精密加工技術

1、1精密加工技術簡介h前，精密加工是指加工精度為1o.lpm,表面粗糙度為rao.l0.01pm的加工技術，們這個界限 是隨著加工技術的進步不斷變化的，今天的精密加工可能就是明天的-般加工。精密加工所要解 決的問題，一是加工椿度，包括形位公差、尺寸椿度及表面狀況，冇時冇無表面缺陷也是這一問 題的核心；二是加工效率，冇些加工可以収得較好的加工精度，卻難以収得高的加工效率。精密 加工應該包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術。2幾種常用的精密加工方法及特點傳統(tǒng)的梏密加工方法有布輪拋光、砂帶坯削、超楷細切削、粋細坯削、怖坯、研坯、超粋研拋技 術、磁粒光整等。砂帶磨削是用粘冇磨料的混紡布為磨具對丄

2、件進行加丄，屬丁涂附磨具磨削加丄的范疇， 有生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好、使川范圍廣等特點。國外在砂帶材料及制作工藝上取得了很 大的成就，有了適應于不同場合的砂帶系列，生產(chǎn)出通用和專用的砂帶蘑床，而且自動 化程度不斷提高(已冇全白動和白適應控制的砂帶磨床)，但國內(nèi)砂帶品種少，質(zhì)量也冇 待捉高，對機床還處于改造階段。精密切削也稱金剛石刀具切削(spdt),用高精密的機床和單品金剛石刀具進行切削加工, 主耍用于銅、鋁等不宜序削加工的軟金屈的粘密加工，如計算機川的磁鼓、磁盤及大功 率激光用的金屬反光鏡等，比一般切削加工精度耍高12個等級。例如用精密車削加工 的液壓馬達轉(zhuǎn)子柱塞孔圓柱度為0.51啊，尺寸精度1

3、2pm；紅外反光鏡的表而粗糙度 rao.ol0.02pm,還具有較好的光學性質(zhì)。從成木上看，用精密切削加工的光學反射鏡, 與過去用鍍倂經(jīng)序削加工的產(chǎn)品相比，成木大約是后者的一半或兒分之一。但許多因索對精密切削的效果有影響，所以耍達到預期的效果很不容易。同時，金剛石刀具切削 較碩的材料時磨損較快，如切削黑色金屬時磨損速度比切削銅快io。倍，而且加工出的工件的衣 面粗糙度和幾何形狀精度均不理想。超精密磨削用粘確修整過的砂輪在耕密磨床上進行的微量磨削加工，金屬的左除量可在亞微米級 共至更小，可以達到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。尺寸精度0.1t).3pm,表而粗糙 度rao.27.o

4、5pm,效率高。應用范圍廣泛，從軟金屬到淬火鋼、不銹鋼、高速鋼等難切削材料，及半導體、 玻璃、陶瓷等碾脆非金屬材料，幾乎所冇的材料都可利用磨削進行加工。但骸削加工后，被加工的農(nóng)而在擁削力及擁削熱的作用下金相組織要發(fā)牛變化，易產(chǎn)牛加工硬化、 淬火碩化、熱應力層、殘余應力層和磨削裂紋等缺陷。斷磨用油石砂條組成的浙弊頭，在一定壓力下沿工件表面往復運動，加工后的表面粗糙度可達 ra0.40.lpm,繪好可到ra0.025pm,主要用來加工鑄鐵及鋼，不宜用來加工硬度小、韌性好的有色金屈。精密研磨與拋光通過介于工件和工具間的磨料及加工液，工件及研具作和互機械縻擦，使工件達 到所要求的尺寸與精度的加工方法。

5、精密研磨與拋光對于金屬和非金屬工件都可以達到其他加工方法所不 能達到的務度和表面粗糙度，被研序表面的粗糙度ra<0.025pm加工變質(zhì)層很小，表面質(zhì)撾:高，將密研磨 的設備簡單，主耍川于平面、圓柱面、齒輪齒面及有密封耍求的配偶件的加工，也可川于量規(guī)、量塊、噴 汕嘴、閥體與閥芯的光整加工。但持密研序的效率較低，如干研速度一般為1030m/min,濕研速度為20120m/min。對加工環(huán)境要求嚴格，如有大坯料或異物混入時，將使農(nóng)面產(chǎn)生很難去除的劃傷。拋光是利用機械、化學、電化學的方法對工件表而進行的一種微細加工，主耍用來降低工件表而 粗糙度，常用的方法有：手工或機械拋光、超聲波拋光、化學拋光

6、、電化學拋光及電化學機械復合加工等。手工或機械拋光是用涂有辭膏的拋光器，在一定的壓力下,與工件表面做相對運動,以實現(xiàn)對工件衣面的光整加工。加工后工件衣面粗糙度ra<0.05mm,可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的 拋光加工。手丁拋光的加工效果與操作者的熟練程度冇關。超聲波拋光是利用工具端面做超聲振動，通過螂料懸浮液對硬脆材料進行光整加工,加工桁度0.010.02pm,表面粗糙度rao.gm。超聲拋光設備簡單，操作、維修方便，工具可用較軟的材 料制作，而且不需作復雜的運動，主耍用來加工硬脆材料，如不導電的非金屬材料，當加工導電 的碩質(zhì)金屬材料時，生產(chǎn)率較低?；瘜W拋光是通過硝酸和磷酸等氧化劑

7、，在一定的條件下，使被加工的金屬表面氧化，使表面平整 化和光澤化?；瘜W拋光設備簡單，可以加工各種形狀的工件，效率較高，加工的表面粗糙度一般 為ra<0.2mm,但腐蝕液對人體和設備有損傷，污染環(huán)境，需妥善處理。主要用來對不銹鋼、銅、 鋁及莫合金的光亮修飾加工。 電化學拋光是利用電化學反應去除切削加工所殘留的微觀不平度，以捉高零件表而光亮度的方法。 它比機械拋光具有較高的生產(chǎn)率和小的表面粗糙度:一般可達ra0.2gm,若原始表面為 ra0.40.2pm,則拋光后可提高到ra0.l0.08pm,加丁后丁件具有較好的物理機械性能，使用壽 命長，但電化學拋光只能加工導電的材料。隨著電化學加工技術

8、的發(fā)展，還產(chǎn)生了多種新型的復 合加工方法，例如超粘密電解磨削、電化學機械復合光整加工、電化學超粘加工等。它們主要以 降低工件的表面粗糙度值為目的，加工去除量很小，一般在0.017）mm,對于表面粗糙度達到 ra0.8l.6pm的外側(cè)，平而、內(nèi)孔及白山曲而均可一道工序加工到鏡而，表而粗糙度ra0.05pm, 甚至更低。電化學機械加工屬于一種加工單位極小的精密加工方法，從原理上講加工精度可以達 到原子級，所以加工楮度具有大的潛力，但由于左右其加工楮度的因索目前還不是很清楚，所以 在實際應用中，其加工表現(xiàn)出一定的不穩(wěn)定性，這在很人程度上限制了它在工業(yè)生產(chǎn)中的應用。3超精密加工的發(fā)展趨勢國外精密加工技

9、術的發(fā)展是從上世紀70年代初期開始的，主要集中在美、口、英等國家，上it紀 80年代小期収得了舉世囑目的成果，并在1977年i i木m.t學會精密機床研究專業(yè)委員會對機 床的加工蒂度標準捉出補充it1和it-2兩個等級。附表是補充后該標準的內(nèi)容，山此可以看出比 原來的it0級粘度提高了許多。h前精密加工所能達到的加工精度距加工的極限還有相當?shù)木嚯x。國外有人聲稱已開發(fā)了以原子 級去除單位的加工方法，但目前還未在實際生產(chǎn)中得到應用。為了促進精密加工技術的發(fā)展，應 深入研究和探討下列幾個問題。1基于新原理的加工方法努力開發(fā)加工單位極小的粘密加工方法，必須在加工機理的本身就 使其誤差分散在inm以下的

10、水平。目前加工單位比較小的加工方法主婆冇彈性破壞加工、 化學加工、離子束加工、電子束加工、等離子體加工等。目前的金剛石切削和金剛石砂 輪精密序削從其加工機理上看，其加t單位就很大，從木質(zhì)上講，要想得到0.05pm以下 的精度2開發(fā)精密的機械機構(gòu)不論是加工裝置還是測量裝習，都需要耕密的機械機構(gòu)，包括導軌、 進給機構(gòu)及軸承等，超精密空氣靜壓導軌是目前最好的導軌，其直線度可達 （0.10.2）pm/250mm,通過補償技術述可以進一步捉高直線度，但是它沒有液體靜壓導軌的剛性大。同時，山于空氣靜壓導軌的氣膜厚度只有10pn）左右，所以在使用過程中, 要注意防塵。另外，在導軌的設計中，還可以用多根導軌并

11、聯(lián)來均化氣膜的誤差。用高 彈性介金、紅寶右制造的滾動導軌，系統(tǒng)誤差在0.5切左右，隨機誤差可能超過0.1呵。h前超精密加工中所使用的磁懸浮軸承主軸精度低丁空氣靜壓軸承主軸，空氣靜壓軸承主軸的回 轉(zhuǎn)精度可達0.05pm,國外的可達0.03pm,但這仍然無法滿足納米加工對主軸的精度要求。要想 捉高空氣靜壓軸承主軸的冋轉(zhuǎn)精度就必須捉鬲軸承的冋轉(zhuǎn)精度，而空氣靜床軸承的冋轉(zhuǎn)精度受軸 承部件的闘度和供氣條件的影響，山于壓力膜的作用，軸承的冋轉(zhuǎn)務度是軸承部件i員1度的1/151/20,所以，要得到10nm的回轉(zhuǎn)粘度，軸和軸套的圓度要達到0.150.20pm,同時為了氣體 流岀的均勻性，對于納米級的主軸，多采

12、用3. 開發(fā)高精度的測試系統(tǒng)在h前的超精密加工領域屮，對加工精度的測最主要有兩種方法；激光檢 測和光柵檢測，而光柵的應用最為廣泛。目前光柵的測量務度可達nm級，如北京光電儀研究中心的光柵 系統(tǒng)可達0.1pm,俄羅斯的全息光柵系統(tǒng)達10nm,lg100光柵系統(tǒng)的分辨率可達0.1pm,測量范圍為100mm。開發(fā)系統(tǒng)誤差小、精度高和可靠性高的檢測儀器和控制裝置的詢提是開發(fā)高性能的傳感器以及伺 服從動機構(gòu)。如果開發(fā)出高性能的傳感器以及伺服機構(gòu)及高粘度、高速度、和高可靠性的讀出裝 置，就可通過使用計算機進行檢測、分析及計算，以提島檢測粘度。與超精密加工冇關的技術問題還冇很多方面，如溫度控制技術、振動控制技術、環(huán)境控制技術等。 比如材料的彈性變形和熱變形,就很難使材料的去除加工達到原子級的精度，長100mm的鋼制 零件，要控制其熱變形在0.01mm以內(nèi)，就必須控制溫度變化在0.01°c以內(nèi)，這在加工領域還很 難實現(xiàn)。只要在上述的一個方面取得發(fā)展或突破，必將導致楷密加工技術的高速發(fā)展。4. 開發(fā)適用于精密加工并能獲得高精度、高表