刚度、高稳定性液体静压轴承液体静压轴承空气静压轴承空气静压轴承主轴驱动方式主轴驱动方式电机通过带传递驱动电机通过带传递驱动电机通

6、过柔性联轴器驱动机床主轴电机通过柔性联轴器驱动机床主轴采用内装式同轴电动机驱动机床主轴采用内装式同轴电动机驱动机床主轴o 5-53 3 床身导轨床身导轨床身和导轨材料床身和导轨材料优质耐磨铸铁优质耐磨铸铁花岗岩花岗岩人造花岗岩人造花岗岩4 4 进给驱动系统和微量进给机构进给驱动系统和微量进给机构进给驱动系统进给驱动系统能实现准确的微量位移和精确定位能实现准确的微量位移和精确定位滚珠丝杠副驱动滚珠丝杠副驱动液体静压和空气静压丝杠副驱动液体静压和空气静压丝杠副驱动摩擦驱动摩擦驱动导轨结构形式导轨结构形式V-平面平面双双V形形滚动导轨滚动导轨液体静压导轨液体静压导轨气浮导轨气浮导轨空气静压导轨空气静

7、压导轨6四 超精密切削的应用 金刚石超精密切削主要用于铝,铜及其合金的加工.IT5IT3,Ra值值0.10.008 m一、研磨一、研磨第三节 光整加工图 5-7研磨剂：研磨剂：1.磨料：机械切削作用（氧化铝、碳化硅、金刚石磨料：机械切削作用（氧化铝、碳化硅、金刚石 W14W5 ）2.研磨液：冷却、润滑作用（煤油、汽油、机油）研磨液：冷却、润滑作用（煤油、汽油、机油）3.辅助填料：使金属表面产生极薄、较软的化合物薄膜（硬脂酸、油酸）辅助填料：使金属表面产生极薄、较软的化合物薄膜（硬脂酸、油酸）研具：研具：1.比工件材料软比工件材料软2.涂敷、镶嵌磨料涂敷、镶嵌磨料3.用铸铁、软钢、紫铜、塑料或硬

8、木制造（铸铁常用）用铸铁、软钢、紫铜、塑料或硬木制造（铸铁常用）1. 可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度2. 可提高零件的耐磨性、抗蚀性、疲劳强度和使用寿命可提高零件的耐磨性、抗蚀性、疲劳强度和使用寿命3.研磨所用的设备和研具简单，成本低研磨所用的设备和研具简单，成本低4. 研磨生产率低，余量不应超过研磨生产率低，余量不应超过0.010.03mm5. 应用范围广（表面、材料）应用范围广（表面、材料）研磨的特点及应用研磨的特点及应用IT6IT4,Ra值值0.20.025 m二二 珩磨珩磨珩磨加工方法珩磨加工方法珩磨原理珩磨原理珩磨特点珩磨特点珩磨

9、应用珩磨应用图5-9 珩磨头结构o 5-8 1.可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度可提高尺寸精度、形状精度，不能提高位置精度2.可提高零件的耐磨性可提高零件的耐磨性3.珩磨效率高珩磨效率高4.不宜加工有色金属不宜加工有色金属珩磨的特点及应用珩磨的特点及应用Ra值值0.20.012 m三三 超精加工超精加工一、一、超级光磨加工方法超级光磨加工方法二、二、超级光磨原理超级光磨原理三、三、超级光磨特点超级光磨特点四、超级光磨应用四、超级光磨应用图 5-10 超精加工原理图四 抛光抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件工件表面表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。面的加工方法。第四节 精密及超精密磨削加工精密和超精密磨料加工精密和超精密磨料