空气轴承技术培训教程

1、空气轴承空气轴承又称为气浮轴承指的是用气体通常是空气，但也有可能是其它气体作为润滑剂的滑动轴承。空气比油粘滞性小，耐高温，无污染，因而可用于高速机器、仪器及放射性装置中，但其负荷能力比油低。空气轴承优点1.更高精度空气轴承提供极高的径向和轴向旋转精度。由于没有机械接触，磨损程度降到了最低，从而确保精度始终保持稳定。由于制造结构的不同，空气主轴旋转时的精确性是天生具备的。特殊的制造技术提高了这一精确性，能够提供极高的旋转和轴向精度。空气主轴的设计是，能够在轴向和径向同时获得小于0.1微米TIR的旋转精确性。由于旋转的转子和静态支撑局部之间没有机械接触，所以没有磨损产生，从而确保精度始终保持稳定制

2、造商使用统计学加工控制的一个重要特性。典型的同步径向偏摆值：10微米PCB钻孔主轴，高速典型的非同步径向偏摆值：0.025微米磁盘测试主轴，低速D1787高端PCB主轴的动态偏摆与转子速度之间的关系D1640-05磁盘测试主轴的非同步径向偏摆与转子速度之间的关系2. 高速 空气轴承内部的低剪切力，能够在提供极高转速的同时，将动力损失降到最低，并使产生的热量非常小。转速可以超过300,000转/分钟。空气轴承阻力较低，允许较高的速度，并能同时保持较低的振动水平。摩擦对空气轴承旋转的阻碍非常小，并且，因此使得动力损失和热量产生也非常小。这使得转子能够以极高的外表速度运行。有些主轴中，较高的旋转速度

3、会导致轴承硬度的增加由空气动力学和回转加劲的特点导致的。 各个市场领域中目前最高速西风空气主轴的图示 3.增加刀具寿命使用空气轴承意味着能够大大延长刀具的寿命。较低的振动和较高的旋转精度，意味着钻头、刀具、砂轮、和钻探工具都会有更长的寿命降低了保养和运行本钱。特别地，在PCB钻孔行业中，目前使用的钻针直径更小至50微米，只有空气主轴才能以所需的速度运行，以确保刀具的寿命到达要求砂轮寿命的典型增长：1.5倍4倍，取决于应用领域和砂轮类型直径0.01的PCB钻孔工具寿命与旋转速度之间的关系 4.提高外表光度空气主轴精确的、可重复的运动，使得说明光度到达了非常出色的程度。空气主轴的应用如：半导体加工

4、提供了流畅的、精确的、可重复的运动使得外表光度更佳。与滚珠轴承主轴不同，空气轴承提供了稳定的轴承硬度，能够确保所加工的硬质材料外表以下局部的破损程度最小。由于硬度是由贯穿轴承的、始终如一的空气流提供的，转子所经受的、来自外负载的作用力，在其旋转时稳定的分布在所有点上。这一特性与研磨时产生良好的外表光度息息相关。:典型的外表光度：外表研磨0.05微米2微英寸CLA菱形转动、或者飞刀切削丙烯酸树脂和软性材料0.012微米0.5微因存CLA，到达稳定的光学品质空气轴承硬度值：轴向：到达250牛顿/微米1,400,000磅/英寸径向：到达580牛顿/微米3,300,000磅/英寸空气主轴精确的、可重复

5、的运动，使得说明光度到达了非常出色的程度。空气主轴的应用如：半导体加工提供了流畅的、精确的、可重复的运动使得外表光度更佳。与滚珠轴承主轴不同，空气轴承提供了稳定的轴承硬度，能够确保所加工的硬质材料外表以下局部的破损程度最小。由于硬度是由贯穿轴承的、始终如一的空气流提供的，转子所经受的、来自外负载的作用力，在其旋转时稳定的分布在所有点上。这一特性与研磨时产生良好的外表光度息息相关。:典型的外表光度：外表研磨0.05微米2微英寸CLA菱形转动、或者飞刀切削丙烯酸树脂和软性材料0.012微米0.5微因存CLA，到达稳定的光学品质空气轴承硬度值：轴向：到达250牛顿/微米1,400,000磅/英寸径向

6、：到达580牛顿/微米3,300,000磅/英寸 C滚动元件轴承和空气轴承的硬度比拟5.延长轴承寿命由于没有机械接触、并且供应清洁的空气没有油和水，因此轴承的寿命大大延长了。轴承内部没有任何金属与金属之间的接触，如果供应的空气清洁、且没有油和水，将确保实际上无限的寿命，此外，由于运行的性质，空气轴承会从轴承尾部不断排除空气，这就形成了阻碍外部有害污染物如：原料碎片、或者切割液进入的天然屏障。这增加了机器的利用率，减少了停机时间，从而提高了整体的效率。滚珠轴承和空气轴承寿命的比拟6.温度上升缓慢低摩擦，稳定的空气流、和有效的动力传送，使温度上升幅度降到最低。由于多种因素如：低摩擦，稳定的空气流、

7、和有效的动力传送，主轴转子的热效应非常小。此外，特殊材料和结构方法的选择，以及内部的液体冷却管道，几乎完全消除了温度的上升，因此，无需预热阶段。水冷却PCB钻孔主轴在200,000转/分钟的速度时的热成像7.减少保养只需要极少的保养。对空气供应和冷却系统的定期检查，就是确保完全可靠性所需完成的全部工作。通常，对空气供应进行定期检查就足以确保完全的轴承可靠性。如果主轴是在设计标准限定的条件下运行的，主轴拥有很长的运转寿命。一般保养通常包括：确保空气和水供应保持清洁，并到达正确的标准。注意：将夹头或者其他支撑装置安装到主轴上，必须遵循特定的保养规定。典型的空气过滤要求：0.1微米8.增大负载能力空

8、气轴承能够支撑很大的负载，所以使得它们能够被应用于很多行业的机械工具中。空气轴承设计能够具备较高的负载能力、较高的硬度能力、或者两者同时兼备。在很多空气轴承的应用中，主轴速度相对较低，因此能够组成径向和轴向半径较大的轴承。径向轴承的负载可达500千克。轴向轴承的负载可达500千克。9.降低震动空气主轴运行时，只产生最小幅度的振动和可闻噪音。由于到达了高度的平衡标准、而且没有机械接触，西风空气主轴产生的振动幅度和可闻噪音都是最小的。典型的平衡标准：G0.4或者更高。典型的振动幅度：0.2毫米/秒低速主轴。1.0毫米/秒高速主轴。典型的噪音水平：7080调整分贝 D1733PCB主轴径向振动与转子

9、速度之间的关系10.清洁唯一使用的润滑剂是空气；因此，对于必须要求无污染的工件、或者工作环境来说，空气轴承技术是理想的。在从空作环境中去除脂、油、和油雾后，使用空气主轴的条件将保持更加清洁。空气轴承对环境不产生反作用，因此，是无尘环境如：磁盘驱动器制造的理想应用产品。事实上，特殊设计的西风空气主轴还能在高度真空的条件下使用，如：已经在半导体硅晶片制造方面的应用。主轴可以运行的、典型的无尘室标准：100级。绝对无尘环境空气轴承截流塞截流塞是气浮垫的核心零件，我们公司的徽标就是一个抽象化了的截流塞。截流塞的选择首要考虑的是截流孔孔径。孔径是决定气垫刚度的重要因素之一，选择小截流孔通常是为了获得更高

10、的刚度，另外一个好处是可以大大降低耗气量，通常是用在精密型、计量型仪器上使用，但其环境必须更加洁净；选择大截流孔通常是为了更好地防止小孔堵塞，获得更高的可靠性，另外，高速移动的导轨耗气量大，因此也必须使用大截流孔，通常是用在生产型仪器上使用，对使用环境有所降低。 我们生产的截流塞有两种类型：红宝石截流塞和直接钻孔截流塞红宝石截流塞采用红宝石截流塞是我公司产品的突出特征。它比直接在气浮垫或截流塞上钻孔具有更高的孔径一致性标准公差为+/-0.005，优选后可以到达+/-0.002。经过多年的摸索，我们可以自信地说已经彻底解决了粘接可靠性的问题。我们能提供的截流塞：红宝石截流塞孔径在0.070.30

11、，公差+/-0.005，优选后公差+/-0.002最常用的规格是0.15+/-0.005和0.11+/-0.005截流塞外形尺寸为3-0.01/-0.03 X 4材料为H62/H79也可以根据用户要求订制订货时需要明确的技术参数：截流孔径、截流塞外径及公差直接钻孔截流塞为了迎合广阔用户，特别是国外用户的要求，我们有开发出了直接钻孔截流塞，并且成功地实现了直接在产品特别是气浮垫工作面上钻孔。我们能提供的截流塞孔径在0.25以上，公差+/-0.02，材料LY12CZ、H62、H79等也可以根据用户要求订制WESTWIND 提供西风空气轴承, 中国江苏省苏州工业园区港田东路港田工业坊8幢, : +8

12、6 512 6283 7080 : +86 512 6283 7087电子邮件: llangsig 什么是空气轴承？ 空气轴承是一种没有接触的系统，气膜就像润滑剂一样把相关运动的两个外表别离空气主轴的根本原理空气轴承的类型空气轴承有两大类型： 1. 空气静力学 o 外部加压：在压力下，对两个保持别离状态的外表之间进行独立的外部空气供应。o 有一个连续流系统，加压气体可以从源流通过限流器进入轴承外表之间的间隙，流入轴承外部边缘的空气中 o 类型：单孔供应、内部孔、槽隙供应、和多孔 2. 空气动力学 o 自动产生：制成薄膜是由两个保持别离状态的外表的相关运动产生的。o空气动力轴承有多种类型。经向轴

13、承和支撑轴承的设计特性大相径庭，并且存在不稳定的问题。o类型：单柱、三瓣、开槽轴向/人字形/螺旋型和梯级空气轴承空气轴空气承的制造精度的制造精度空气轴承制造精度空空空气轴承的制造空气精度空气轴承的制造精度气轴承的制造精度气轴承的制造精度使用环境：使用空气轴承需要有清洁的房间、使用时一般要保持恒定温度。 压力气源：静压轴承需要洁净的压力气源。牧风科技推出的空气轴承产品，适合国内市场，可以用三个过滤罐串联俗称三联装代替昂贵的冻干气源。 其他：如果是选用北京牧风部件如气浮垫、真空气垫等部件，使用时需要有花岗岩或其他材质的00或000级的平台或轨道。北京牧风可以代顾客采购或提供信息。精密和超精密加工现

14、状与开展趋势2009/5/14/09:21 来源：深圳市模具技术学会专家委员 罗百辉 精密加工 HYPERLINK :/info.plas.hc360 /PicnewsList/ t _blank 点击此处查看全部新闻图片 【 HYPERLINK :/ plas.hc360 / t _blank 慧聪塑料网】 编者按：当前精密和超精密加工精度从微米到亚微米，乃至纳米，在 HYPERLINK :/ auto.hc360 / t _blank 汽车、家电、IT电子信息高技术领域和军用、民用工业有广泛应用。同时，精密和超精密加工技术的开展也促进了机械、 HYPERLINK :/info.plas.h

15、c360 /list/jx_pjmj_list.shtml t _blank 模具、液压、电子、半导体、光学、传感器和测量技术及金属加工工业的开展。 一、精密和超精密加工的概念与范畴 通常，按加工精度划分，机械加工可分为一般加工、精密加工、超精密加工三个阶段。目前，精密加工是指加工精度为10.1;m，外表粗糙度为Ra0.10.01;m的加工技术，但这个界限是随着加工技术的进步不断变化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。精密加工所要解决的问题，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及外表状况；二是加工效率，有些加工可以取得较好的加工精度，却难以取得高的加工效率。精密加工包括微细加工和超微细加

16、工、光整加工等加工技术。传统的精密加工方法有砂带磨削、精密切削、珩磨、精密研磨与抛光等。 a.砂带磨削是用粘有磨料的混纺布为磨具对工件进行加工，属于涂附磨具磨削加工的范畴，有生产率高、外表质量好、使用范围广等特点。 b.精密切削，也称金刚石刀具切削(SPDT)，用高精密的 HYPERLINK :/ mt.hc360 / t _blank 机床和单晶金刚石刀具进行切削加工，主要用于铜、铝等不宜磨削加工的软金属的精密加工，如计算机用的磁鼓、磁盘及大功率激光用的金属反光镜等，比一般切削加工精度要高12个等级。 c.珩磨,用油石砂条组成的珩磨头，在一定压力下沿工件外表往复运动，加工后的外表粗糙度可达R

17、a0.40.1;m，最好可到Ra0.025;m，主要用来加工铸铁及钢，不宜用来加工硬度小、韧性好的有色金属。 d.精密研磨与抛光通过介于工件和工具间的磨料及加工液，工件及研具作相互机械摩擦，使工件到达所要求的尺寸与精度的加工方法。精密研磨与抛光对于金属和非金属工件都可以到达其他加工方法所不能到达的精度和外表粗糙度，被研磨外表的粗糙度Ra0.025;m加工变质层很小，外表质量高，精密研磨的设备简单，主要用于平面、圆柱面、齿轮齿面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量规、量块、喷油嘴、阀体与阀芯的光整加工。 e.抛光是利用机械、化学、电化学的方法对工件外表进行的一种微细加工，主要用来降低工件外表粗

18、糙度，常用的方法有：手工或机械抛光、超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。手工或机械抛光加工后工件外表粗糙度Ra0.05;m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的抛光加工。超声波抛光加工精度0.010.02;m，外表粗糙度Ra0.1;m。化学抛光加工的外表粗糙度一般为Ra0.2;m。电化学抛光可提高到Ra0.10.08m。 超精密加工就是在超精密机床设备上，利用零件与刀具之间产生的具有严格约束的相对运动，对材料进行微量切削，以获得极高形状精度和外表光洁度的加工过程。当前的超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1m，外表粗糙度Ra小于0.025m，以及所用机床定位精度的分辨率

19、和重复性高于0.01m的加工技术，亦称之为亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术开展。 超精密加工包括微细加工、超微细加工、光整加工、精整加工等加工技术。微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示。光整加工一般是指降低外表粗糙度和提高外表层力学机械性质的加工方法，不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际上，这些加工方法不仅能提高外表质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一

20、个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低外表粗糙度和提高外表层力学机械性质，又要提高加工精度(包括尺寸、形状、位置精度)的加工方法。 二、精密加工的开展现状与应用 1.精密成型加工的开展现状与应用 精密铸造成形、精密模压成形、塑性加工、薄板精密成形技术在工业兴旺国家受到高度重视，并投入大量资金优先开展。70年代美国空军主持制订“锻造工艺现代化方案，目的是使锻造这一重要工艺实现现代化，更多地使用CADCAM，使新锻件的制造周期减少75%。1992年，美国国防部提出了“军用关键技术清单，其中包含了等压成型工艺、数控计算机控制旋压、塑变和剪切成形机械、超塑成型扩散连接工艺、液压延伸成型工艺

21、等精密塑性成型工艺。国外近年来还开展了以航空航天产品为应用对象的“大型模锻件的锻造及叶片精锻工艺、“快速凝固粉末层压工艺、“大型复杂结构件强力旋压成型工艺、“难变形材料超塑成形工艺、“先进材料(如金属基复合材料、陶瓷基复合材料等)成形工艺等。我国的超塑成形技术在航天航空及机械行业也有应用，如航天工业中的卫星部件、导弹和火箭气瓶等，采用超塑成形法制造侦察卫星的钦合金回收舱。与此同时，还根本上掌握了锌、铜、铝、钦合金的超塑成形工艺，最小成形厚度可达03mm，形状也较复杂。此外，国外已广泛应用精密模压成形技术制造武器。常用的精密模压成形技术，如闭塞式锻造、采用分流原理的精密成形及等温成形等国外已用于

22、军工生产。目前，精密模压技术在我国应用还较少，精度也较差，国外精度为0.050.10mm，我国为0.10.25mm。 2.孔加工技术的开展现状及应用 近年来，汽车、模具零部件、金属加工大都采用以CNC机床为中心的生产形态，进行孔加工时，也大都采用加工中心、CNC电加工机床等先进设备，高速、高精度钻削加工已提上议事日程。无论哪个领域的孔加工，实现高精度和高速化都是取得用户订单的重要竞争手段。 近年来，随着高速铣削的出现，以铣削刀具为中心的切削加工正在进入高速高精度化的加工时期。在孔加工作业中，目前仍大量使用高速钢麻花钻，但各企业之间在孔加工精度和加工效率方面已逐渐拉开了差距。高速切削钻头的材料以

23、陶瓷涂层硬质合金为主，如MAZAK公司和森精机制作所在加工铸铁时，即采用了陶瓷涂层钻头。在加工铝合金等有色材料时，可采用金刚石涂层硬质合金钻头、DLC涂层硬质合金钻头或带金刚石烧结体刀齿的钻头。高速高精度孔加工除采用CNC切削方式对孔进行精密加工外，还可采用镗削和铰削等方式对孔进行高精度加工。随着加工中心主轴的高速化，已可采用镗削工具对孔进行高速精密加工。 随着IT相关产业的开展，近年来，光学和电子工业所用装置的零部件产品的需求急速增长，这种增长刺激了微细形状及高精度加工技术的迅速开展。其中，微细孔加工技术的开发应用尤其引人注目。微细孔加工早已在 HYPERLINK :/ printing.h

24、c360 / t _blank 印刷电路板等加工中加以应用，包括钢材在内的多种被加工材料，均可用钻头进行小直径加工。目前，小直径孔加工中，利用钻头切削的直径最小可至50m左右。小于50m的孔那么多采用电加工来完成。为了抑制毛刺的产生，许多研究者提出可采用超声波振动切削的方式。目前，正在探索一种应用范围广而且工艺合理的超声波振动切削模式，其中包括研究机床的适应特性等内容。随着这些问题的顺利解决，今后可望更好地实现直径更小的微小深孔加工，加工精度会更高。 3.特种热处理的开展现状与应用 特种热处理工艺是国防工业系统关键制造技术之一。真空热处理以其特有的无污梁、无氧化、工件变形小和适用范围广等优点，

25、广泛用于航空航天结构件处理，如齿轮结构件外表渗碳或渗氮，导弹和航天器各种合金或钢件的去应力、增强或增韧处理等。典型结构如：仪表零件、传动结构、燃料贮箱、发动机壳体等；美国热处理炉约有50%以上为真空热处理炉。真空热处理炉已广泛采用了计算机控制,目前已开展到真空化学热处理和真空气淬热处理，包括高压真空气淬、高流率真空气淬和高压高流率真空气淬技术等。另外，激光热处理技术在国外已广泛用于航空、航天、电子、仪表等领域，如各种复杂外表件、微型构件、需局部强化处理构件、微型电子器件、大规模集成电路的生产和修补、精密光学元件、精密测量元件等。 4.数控电火花加工新工艺的应用 a.标准化夹具 数控电火花加工为

26、保证极高的重复定位精度且不降低加工效率，采用快速装夹的标准化夹具。标准化夹具，是一种快速精密定位的工艺方法，它的使用大大减少了数控电火花加工过程中的装夹定位时间，有效地提升了企业的竞争力。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R装置可实现快速精密定位。 b.混粉加工方法 在放电加工液内混入粉末 HYPERLINK :/ additives.hc360 / t _blank 添加剂，以高速获得光泽面的加工方法称之为混粉加工。该方法主要应用于复杂模具型腔，尤其是不便于进行抛光作业的复杂曲面的精密加工。可降低零件外表粗糙度值，省去手工抛光工序，提高零件的使用性能如寿命、耐磨性、耐腐蚀性、脱模性等。混粉加工

27、技术的开展，使精密型腔模具镜面加工成为现实。 c.摇动加工方法 电火花加工复杂型腔时，可根据被加工部位的摇动图形、摇动量的形状及精度的要求,选用电极不断摇动的方法,获得侧面与底面更均匀的外表粗糙度，更容易控制加工尺寸,实现小间隙放电条件下的稳定加工。 d.多轴联动加工方法 近年来，随着模具工业和IT技术的开展，多轴联动电火花加工技术取得了长足的进步。模具企业采用多轴联动的方法来提高加工性能，如清角部位在加工可行的情况下采用X、Y、Z三轴联动的方法，即斜向加工，防止了因加工部位面积小而发生放电不稳定的现象。模具潜伏式胶口的加工通过对电极斜度装夹定位的设计，也可进行斜向多轴联动加工。采用多轴回转系

28、统与多种直线运动协调组合成多种复合运动方式，可适应不同种类工件的加工要求，扩大数控电火花加工的加工范围，提高其在精密加工方面的比拟优势和技术效益。 5.精密加工技术的开展趋势 面向21世纪的精密加工技术的开展趋势表达在以下几个方面： a.精密化 精密加工的核心主要表达在对尺寸精度、仿形精度、外表质量的要求。当前精密电火花加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可达2-3m、底面拐角R值可小于0.03mm，最正确加工外表粗糙度可低于Ra0.3m。通过采用一系列先进加工技术和工艺方法，可到达镜面加工效果且能够成功地完成微型接插件、IC塑封、 、CD盒等高精密模具部位的电火花加工。 b.智能化 智能化是

29、而向21世纪制造技术的开展趋势之一。智能制造技术(IMT)是将人工智能融入制造过程的各个环节，通过模拟人类专家的智能活动，取代或延伸制造系统中的局部脑力劳动，在制造过程中系统能自动监测其运行状态，在受到外界干扰或内部鼓励能自动调整其参数，以到达最正确状态和具备自组织能力。新型数控电火花机床采用了模糊控制技术和专家系统智能控制技术。模糊控制技术是由计算机监测来判定电火花加工间隙的状态，在保持稳定电弧的范围内自动选择使加工效率到达最高的加工条件；自动监控加工过程，实现最稳定的加工过程的控制技术。采用人机对话方式的专家系统，根据加工的条件、要求，合理输入设定值后便能自动创立加工程序，选用最正确加工条

30、件组合来进行加工。在线自动监测、调整加工过程，实现加工过程的最优化控制。专家系统在检测加工条件时，只要输入加工形状、电极与工件材质、加工位置、目标粗糙度值、电极缩放量、摇动方式、锥度值等指标，就可自动推算并配置最正确加工条件。专家系统智能技术的应用使机床操作更容易，对操作人员的技术水平要求更低。 c.自动化 自动化技术的成功应用，不但提高了效率，保证了产品质量，还可以代替人去完成危险场合的工作。对于批量较大的生产自动化，可通过机床自动化改装、应用自动机床、专用组合机床、自动生产线来完成。小批量生产自动化可通过NC，MC，CAM，FMS，CIM，IMS等来完成。在末来的自动化技术实施过程中，将更

31、加重视人在自动化系统中的作用。同时自动化开始面向中小型企业，以 HYPERLINK :/ finance.hc360 / t _blank 经济实用为出发点，满足不断开展的产品多样化和个性化需要。数控电火花机床具备的自动测量找正、自动定位、多工件的连续加工等功能已较好地发挥了它的自动化性能。自动操作过程不需人工干预，可以提高加工精度、效率。目前最先进的数控电火花机床在配有电极库和标准电极夹具的情况下，只要在加工前将电极装入刀库，编制好加工程序，整个电火花加工过程便能日以赴继地自动运转，几乎无需人工操作。机床的自动化运转降低了操作人员的劳动强度、提高生产效率。 d.高效化 现代加工的要求为数控电

32、火花加工技术提供了最正确的加工模式，即要求在保证加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如 外壳、家电制品、电器用品、电子仪表等领域，都要求减少辅助时间(如编程时间、电极与工件定位时间等),同时又要降低粗糙度,从原来的Ra0.8m改良到Ra0.25m，使放电后不必再进行手工抛光处理。这不但缩短了加工时间且省却后处理的麻烦，同时提升了模具品质，使用粉末加工设备可到达要求。这就需要增强机床的自动编程功能，配置电极与工件定位的夹具、装置。假设在大工件的粗加工中选用石墨电极材料也是提高加工效率的好方法。 e.信息化 信息、物质和 HYPERLINK :/ energy.hc360 / t _blank

33、 能源是制造系统的三要素。随着计算机、自动化与通讯网络技术红制造系统中的应用，信息的作用越来越重要。产品制造过程中的信息投入，己成为决定产品本钱的主要因素。制造过程的实质是对制造过程中各种信息资源的采集、输入、加工和处理过程，最终形成的产品可看作是信息的物质表现，因此可以把信息看作是一种产业，包括在制造之中。为此一些企业开始利用网络技术、计算机联网、信息高速公路、卫星传递数据等实现异地生产。使生产分散网络化，以适应21世纪高柔性生产的需要。 f.柔性化 随着科学技术的飞速开展和人民生活水平不断提高，促使产品更新换代的速度不断加快，这就要求现代企业必须具备一定的生产柔性来满足市场多变的需要。所谓

34、柔性，是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力，它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务，完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期内适应新零件的加工能力。柔性制造自动化的形式很多，如美国提出的敏捷制造(AM)其主线就是高柔性生产。上海同济大学张曙教授提出的独立制造岛(AMI)也是高柔性生产模式。 g.集成化 集成的作用是将原来独立运行的多个单元系统集成一个能协调工作的和功能更强的新系统。集成不是简单的连接，是经过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系并进行优化重组而实现的。集成化的目的是实现制造企业的功能集成

35、，功能集成要借助现代管理技术、计算机技术、自动化技术和信息技术实现技术集成，同时还要强调人的集成，由于系统中不可能没有人，系统运行的效果与企业经营思想、运行机制、管理模式都与人有关，在技术上集成的同时，还应强调管理与人的集成。集成化生产将成为面向21世纪占主导的生产方式。 三、超精密加工的技术应用与开展趋势 超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.30.03m，外表粗糙度为Ra0.030.005m)和纳米级(精度误差为0.03m，外表粗糙度小于Ra0.005m)精度的加工。实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，那么称为超精加工技术。加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工

36、程。超精密加工主要包括三个领域：超精密切削加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层外表加工和大规模集成电路基片的加工。超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1m。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达25nm。fyRgr;S( a.超精密切削 超精密切削以SPDT技术开始，该技术以空气轴承主轴、气动滑板、高刚性、高精度工具、反响控制和环境温度控制为支撑，可获得纳米级外表粗糙度。多采用金刚石刀具铣削，广泛用于铜的平面和非球面光

37、学元件、有机玻璃、塑料制品(如照相机的塑料镜片、隐形眼镜镜片等)、陶瓷及复合材料的加工等。未来的开展趋势是利用镀膜技术来改善金刚石刀具在加工硬化钢材时的磨耗。此外，MEMS组件等微小零件的加工需要微小刀具，目前微小刀具的尺寸约可达50100m，但如果加工几何特征在亚微米甚至纳米级，刀具直径必须再缩小，其开展趋势是利用纳米材料如纳米碳管来制作超小刀径的车刀或铣刀。 b.超精密磨削 超精密磨削是在一般精密磨削根底上开展起来的一种镜面磨削方法,其关键技术是金刚石砂轮的修整,使磨粒具有微刃性和等高性。超精密磨削的加工对象主要是脆硬的金属材料、半导体材料、陶瓷、玻璃等。磨削后,被加工外表留下大量极微细的

38、磨削痕迹,残留高度极小,加上微刃的滑挤、摩擦、抛光作用,可获得高精度和低外表粗糙度的加工外表，当前超精密磨削能加工出圆度0.01m、尺寸精度0.1m和外表粗糙度为Ra0.005m的圆柱形零件。 c.超精密研磨 超精密研磨包括机械研磨、化学机械研磨、浮动研磨、弹性发射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨的关键条件是几乎无振动的研磨运动、精密的温度控制、洁净的环境以及细小而均匀的研磨剂。超精密研磨加工出的球面度达0.025m,外表粗糙度Ra达0.003m。 d.超精密特种加工 超精密特种加工主要包括激光束加工、电子束加工、离子束加工、微细电火花加工、精细电解加工及电解研磨、超声电解加工、超声电解

39、研磨、超声电火花等复合加工。激光、电子束加工可实现打孔、精密切割、成形切割、刻蚀、光刻曝光、加工激光防伪标志；离子束加工可实现原子、分子级的切削加工；利用微细放电加工可以实现极微细的金属材料的去除,可加工微细轴、孔、窄缝平面及曲面；精细电解加工可实现纳米级精度,且外表不会产生加工应力,常用于镜面抛光、镜面减薄以及一些需要无应力加工的场合。 超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。美国50年代未开展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为“SPDT技术SinglePointDia-mondTurning或“微英寸

40、技术1微英寸0.025m，并开展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所简称CUPE是英国超精密加工技术水平的独特代表。如CUPE生产的Nanocentre纳米加工中心既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达0.1m，外表粗糙度Ra10nm。日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术开展最快的国家。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测

41、试仪器等，如精度达0.025m的精密轴承、JCS027超精密车床、JCS031超精密铣床、JCS035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动位移测微仪等，到达了国内领先、国际先进水平。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃 磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。我国超精密加工技术与美日相比，还有不小差距，特别是在大型光学和非金属材料的

42、超精加工方面，在超精加工的效率和自动化技术方面差距尤为明显。 a.高精度、高效率。 随着科学技术的不断进步，对精度、效率、质量的要求愈来愈高,高精度与高效率成为超精密加工永恒的主题。超精密切削、磨削技术能有效提高加工效率，CMP、EEM技术能够保证加工精度，而半固着磨粒加工方法及电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法由于能兼顾效率与精度的加工方法，成为超精密加工的趋势。 b.大型化、微型化。 由于航天航空等技术的开展，大型光电子器件要求大型超精密加工设备，如美国研制的加工直径为2.44m的大型光学器件超精密加工机床。同时随着微型机械电子、光电信息等领域的开展，超精密加工技术向微型化开展，

43、如微型传感器，微型驱动元件和动力装置、微型航空航天器件等都需要微型超精密加工设备。 c.智能化。 以智能化设备降低加工结果对人工经验的依赖性一直是制造领域追求的目标。加工设备的智能化程度直接关系到加工的稳定性与加工效率，这一点在超精密加工中表达更为明显。 d.工艺整合化。 当今企业间的竞争趋于白热化，高生产效率越来越成为企业赖以生存的条件。在这样的背景下，出现了“以磨代研甚至“以磨代抛的呼声。另一方面，使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、磨削、光整)的趋势越来越明显。 e.在线加工检测一体化。 由于超精密加工的精度很高，必须开展在线加工检测一体化技术才能保证产品质量和提高生产率。同时

44、由于加工设备本身的精度有时很难满足要求，采用在线检测、工况监控和误差补偿的方法可以提高精度，保证加工质量的要求。 f.绿色化。 磨料加工是超精密加工的主要手段，磨料本身的制造、磨料在加工中的消耗、加工中造成的能源及材料的消耗、以及加工中大量使用的加工液等对环境造成了极大的负担。我国是磨料、磨具产量及消耗的第一大国，大幅提高磨削加工的绿色化程度已成为当务之急兴旺国家以及我国的台湾地区均对半导体生产厂家的废液、废气排量及标准实施严格管制，为此，各国研究人员对CMP加工产生的废液、废气回收处理展开了研究。绿色化的超精密加工技术在降低环境负担的同时，提高了自身的生命力。 四、精密和超精密加工开展策略

45、精密和超精密加工经过数十年的努力，日趋成熟，不管是超精密机床、金刚石工具，还是超精密加工工艺已形成了一整套完整的超精密制造技术系统，为推动机械制造向更高层次开展奠定了根底，现在正在向纳米级精度或毫微米精度迈进，其前景十分令人鼓舞。随着科学技术的飞速开展和市场竞争日益剧烈，越来越多的制造业开始将大量的人力、财力和物力投入先进的制造技术和先进的制造模式的研究和实施策略之中。 1.整合、创新思想的运用 精密、超精密加工技术是开展科技的重要手段，所以受到世界各国的广泛重视，因此也就不断地获得新的成果，但是因为它的要求都处在精度的极限，传统的、单一的技术往往很难突破，必须综合地运用信息化技术，通过综合、

46、分析，加以整合、重组，进一步满足更高的要求。 精密加工技术是一项系统工程，它集机床、工具、计量、数控、材料、环境控制等成果于一体，针对不同的加工对象，不同的设计要求，综合地加以利用。超精密加工技术也都是在其有关的各项技术支撑的条件下，逐步开展起来的，同时又往往取各项技术的崭新成果来加以充实、提高。超精密加工技术每前进一步，都离不开创新，这是由超精密加工技术所处的位置决定的，因为这门技术始终处在开展的前沿。面对飞速开展的需求就决定了它必须创新。 2.先进的制造模式应用 制造模式是指企业体制、经营、管理、生产组织和技术系统的形态和运作模式。 a.敏捷制造 美国通用汽车公司与里海大学于1988年提出

47、了敏捷制造(AM)，AM是在不可预测的持续变化的竞争环境中取得繁荣成长，并具有能对客户需求的产品和效劳驱动市场作出迅速响应的生产模式。AM的特征是： 企业间联作集成。充分发挥各企业的长处，针对限定市场的目标要求共同合作完成任务。 具有高度的制造柔性。制造柔性是指制造企业对市场要求迅速转产和能实现产品多品种变批量的快速制造。 充分发挥人的作用，不断提高企业职工素质和教育水平，优化人机功能分配。 b.虚拟制造 虚拟制造(VM)是国际上提出的新概念。VM与AM联系密切。VM的特征是：当市场新的机遇出现时，组织几个有关公司联作，把不同的公司，不同地点的工厂或车间重新组织协调工作。在运行之前必须分析组合

48、是否最优，能否协调运行，以及投产后的效益和风险进行评估，这种联作公司称虚拟公司。虚拟公司通过虚拟制造系统运行。因此研究开发虚拟制造技术(VMT)和虚拟制造系统(VMS)意义重大，美国称AM为2l世纪制造业开展战略。 c.集成制造 美国哈林顿博士在?计算机和集成制造?一书中提出计算机和集成制造(CIM)的概念。集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、产品设计、加工制造、经营管理克至售后效劳是一个不可分割的整体，需要统筹考虑。整个制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息的物质表现。集成是CIM的核心，这种集成不仅是物的集成，更主要的是以信息集成为特征的技术集成和功能集

49、成，计算机是集成的工具，计算机和辅助各单元技术是集成的根底，信息交换是桥梁，信息共享是关键。集成的目的在于制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高今业对市场变化的动态响应速度，并追求最高整体效益和长期效益。 d.智能制造 智能制造(IM)是美国出版研究IM和IMS书籍中首先提出的。它的特征是：在制造工业的各个环节的高度柔性与高度集成的方式，通过计算机和模拟人类专家的智能活动，进行分析、判断、推理、构思和决策，旨在取代或延伸制造环境中人的局部脑力劳动，并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承与开展。制造智能的目的是：通过集成知识工程、制造软件系统、机器人视觉和机器人控制对

50、制造工人的技能与人类专家知识进行建模，以使智能机器能够在没有人干预的情况下进行小批量生产。 e.绿色制造 绿色制造又称环境意识制造和面向环境的制造等。即综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式。其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中，废弃物和有害排放物最小，对环境的负面影响最小，对健康无害，资源利用率最高，使企业经济效益和社会效益更高。 结束语 精密和超精密加工，是现代机械制造业最主要的开展方向之一,在提高机电产品的性能、质量和开展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。我国的制造业开展已进入了高速开展阶段，中国民营企业已具备足够

51、的经济实力来使企业迈向现代化，先进设备的引进和大量专业人才的涌入使许多沿海地区的制造业水平迅速提高。随着国家决策的科学化、民主化进程不断深入，相信我国的制造业会更快速、更健康地开展。超精密加工技术的开展及其对策来源：互联网 时间：2009-02-20 标签： 点击： 784 精彩推荐 HYPERLINK :/ lip /service/55893.html o 模具工程常用词汇 模具工程常用词汇 HYPERLINK :/ lip /service/55893.html 模具工程常用词汇 HYPERLINK :/ lip /service/4321.html 数控机床程序编制的有关规定 HYPE

52、RLINK :/ lip /service/3862.html 数控加工编程的概念，方法，原理 1前言 超精密加工技术，是现代机械制造业最主要的开展方向之一。在提高机电产品的性能、质量和开展高新技术中起着至关重要的作用，并且已成为在国际竞争中取得成功的关键技术。 超精密加工是指亚微米级(尺寸误差为0.30.03m，外表粗糙度为Ra0.030.005m)和纳米级(精度误差为0.03m，外表粗糙度小于Ra0.005m)精度的加工。实现这些加工所采取的工艺方法和技术措施，那么称为超精加工技术。加之测量技术、环境保障和材料等问题，人们把这种技术总称为超精工程。 超精密加工主要包括三个领域： 超精密切削

53、加工如金刚石刀具的超精密切削，可加工各种镜面。它已成功地解决了用于激光核聚变系统和天体望远镜的大型抛物面镜的加工。 超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盘的涂层外表加工和大规模集成电路基片的加工。 超精密特种加工如大规模集成电路芯片上的图形是用电子束、离子束刻蚀的方法加工，线宽可达0.1m。如用扫描隧道电子显微镜(STM)加工，线宽可达25nm。 2国外概况 美国是最早研制开发超精密加工技术的国家。早在1962年，美国就开发出以单点金刚石车刀镜面切削铝合金和无氧铜的超精密半球车床，其主轴回转精度为0.125m，加工直径为100mm的半球，尺寸精度为0.6m，粗糙度为Ra0.025m。1984年又研

54、制成功大型光学金刚石车床，可加工重1350kg，1625mm的大型零件，工件的圆度和平面度达0.025m，外表粗糙度为Ra0.042m。在该机床上采用多项新技术，如多光路激光测量反响控制，用静电电容测微仪测量工件变形，32位机的CNC系统，用摩擦式驱动进给和热交换器控制温度等。 美国利用自己已有的成熟单元技术，只用两周的时间便组装成了一台小型的超精密加工车床(BODTM型)，用刀尖半径为510nm的单晶金刚石刀具，实现切削厚度为1nm(纳米)的加工。尽管如此，最近美国政府还是继续把微米级和纳米级的加工技术作为国家的关键技术之一，这足以说明美国对这一技术的重视。 英国是较早从事超精加工技术研究的

55、国家之一。从1979年起，开发用于制造X射线望远镜的金属反射镜的立式超精密金刚石刀车床。要求反射镜的精度在30mm范围内的外表凹凸到达6nm以下，整个镜面的形状精度达1m以下。该机床为保证超精加工，采用了许多新技术。例如采用封装合成花岗岩作为机床根底(总重48t)，永久磁铁型DC力矩马达驱动的X轴和Z轴，径向和轴向的回转精度为0.1m，空气轴承支承的旋转工作台，分辨率为0.015m的HP5501型激光干预仪，由HP9826型计算机等构成的X轴、Z轴工件尺寸及形状精度的测量补偿系统，压电式刀具微进给装置，16位CNC控制系统等。英国在80年代初就已开始实施纳米方案，成立了纳米技术战略委员会。Cr

56、anfield理工学院是世界上第二个能制造出用于大型超精密加工机床的高刚度(2kN/m)气浮精密轴承和主轴系统的单位。 日本的超精密加工技术的研究开发滞后于美国20年，但由于得到有关方面的重视和努力，开展较快。与美国不同，日本完全是出于民用工业的考虑来开展超精密加工技术的，从多棱体反射镜加工机床到磁头微细加工机床，磁盘端面车床，开展到非球面加工机床和短波X射线反射镜面加工机床。1986年日本已把纳米技术作为先进技术探索研究方案中的六大课题之一。日本推行了一个从1991年起，为期10年，投资250亿日元的研究开发微型机械的大型国家科研方案。在这个方案中，FANUC公司和电气通信大学合作研制的车床

57、型超精密铣床，在世界上首次用切削方法实现了自由曲面的微细加工。这台铣床具有无摩擦伺服系统和用于微细加工的CAD/CAM系统，最小数控分辨率为1nm。在对直径为1mm高度差为30m的复杂曲面进行的微细铣削加工中，获得了Ra0.058m的外表粗糙度。机床的主要性能：X、Z轴的最小分辨率为1nm，C、B轴的最小分辨率分别为0.0001和0.00001，当主轴的最大供气压力为6106Pa时，回转速度为55000r/min。微细切削用刀具是一种单晶金刚石伪球头立铣刀。刀尖半径为0.01mm，半刀尖角为75，刀尖圆弧中心与轴心线有0.1mm的偏移量。日本的超精加工机床生产厂家有十多家，产品大多采用0.01

58、m高分辨率的CNC系统和激光干预仪测量，纳米级光刻已超过了美国，居世界领先地位。超精加工机床的加工精度已达亚微米级(0.1m以下)，粗糙度达Ra0.01m，最高水平的机床已用于制造超大规模集成电路，刻线宽度可达0.3m。 德国、荷兰以及中国台湾的超精密加工机床，也都处于世界先进水平。如菲利普公司曾研制出Colath超精车床，最大加工直径200mm，长度200mm，其加工形状精度为0.5m，外表粗糙度Ra0.02m。而德国主要研究超精密测量技术。 目前世界上超精密加工到达的最高技术水平如下：加工精度0.025m，外表粗糙度Ra0.0045m，即已进入了纳米级加工精度的时代。在测量技术方面，对小位

59、移的测量：电容式测头分辨率可做到0.5nm(量程为15m)和0.1nm(量程为5m)，线性误差小于0.1%；光电子纤维光学测头的分辨率可到0.5nm(量程为30m)，线性误差为5%；扫描隧道显微镜(STM)的分辨率可达0.01nm(量程20mm时)；X射线干预仪的分辨率还做到0.003nm(量程200m时)。对大长度尺寸的测量，外差式激光干预仪的分辨率可做到1.25nm(量程2.6m)；氦氖激光(实验室)的分辨率可做到0.01m(量程为2mm)；莫尔条纹光学尺的分辨率可做到10nm(量程1m)，精度为1m/m。对角度测量，莫尔条纹角度光学尺的分辨率可做到0.005(360范围)，精度0.1，因

60、此测量方面根本上满足了纳米级加工技术要求。 3用STM进行微细加工 扫描隧道显微镜(STM)在纳米级尺度上对各种外表进行刻蚀与修饰，实现纳米加工，这是其应用的一个重要领域。 用STM进行外表加工的方法主要有两类：第一类是在金属、半导体或绝缘体外表上直接写入点、线或规定的图形符号。具体方法通常是在STM的恒流模式工作状态下，在针尖上加一定的电压脉冲，或突然缩短针尖与样品间的距离，使针尖下样品外表形成坑、丘等结构变化。 第二类方法是通过STM的电子束引起化学反响，在针尖下的外表微区淀积金属材料。 第一台STM是GBining等于1981年研制成功的。现在装置的结构、防震、稳定性和分辨率等方面都日趋