第七章 第二节-精密超精密加工技术

第七章先进制造技术第七章先进制造技术第一节快速成形制造技术第二节精密超精密加工技术第三节微机械及其微细加工技术第二节精密超精密加工技术一、精密和超精密加工的基本概念1．加工精度和加工方法精密加工：获得微米至亚微米的加工；超精密加工：获得亚微米以上精度的加工。项目精密加工超精密加工尺寸精度圆度圆柱度平面度表面粗糙度2.5～0.750.7～0.21.25～0.381.25～0.380.2～0.050.3～0.250.38~0.060.25～0.130.25～0.130.03～0.01第二节精密超精密加工技术精密切削加工技术中的车削和磨削:超精密切削加工是一种微量切削加工方法，一般采取刀具切削或磨具切削这两种工艺。采用刀具切削的超精密加工方法有超精密车削、超精密铣削、超精密拉削以及超精密铰削等方法。采用磨具切削的超精密加工方法主要有超精密磨削、珩磨、研磨以及用游离磨粒磨削的加工方法。

第二节精密超精密加工技术

2．超精密加工条件影响超精密加工精度和表面质量的主要影响因素:第二节精密超精密加工技术二、超精密车削1．车床的精度用于超精密车削的车床，必须具备以下条件：主轴能以高精度高速度旋转，且具有足够的刚度；直线导轨的直线进给精度高，不产生爬行及微小的振动；进给机构能够实现准确的微量进给，且进给平稳、均匀、无振动；关键结构部件精度高，具有足够的刚度。第二节精密超精密加工技术为满足上述基本条件，超精密车床设计和制造所采用的技术和工艺已远远超出了传统车床设计制造的范畴。在车床的结构上，主要采取以下主要措施：1）主轴提高主轴旋转精度的关键零件是支撑它的轴承。超精密加工用的主轴轴承，主要有滚动轴承、液体静压、动压轴承、空气静压、动压轴承以及磁悬浮轴承等。第二节精密超精密加工技术2）直线导轨

直线导轨可分为：滑动导轨、滚动导轨、液体静压导轨、空气静压导轨以及磁悬浮导轨；对精密加工用的导轨，经常采用高分子材料制造的滑动导轨（摩擦系数低）、高精度滚动导轨以及液体静压导轨；对超精密加工用的导轨，则采用专门设计制造的液体静压导轨和空气静压导轨比较合适。

3）进给机构进给机构主要有：滑动丝杠进给机构、滚动丝杠、液体静压丝杠、空气静压丝杠、静压油缸进给机构、直流线性电机进给机构以及微量进给机构。

第二节精密超精密加工技术4）机床热变形控制首先，要减少发热源。其次，采用热对称结构，选用低热变形复合材料，以从结构上使热变形得到抑制。第三是以恒温的方式控制热变形。第四是对热变形误差进行补偿控制等等。第二节精密超精密加工技术2．超精密车削的刀具为了实现超微量切除，金刚石刀具是目前超精密车削加工的主要刀具；金刚石车削中的一项关键技术是刀具的刃磨质量，包括晶面的选择及刀刃钝圆半径的大小；天然金刚石的硬度、耐磨性具有各向异性的特点。实践中一般是先选定金刚石的晶向，该晶向不能与解理晶面平行，否则会造成加工中金刚石层的整片剥落。第二节精密超精密加工技术2．超精密车削的刀具然后，采用研磨的方法，将金刚石固定在夹具上，放在铸铁研磨盘上研磨，使得已选择的晶向与主切削刃平行。研磨剂一般选用金刚砂和润滑油。影响刃磨质量的主要因素是刀刃的钝圆半径。切削加工的最小切除量与刀具切削刃最小钝圆半径有关，而刀刃钝圆半径的大小取决于刀具材料晶体的微观结构。第二节精密超精密加工技术3．金刚石刀具超精密加工的应用主要用于有色金属的精密车削和精密镗削；近年来它主要用来加工铝合金和铜合金等软材料；采用天然金刚石刀具加工高密度硬磁盘的铝合金片基，使表面粗糙度值可达RaO.003µm，平面度0.2µm，实现了对软材料的镜面加工；采用数控金刚石超精密车削可加工非球面反射镜和凹面镜；另外，还可以车削多达90面的光学多面体，其最大外径为200mm，最大宽度为70mm，加工的表面粗糙度为O.01µm，平面度可达0.03µm。第二节精密超精密加工技术三、超精密磨削超精密磨削主要分为固结磨料加工和游离磨料加工两大类

1．磨床的精度提高磨床精度的主要措施有：几何精度的提高；进给机构低速运动性能的改善；减少振动；减小热变形等等。第二节精密超精密加工技术2．超精密磨削用的磨料磨具用固结磨料的磨具进行超精密磨削可以加工出表面粗糙度为Ra0.1µm的镜面，通常也称为镜面磨削。其使用的固结磨料磨具常见的有两种，即细粒度的油石和细粒度的砂带。第二节精密超精密加工技术1）超精密油石磨削抛光机理如图a所示，油石以一定的压力F与工件接触，在沿轴向往复运动的同时，在径向还以一定的频率振动

第二节精密超精密加工技术1）超精密油石磨削抛光机理对于图b所示的短工件，如滚动轴承内、外圈，只有油石的振动和工件的转动；超精加工是由油石的微细磨粒和工件表面凸峰之间连续划擦、摩擦、切削这一过程来完成的。

第二节精密超精密加工技术开始时，油石与工件表面只有少数点相接触，接触面上比压大，两者之间不能形成完整的润滑油膜，油石往复振动切削工件(图a)。随着工件表面粗糙度逐渐降低，大量细微的切屑嵌入油石表面磨粒的间隙之中，油石表面渐趋平整、光滑，接触面上比压下降，形成润滑油膜，此时油石的振动仅起到抛光作用(图b)。第二节精密超精密加工技术随着油石相对工件进给，光滑的油石表面重新与粗糙的工件表面接触，使油石的光滑表面受到破坏，因油石磨粒的自锐性，又开始切削工件的粗糙面，从而形成油石磨粒的切削－钝化－堵塞－脱落－自锐－切削这一过程，直到完成加工。2）超精密砂带磨削