先進(jìn)制造工藝技術(shù)

1、先進(jìn)制造工藝技術(shù)先進(jìn)制造工藝技術(shù)機(jī)械制造工藝的基本概念機(jī)械制造工藝的基本概念 機(jī)械制造工藝機(jī)械制造工藝是將各種原材料通過改變是將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對(duì)位置，使之其形狀、尺寸、性能或相對(duì)位置，使之成為成品或半成品的方法和過程成為成品或半成品的方法和過程 機(jī)械制造工藝流程機(jī)械制造工藝流程是由原材料和能源的是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、機(jī)械加工、材提供、毛坯和零件成形、機(jī)械加工、材料改性與處理、裝配與包裝、質(zhì)量檢測(cè)料改性與處理、裝配與包裝、質(zhì)量檢測(cè)與控制等多個(gè)工藝環(huán)節(jié)組成與控制等多個(gè)工藝環(huán)節(jié)組成機(jī)械制造工藝的基本概念機(jī)械制造工藝的基本概念 按其功能的不同，可將機(jī)械制造工

2、藝分按其功能的不同，可將機(jī)械制造工藝分為如下三個(gè)階段：為如下三個(gè)階段： 零件毛坯的成形準(zhǔn)備階段零件毛坯的成形準(zhǔn)備階段，包括原材料切割、，包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓加工成形等焊接、鑄造、鍛壓加工成形等 機(jī)械切削加工階段機(jī)械切削加工階段，包括車削、鉆削、銑削、，包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等刨削、鏜削、磨削加工等 表面改性處理階段表面改性處理階段，包括熱處理、電鍍、化，包括熱處理、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、涂裝等學(xué)鍍、熱噴涂、涂裝等先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 制造加工精度不斷提高制造加工精度不斷提高 1818世紀(jì)，加工第一臺(tái)蒸汽機(jī)所用的汽缸鏜床，世紀(jì)，加工第一

3、臺(tái)蒸汽機(jī)所用的汽缸鏜床，其加工精度為其加工精度為1 mm1 mm 1919世紀(jì)末，機(jī)械制造精度也僅為世紀(jì)末，機(jī)械制造精度也僅為0.05mm0.05mm 到了到了2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代末，實(shí)現(xiàn)了年代末，實(shí)現(xiàn)了mm 級(jí)的加工級(jí)的加工精度精度 在最近的一二十年時(shí)間內(nèi)，機(jī)械制造加工精在最近的一二十年時(shí)間內(nèi)，機(jī)械制造加工精度提高了度提高了1 12 2個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到lOnmlOnm的精度水的精度水平平先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 切削加工速度迅速提高切削加工速度迅速提高 在在2020世紀(jì)前，切削刀具是以碳素鋼作為刀具材料，世紀(jì)前，切削刀具是以碳素鋼作為刀具材料，由于

4、其耐熱溫度低于由于其耐熱溫度低于200200，所允許的切削速度不，所允許的切削速度不超過超過lOmlOmminmin 2020世紀(jì)初，出現(xiàn)了高速鋼，其耐熱溫度為世紀(jì)初，出現(xiàn)了高速鋼，其耐熱溫度為500500600600，可允許的切削速度為，可允許的切削速度為303040m40mminmin 到了到了2020世紀(jì)世紀(jì)3030年代，硬質(zhì)合金開始得到使用，刀具年代，硬質(zhì)合金開始得到使用，刀具的耐熱溫度達(dá)到的耐熱溫度達(dá)到80080010001000，切削速度很快提高，切削速度很快提高到每分鐘數(shù)百米到每分鐘數(shù)百米 隨后，相繼使用了陶瓷刀具、金剛石刀具和立方氮隨后，相繼使用了陶瓷刀具、金剛石刀具和立方氮化

5、硼刀具，其耐熱溫度均在化硼刀具，其耐熱溫度均在10001000以上，切削速度以上，切削速度可達(dá)每分鐘一千至數(shù)千米可達(dá)每分鐘一千至數(shù)千米 先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 新型工程材料的應(yīng)用推動(dòng)了制造工藝的新型工程材料的應(yīng)用推動(dòng)了制造工藝的進(jìn)步和變革進(jìn)步和變革 超硬材料、超塑材料、高分子材料、復(fù)合材超硬材料、超塑材料、高分子材料、復(fù)合材料、工程陶瓷、非晶與微晶合金、功能材料料、工程陶瓷、非晶與微晶合金、功能材料等新型材料的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)制造工藝提出等新型材料的發(fā)展與應(yīng)用，對(duì)制造工藝提出了新的挑戰(zhàn)了新的挑戰(zhàn) 近幾十年來發(fā)展了一系列特種加工工藝方法，近幾十年來發(fā)展了一系列特種加工工藝

6、方法，如：電火花加工、電解加工、超聲波加工、如：電火花加工、電解加工、超聲波加工、電子束加工、離子束加工和激光加工等電子束加工、離子束加工和激光加工等先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 自動(dòng)化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了自動(dòng)化和數(shù)字化工藝裝備的發(fā)展提高了機(jī)械加工的效率機(jī)械加工的效率 由于微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)和控制技術(shù)由于微電子、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)檢測(cè)和控制技術(shù)與制造工藝裝備相結(jié)合，使工藝裝備實(shí)現(xiàn)了與制造工藝裝備相結(jié)合，使工藝裝備實(shí)現(xiàn)了從單機(jī)到系統(tǒng)、從剛性到柔性、從簡(jiǎn)單到復(fù)從單機(jī)到系統(tǒng)、從剛性到柔性、從簡(jiǎn)單到復(fù)雜等不同檔次的多種自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，使工藝過雜等不同檔次的多種自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，使工藝

7、過程的檢測(cè)和控制方式和手段發(fā)生了質(zhì)的變化，程的檢測(cè)和控制方式和手段發(fā)生了質(zhì)的變化，可以使整個(gè)工藝過程和工藝參數(shù)得到實(shí)時(shí)的可以使整個(gè)工藝過程和工藝參數(shù)得到實(shí)時(shí)的優(yōu)化，大大提高了加工制造的效率和質(zhì)量優(yōu)化，大大提高了加工制造的效率和質(zhì)量先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 零件毛坯成形在向少無余量發(fā)展零件毛坯成形在向少無余量發(fā)展 零件毛坯成形是機(jī)械制造的第一道工序，有零件毛坯成形是機(jī)械制造的第一道工序，有鑄造、鍛造、沖裁、焊接和軋制等常用工藝鑄造、鍛造、沖裁、焊接和軋制等常用工藝 隨著人們對(duì)人類生存資源的節(jié)省和保護(hù)意識(shí)隨著人們對(duì)人類生存資源的節(jié)省和保護(hù)意識(shí)的提高，要求零件毛坯成形精度向少

8、、無余的提高，要求零件毛坯成形精度向少、無余量方向發(fā)展，使成形的毛坯接近或達(dá)到零件量方向發(fā)展，使成形的毛坯接近或達(dá)到零件的最終形狀和尺寸，磨削后即可參與裝配的最終形狀和尺寸，磨削后即可參與裝配 出現(xiàn)了熔模精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、出現(xiàn)了熔模精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、冷溫?cái)D壓、精密焊接和精密切割等新工藝?yán)錅財(cái)D壓、精密焊接和精密切割等新工藝先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展先進(jìn)制造工藝的產(chǎn)生和發(fā)展 優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)的形成和發(fā)展 表面工程技術(shù)是通過表面涂覆、表面改性、表面工程技術(shù)是通過表面涂覆、表面改性、表面加工及表面的復(fù)合處理，來改變零件表面加工及表面的復(fù)合處理，

9、來改變零件表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲表面的形態(tài)、化學(xué)成分和組織結(jié)構(gòu)，以獲取與基體材料不同性能要求的一項(xiàng)應(yīng)用技取與基體材料不同性能要求的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)術(shù) 近幾十年來，出現(xiàn)了如電刷鍍、化學(xué)鍍、近幾十年來，出現(xiàn)了如電刷鍍、化學(xué)鍍、物理氣相沉積、化學(xué)氣象沉積、熱噴涂、物理氣相沉積、化學(xué)氣象沉積、熱噴涂、化學(xué)熱處理、激光表面處理、離子注入等化學(xué)熱處理、激光表面處理、離子注入等一系列先進(jìn)表面處理技術(shù)一系列先進(jìn)表面處理技術(shù)先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn)先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn) 優(yōu)質(zhì)優(yōu)質(zhì)以先進(jìn)制造工以先進(jìn)制造工藝加工制造出的產(chǎn)品藝加工制造出的產(chǎn)品質(zhì)量高、性能好、尺質(zhì)量高、性能好、尺寸精確、表面光潔、寸精確、表面光潔、組

10、織致密、無缺陷雜組織致密、無缺陷雜質(zhì)、使用性能好、使質(zhì)、使用性能好、使用壽命和可靠性高用壽命和可靠性高高效高效與傳統(tǒng)制造工與傳統(tǒng)制造工藝相比，先進(jìn)制造工藝相比，先進(jìn)制造工藝可極大地提高勞動(dòng)藝可極大地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，大大降低了生產(chǎn)率，大大降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本 低耗低耗先進(jìn)制造工藝先進(jìn)制造工藝可大大節(jié)省原材料消可大大節(jié)省原材料消耗，降低能源的消耗，耗，降低能源的消耗，提高了對(duì)日益枯竭的提高了對(duì)日益枯竭的自然資源的利用率自然資源的利用率 潔凈潔凈應(yīng)用先進(jìn)制造應(yīng)用先進(jìn)制造工藝可做到零排放或工藝可做到零排放或少排放，生產(chǎn)過程不少排放，生產(chǎn)過程不污染環(huán)境，符合日益污染

11、環(huán)境，符合日益增長的環(huán)境保護(hù)要求增長的環(huán)境保護(hù)要求超高速加工技術(shù)超高速加工技術(shù) 超高速加工技術(shù)的研究背景超高速加工技術(shù)的研究背景19311931年年4 4月德國切削物理學(xué)家薩洛蒙月德國切削物理學(xué)家薩洛蒙( (Carl Carl SalomonSalomon) )曾根據(jù)一些實(shí)驗(yàn)曲線，即人們?cè)鶕?jù)一些實(shí)驗(yàn)曲線，即人們常提及的著名的常提及的著名的“薩洛蒙曲線薩洛蒙曲線” ，提出，提出了超高速切削的理論了超高速切削的理論Salomon提出的切削速度與切削溫度曲線提出的切削速度與切削溫度曲線 超高速切削概念示意圖超高速切削概念示意圖 超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)超高

12、速加工技術(shù)是指采用超硬材料刀具是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的和磨具，利用能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的高精度、高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，高精度、高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度以提高切削速度來達(dá)到提高材料切除率、來達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)不同加工工藝的切削不同加工工藝的切削速度范圍速度范圍 各種材料的切削速度范圍各種材料的切削速度范圍 超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)超高速加工技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是：在經(jīng)濟(jì)效益指標(biāo)是：在保證加

13、工精度和加工質(zhì)量的前提下，保證加工精度和加工質(zhì)量的前提下，將通常切削速度加工的加工時(shí)間減少將通常切削速度加工的加工時(shí)間減少9090，同時(shí)將加工費(fèi)用減少，同時(shí)將加工費(fèi)用減少5050，以，以此衡量高切削速度的合理性此衡量高切削速度的合理性超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)主要包括超高速加工技術(shù)主要包括超高速切削與磨削機(jī)理研究超高速切削與磨削機(jī)理研究超高速主軸單元制造技術(shù)超高速主軸單元制造技術(shù)超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)超高速加工用刀具與磨具制造技術(shù)超高速加工用刀具與磨具制造技術(shù)超高速加工在線自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)等超高速加工在線自動(dòng)檢測(cè)與控制技術(shù)等 超高

14、速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的定義與特征超高速加工技術(shù)的特征超高速加工技術(shù)的特征切削力低切削力低 熱變形小熱變形小 材料切除率高材料切除率高 高精度高精度 減少工序減少工序 超高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用超高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用超高速加工技術(shù)的發(fā)展超高速加工技術(shù)的發(fā)展 自從德國自從德國SalomonSalomon博士提出高速切削概念以來，高速博士提出高速切削概念以來，高速切削加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了高速切削的理論探索、應(yīng)切削加工技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了高速切削的理論探索、應(yīng)用探索、初步應(yīng)用、較成熟的應(yīng)用四個(gè)發(fā)展階段用探索、初步應(yīng)用、較成熟的應(yīng)用四個(gè)發(fā)展階段 特別是特別是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以

15、來，各工業(yè)國家相繼投人大年代以來，各工業(yè)國家相繼投人大量的人力和財(cái)力進(jìn)行高速加工及其相關(guān)技術(shù)方面的研量的人力和財(cái)力進(jìn)行高速加工及其相關(guān)技術(shù)方面的研究開發(fā)，在大功率高速主軸單元、高加減速進(jìn)給系統(tǒng)、究開發(fā)，在大功率高速主軸單元、高加減速進(jìn)給系統(tǒng)、超硬耐磨長壽命刀具材料、切屑處理和冷卻系統(tǒng)、安超硬耐磨長壽命刀具材料、切屑處理和冷卻系統(tǒng)、安全裝置以及高性能全裝置以及高性能CNCCNC控制系統(tǒng)和測(cè)試技術(shù)等方面均控制系統(tǒng)和測(cè)試技術(shù)等方面均取得了重大的突破，為高速切削加工技術(shù)的推廣和應(yīng)取得了重大的突破，為高速切削加工技術(shù)的推廣和應(yīng)用提供了基本條件用提供了基本條件超高速加工技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用超高速加工技術(shù)的發(fā)展

16、與應(yīng)用超高速加工技術(shù)的應(yīng)用超高速加工技術(shù)的應(yīng)用 高速切削加工目前主要用于高速切削加工目前主要用于汽車工業(yè)汽車工業(yè)大批生產(chǎn)、大批生產(chǎn)、難加工材料、超精密微細(xì)切削、復(fù)雜曲面加工等難加工材料、超精密微細(xì)切削、復(fù)雜曲面加工等不同的領(lǐng)域不同的領(lǐng)域 航空工業(yè)航空工業(yè)是高速加工的主要應(yīng)用行業(yè)，飛機(jī)制造是高速加工的主要應(yīng)用行業(yè)，飛機(jī)制造通常需切削加工長鋁合金零件、薄層腹板件等，通常需切削加工長鋁合金零件、薄層腹板件等，直接采用毛坯高速切削加工，可不再采用鉚接工直接采用毛坯高速切削加工，可不再采用鉚接工藝，從而降低飛機(jī)重量藝，從而降低飛機(jī)重量 模具制造模具制造是高速加工技術(shù)的主要收益者。當(dāng)采用是高速加工技術(shù)的主

17、要收益者。當(dāng)采用高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、低切削深度的加工方法時(shí)，對(duì)高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給、低切削深度的加工方法時(shí)，對(duì)淬硬鋼模具型腔加工可獲得較佳的表面質(zhì)量，可淬硬鋼模具型腔加工可獲得較佳的表面質(zhì)量，可省去后續(xù)的電加工和手工研磨等工序省去后續(xù)的電加工和手工研磨等工序超高速切削加工的特點(diǎn)超高速切削加工的特點(diǎn)通常把切削速度比常規(guī)高通常把切削速度比常規(guī)高5 51010倍以上的倍以上的切削叫做切削叫做超高速切削超高速切削 超高速切削加工的優(yōu)越性有以下幾點(diǎn)：超高速切削加工的優(yōu)越性有以下幾點(diǎn)： 加工效率高。加工效率高。高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高速度高5 51010倍倍 切削力小。

18、切削力小。高速切削加工切削力至少可降低高速切削加工切削力至少可降低3030 熱變形小熱變形小加工精度高、加工質(zhì)量好加工精度高、加工質(zhì)量好加工過程穩(wěn)定加工過程穩(wěn)定減少后續(xù)加工工序減少后續(xù)加工工序良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削機(jī)床超高速切削機(jī)床 超高速切削機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速、超高速切削超高速切削機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速、超高速切削的必不可少的設(shè)備。超高速機(jī)床有以下五的必不可少的設(shè)備。超高速機(jī)床有以下五項(xiàng)基本要求：項(xiàng)基本要求：超高速的主軸部件超高速的主軸部件快速響應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)快速響應(yīng)的數(shù)控系統(tǒng)快速的進(jìn)給部件快速的進(jìn)給部件動(dòng)、靜、熱剛度好的機(jī)床支承部件動(dòng)、靜、

19、熱剛度好的機(jī)床支承部件高壓大流量噴射的冷卻系統(tǒng)和安全裝置高壓大流量噴射的冷卻系統(tǒng)和安全裝置超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速的主軸部件超高速的主軸部件在超高速數(shù)控機(jī)床中，幾乎無一例外地采用了在超高速數(shù)控機(jī)床中，幾乎無一例外地采用了主軸電機(jī)主軸電機(jī)與與機(jī)床主軸機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式。即采用無外殼電機(jī)，合二為一的結(jié)構(gòu)形式。即采用無外殼電機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，形成內(nèi)裝式電機(jī)主軸，子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，形成內(nèi)裝式電機(jī)主軸，簡(jiǎn)稱電主軸簡(jiǎn)稱電主軸超高速主軸單元包括主軸動(dòng)力源、主軸

20、、軸承和機(jī)架四超高速主軸單元包括主軸動(dòng)力源、主軸、軸承和機(jī)架四個(gè)主要部分，這四個(gè)部分構(gòu)成一個(gè)動(dòng)力學(xué)性能和穩(wěn)定性個(gè)主要部分，這四個(gè)部分構(gòu)成一個(gè)動(dòng)力學(xué)性能和穩(wěn)定性良好的系統(tǒng)良好的系統(tǒng)超高速電主軸結(jié)構(gòu)超高速電主軸結(jié)構(gòu) 超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速的主軸部件超高速的主軸部件 這種電主軸和以前用于內(nèi)圓磨床的內(nèi)裝式電這種電主軸和以前用于內(nèi)圓磨床的內(nèi)裝式電機(jī)主軸有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：有很大機(jī)主軸有很大的區(qū)別，主要表現(xiàn)在：有很大的驅(qū)動(dòng)功率和扭矩的驅(qū)動(dòng)功率和扭矩 ；有較寬的調(diào)速范圍；有較寬的調(diào)速范圍 ；有；有一系列監(jiān)控主軸振動(dòng)、軸承和電機(jī)溫升等運(yùn)一系列監(jiān)控主軸振動(dòng)、軸承和電機(jī)溫升等運(yùn)行參數(shù)

21、的傳感器、測(cè)試控制和報(bào)警系統(tǒng)，以行參數(shù)的傳感器、測(cè)試控制和報(bào)警系統(tǒng)，以確保主軸超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與安全性確保主軸超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性與安全性 超高速主軸采用的軸承有滾動(dòng)軸承、氣浮軸超高速主軸采用的軸承有滾動(dòng)軸承、氣浮軸承、液體靜壓軸承和磁浮軸承幾種形式承、液體靜壓軸承和磁浮軸承幾種形式超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)超高速機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng) 超高速切削對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求不斷提高，最超高速切削對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的要求不斷提高，最基本的要求是保證高精度、高速度基本的要求是保證高精度、高速度 為了適應(yīng)高速，要求為了適應(yīng)高速，要求單個(gè)程序段處理時(shí)間短單個(gè)程序段處理時(shí)間短 為了在高速下保證加

22、工精度，要有前饋和大為了在高速下保證加工精度，要有前饋和大量的超前程序段處理功能量的超前程序段處理功能 要求快速形成刀具路徑，此路徑應(yīng)盡可能圓要求快速形成刀具路徑，此路徑應(yīng)盡可能圓滑，走樣條曲線而不是逐點(diǎn)跟蹤，少轉(zhuǎn)折點(diǎn)、滑，走樣條曲線而不是逐點(diǎn)跟蹤，少轉(zhuǎn)折點(diǎn)、無尖轉(zhuǎn)點(diǎn)無尖轉(zhuǎn)點(diǎn) 程序算法應(yīng)保證高精度；碰到干擾能迅速調(diào)程序算法應(yīng)保證高精度；碰到干擾能迅速調(diào)整，保持合理的進(jìn)給速度，避免刀具振動(dòng)等整，保持合理的進(jìn)給速度，避免刀具振動(dòng)等超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)超高速機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng) 超高速切削在提高主軸速度的同時(shí)必須提高超高速切削在提高主軸速度的同時(shí)必須提高進(jìn)給速度，并

23、且要求進(jìn)給運(yùn)動(dòng)能在瞬時(shí)達(dá)到進(jìn)給速度，并且要求進(jìn)給運(yùn)動(dòng)能在瞬時(shí)達(dá)到高速和瞬時(shí)準(zhǔn)停等高速和瞬時(shí)準(zhǔn)停等 超高速切削機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)不僅要能達(dá)到很超高速切削機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)不僅要能達(dá)到很高的進(jìn)給速度，還要求進(jìn)給系統(tǒng)具有大的加高的進(jìn)給速度，還要求進(jìn)給系統(tǒng)具有大的加速度以及高的定位精度速度以及高的定位精度 超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)超高速機(jī)床的進(jìn)給系統(tǒng)更先進(jìn)、更高速的直線電動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展起來，它可以更先進(jìn)、更高速的直線電動(dòng)機(jī)已經(jīng)發(fā)展起來，它可以取代滾珠絲杠傳動(dòng)，提供更高的進(jìn)給速度和更好的加、取代滾珠絲杠傳動(dòng)，提供更高的進(jìn)給速度和更好的加、減速特性減速特性直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是

24、：直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：控制特性好、增益大、控制特性好、增益大、滯動(dòng)小，在高速運(yùn)動(dòng)中保持較高位移精度；滯動(dòng)小，在高速運(yùn)動(dòng)中保持較高位移精度；高運(yùn)動(dòng)高運(yùn)動(dòng)速度，因?yàn)槭侵苯域?qū)動(dòng)，最大進(jìn)給速度可高達(dá)速度，因?yàn)槭侵苯域?qū)動(dòng)，最大進(jìn)給速度可高達(dá)100100180 180 m/minm/min；高加速度，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕，可實(shí)現(xiàn)高加速度，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕，可實(shí)現(xiàn)的最大加速度高達(dá)的最大加速度高達(dá)2 210g10g；無限運(yùn)動(dòng)長度；無限運(yùn)動(dòng)長度；定位精定位精度和跟蹤精度高，以光柵尺為定位測(cè)量元件，采用閉度和跟蹤精度高，以光柵尺為定位測(cè)量元件，采用閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，工作臺(tái)的定位精度高達(dá)環(huán)反饋控制系統(tǒng)，工

25、作臺(tái)的定位精度高達(dá)0.10.10.010.01；起動(dòng)推力大起動(dòng)推力大( (可達(dá)可達(dá)12000N12000N) )；由于無傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因而由于無傳動(dòng)環(huán)節(jié)，因而無摩擦、無往返程空隙，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無摩擦、無往返程空隙，且運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速機(jī)床的支承部件超高速機(jī)床的支承部件 超高速加工機(jī)床的支承制造技術(shù)是指超高速超高速加工機(jī)床的支承制造技術(shù)是指超高速加工機(jī)床的支承構(gòu)件如床身、立柱、箱體、加工機(jī)床的支承構(gòu)件如床身、立柱、箱體、工作臺(tái)、底座、托板、刀架等的制造技術(shù)工作臺(tái)、底座、托板、刀架等的制造技術(shù) 由于超高速加工機(jī)床同時(shí)需要高主軸轉(zhuǎn)速、由于超高速加工機(jī)床同時(shí)需要高主軸轉(zhuǎn)速

26、、高進(jìn)給速度、高加速度，又要求用于高精度高進(jìn)給速度、高加速度，又要求用于高精度的零部件加工，因而集的零部件加工，因而集“三高三高”( (高速度、高速度、高精度、高剛度高精度、高剛度) )于一身就成為超高速加工于一身就成為超高速加工機(jī)床的最主要特征機(jī)床的最主要特征超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速機(jī)床的冷卻系統(tǒng)超高速機(jī)床的冷卻系統(tǒng) 超高速加工時(shí)，必然產(chǎn)生大量的高溫?zé)岢咚偌庸r(shí)，必然產(chǎn)生大量的高溫?zé)崆行迹仨毎阉杆購墓ぷ髋_(tái)上弄走，切屑，必須把它迅速從工作臺(tái)上弄走，避免導(dǎo)致機(jī)床、工件和刀具產(chǎn)生熱變形，避免導(dǎo)致機(jī)床、工件和刀具產(chǎn)生熱變形，以及妨礙切削加工的繼續(xù)進(jìn)行以及妨礙切削加工的繼續(xù)

27、進(jìn)行超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的刀具系統(tǒng)超高速切削的刀具系統(tǒng) 超高速切削加工刀具系統(tǒng)超高速切削加工刀具系統(tǒng)由刀具材料、刀具幾何角度由刀具材料、刀具幾何角度與形狀、刀體結(jié)構(gòu)與刀片夾緊結(jié)構(gòu)、刀具與機(jī)床的聯(lián)與形狀、刀體結(jié)構(gòu)與刀片夾緊結(jié)構(gòu)、刀具與機(jī)床的聯(lián)結(jié)、刀具的冷卻及切屑的清除、刀具工況監(jiān)控等組成結(jié)、刀具的冷卻及切屑的清除、刀具工況監(jiān)控等組成 刀具系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)刀具系統(tǒng)具有如下特點(diǎn) 刀片在刀體上的定位夾緊牢固、安全，刀具與機(jī)床的聯(lián)結(jié)可刀片在刀體上的定位夾緊牢固、安全，刀具與機(jī)床的聯(lián)結(jié)可靠靠 超高速切削加工的切削力隨著切削速度的提高而降低約超高速切削加工的切削力隨著切削速度的

28、提高而降低約3030切削溫度隨著切削速度的提高而緩慢提高切削溫度隨著切削速度的提高而緩慢提高 刀具磨損主要由切削溫度、刀具刀具磨損主要由切削溫度、刀具切屑之間和刀具工件之切屑之間和刀具工件之間的相對(duì)速度決定的間的相對(duì)速度決定的 超高速切削的刀具材料超高速切削的刀具材料超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削的刀具材料超高速切削的刀具材料 超高速切削加工要求刀具材料與被加工材料的化學(xué)親超高速切削加工要求刀具材料與被加工材料的化學(xué)親合力要小，并且具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、抗合力要小，并且具有優(yōu)異的機(jī)械性能、熱穩(wěn)定性、抗沖擊性和耐磨性沖擊性和耐磨性涂層刀具材料涂層刀具材料。涂層刀具通過

29、在刀具基體上涂覆金屬化合物。涂層刀具通過在刀具基體上涂覆金屬化合物薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能薄膜，以獲得遠(yuǎn)高于基體的表面硬度和優(yōu)良的切削性能金屬陶瓷刀具材料金屬陶瓷刀具材料。金屬陶瓷具有較高的室溫硬度、高溫硬。金屬陶瓷具有較高的室溫硬度、高溫硬度及良好的耐磨性度及良好的耐磨性陶瓷刀具材料陶瓷刀具材料。陶瓷刀具材料主要有氧化鋁基和氮化硅基兩。陶瓷刀具材料主要有氧化鋁基和氮化硅基兩大類大類PCDPCD刀具材料刀具材料。 PCDPCD是在高溫高壓條件下通過金屬結(jié)合劑是在高溫高壓條件下通過金屬結(jié)合劑( (如如CoCo等等) )將金剛石微粉聚合而成的多晶材料將金剛石微粉聚合而成的多

30、晶材料CBNCBN刀具材料。刀具材料。CBNCBN刀具具有極高的硬度及紅硬性，可承受刀具具有極高的硬度及紅硬性，可承受高切削速度，適用于超高速加工鋼鐵類工件高切削速度，適用于超高速加工鋼鐵類工件 超高速磨削的機(jī)理超高速磨削的機(jī)理超高速切削機(jī)床超高速切削機(jī)床 磨削加工按砂輪線速度磨削加工按砂輪線速度VsVs的高低可分為普通的高低可分為普通磨削磨削( (VsVs303040 m/s40 m/s) ) 和高速磨削和高速磨削( (Vs45 Vs45 m/sm/s) ) 兩類兩類 為了與為了與20 20 世紀(jì)世紀(jì)80 80 年代以前速度不超過年代以前速度不超過8080120 m/s 120 m/s 的一

31、般高速磨削相區(qū)別的一般高速磨削相區(qū)別, , 通常將速通常將速度為普通磨削速度度為普通磨削速度5 5 倍以上倍以上( (即即Vs150 m/sVs150 m/s) ) 的高速磨削稱為的高速磨削稱為超高速磨削超高速磨削（Super-High Super-High Speed Grinding Speed Grinding 或或Ultra-High Speed GrindingUltra-High Speed Grinding）超高速磨削的特點(diǎn)超高速磨削的特點(diǎn) 大幅度提高磨削效率大幅度提高磨削效率 磨削力小磨削力小 降低加工工件表面粗糙度降低加工工件表面粗糙度 砂輪壽命延長砂輪壽命延長 改善加工表面

32、完整性改善加工表面完整性 超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速主軸超高速主軸 高速磨削主軸上要有連續(xù)自動(dòng)動(dòng)平衡系統(tǒng)，高速磨削主軸上要有連續(xù)自動(dòng)動(dòng)平衡系統(tǒng)，以便能把動(dòng)不平衡引起的振動(dòng)降低到最小程以便能把動(dòng)不平衡引起的振動(dòng)降低到最小程度度機(jī)電動(dòng)平衡系統(tǒng)機(jī)電動(dòng)平衡系統(tǒng) 超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削砂輪超高速磨削砂輪 超高速磨削用砂輪應(yīng)具有強(qiáng)度高、抗沖擊強(qiáng)超高速磨削用砂輪應(yīng)具有強(qiáng)度高、抗沖擊強(qiáng)度高、耐熱性好、微破碎性好、雜質(zhì)含量低度高、耐熱性好、微破碎性好、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)等優(yōu)點(diǎn) 高速磨削砂輪的基體設(shè)計(jì)必須考慮高轉(zhuǎn)速時(shí)高速磨削砂輪的基體設(shè)計(jì)必須考慮高轉(zhuǎn)速時(shí)離心力的作用，

33、并根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行優(yōu)化離心力的作用，并根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合進(jìn)行優(yōu)化高速砂輪的結(jié)構(gòu)和形狀優(yōu)化高速砂輪的結(jié)構(gòu)和形狀優(yōu)化 超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削砂輪超高速磨削砂輪 超高速砂輪的修整超高速砂輪的修整 在磨削過程中，砂輪變鈍或由于磨損而失去正確在磨削過程中，砂輪變鈍或由于磨損而失去正確的幾何形狀，必須進(jìn)行及時(shí)修整。修整分為整形的幾何形狀，必須進(jìn)行及時(shí)修整。修整分為整形和修銳兩個(gè)過程。整形是使砂輪達(dá)到要求的幾何和修銳兩個(gè)過程。整形是使砂輪達(dá)到要求的幾何形狀和精度。修銳就是使磨粒凸出結(jié)合劑，產(chǎn)生形狀和精度。修銳就是使磨粒凸出結(jié)合劑，產(chǎn)生必要的容屑空間，使砂輪達(dá)到較佳的磨削能力必要的容屑空

34、間，使砂輪達(dá)到較佳的磨削能力 常用的整形方法有車削法、磨削法、金剛石滾輪常用的整形方法有車削法、磨削法、金剛石滾輪法，電火花和激光法等新的整形法也正在研究中法，電火花和激光法等新的整形法也正在研究中超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削的關(guān)鍵技術(shù)超高速磨削的磨削液及其注入系統(tǒng)超高速磨削的磨削液及其注入系統(tǒng) 磨削液分為兩大類：油基磨削液和水基磨削磨削液分為兩大類：油基磨削液和水基磨削液（包括乳化液）。油基磨削液潤滑性優(yōu)于液（包括乳化液）。油基磨削液潤滑性優(yōu)于水基磨削液，但水基磨削液冷卻效果好水基磨削液，但水基磨削液冷卻效果好 常用的磨削液注入方法有：手工供液法、澆常用的磨削液注入方法有：手工供液法、澆注

35、法、高壓噴射法、空氣擋板輔助截?cái)鄽饬髯⒎ā⒏邏簢娚浞?、空氣擋板輔助截?cái)鄽饬鞣ā⑸拜唭?nèi)冷卻法、利用開槽砂輪法等。為法、砂輪內(nèi)冷卻法、利用開槽砂輪法等。為提高冷卻潤滑效果，通常將多種方法綜合使提高冷卻潤滑效果，通常將多種方法綜合使用用 超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù)的技術(shù)范圍超精密加工技術(shù)的技術(shù)范圍超精密加工機(jī)理超精密加工機(jī)理超精密加工是從被加工表面去除一超精密加工是從被加工表面去除一層微量的表面層，包括超精密切削、超精密磨削和超層微量的表面層，包括超精密切削、超精密磨削和超精密特種加工等。當(dāng)然，超精密加工也應(yīng)服從一般加精密特種加工等。當(dāng)然，超精密加工也應(yīng)服從一般加工方法的普遍規(guī)律，但

36、也有不少其自身的特殊性，如工方法的普遍規(guī)律，但也有不少其自身的特殊性，如刀具的磨損、積屑瘤的生成規(guī)律、磨削機(jī)理、加工參刀具的磨損、積屑瘤的生成規(guī)律、磨削機(jī)理、加工參數(shù)對(duì)表面質(zhì)量的影響等數(shù)對(duì)表面質(zhì)量的影響等超精密加工的刀具、磨具及其制備技術(shù)超精密加工的刀具、磨具及其制備技術(shù)包括金剛石包括金剛石刀具的制備和刃磨、超硬砂輪的修整以及相應(yīng)的高精刀具的制備和刃磨、超硬砂輪的修整以及相應(yīng)的高精度、高剛度夾具的制備等是超精密加工的重要的關(guān)鍵度、高剛度夾具的制備等是超精密加工的重要的關(guān)鍵技術(shù)技術(shù)超精密加工機(jī)床設(shè)備超精密加工機(jī)床設(shè)備超精密加工對(duì)機(jī)床設(shè)備有高精超精密加工對(duì)機(jī)床設(shè)備有高精度、高剛度、高的抗振性、高穩(wěn)

37、定性和高自動(dòng)化的要度、高剛度、高的抗振性、高穩(wěn)定性和高自動(dòng)化的要求，具有微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)求，具有微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)超精密加工技術(shù)的技術(shù)范圍超精密加工技術(shù)的技術(shù)范圍精密測(cè)量及補(bǔ)償技術(shù)精密測(cè)量及補(bǔ)償技術(shù)超精密加工必須有相應(yīng)級(jí)別的測(cè)超精密加工必須有相應(yīng)級(jí)別的測(cè)量技術(shù)和裝置，形成加工和檢測(cè)一體化。檢測(cè)有三種方量技術(shù)和裝置，形成加工和檢測(cè)一體化。檢測(cè)有三種方法：離線檢測(cè)、在位檢測(cè)、在線檢測(cè)。目前，高精度的法：離線檢測(cè)、在位檢測(cè)、在線檢測(cè)。目前，高精度的尺寸、形狀、位置精度可采用電子測(cè)微儀、電感測(cè)微儀、尺寸、形狀、位置精度可采用電子測(cè)微儀、電感測(cè)微儀、電容測(cè)微儀、自準(zhǔn)直儀、激光干涉儀來測(cè)量。表面粗糙電容測(cè)微儀、自準(zhǔn)

38、直儀、激光干涉儀來測(cè)量。表面粗糙度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀進(jìn)行接觸測(cè)量。度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀進(jìn)行接觸測(cè)量。表面應(yīng)力、表面微裂紋、表面變質(zhì)層深度缺陷可用表面應(yīng)力、表面微裂紋、表面變質(zhì)層深度缺陷可用X X光光衍射法、激光干涉法、超聲波法來測(cè)量衍射法、激光干涉法、超聲波法來測(cè)量嚴(yán)格的工作環(huán)境嚴(yán)格的工作環(huán)境超精密加工必須在超穩(wěn)定的工作環(huán)境超精密加工必須在超穩(wěn)定的工作環(huán)境下進(jìn)行，才能達(dá)到在精度和表面質(zhì)量上的技術(shù)參數(shù)，加下進(jìn)行，才能達(dá)到在精度和表面質(zhì)量上的技術(shù)參數(shù)，加工環(huán)境的極微小的變化都可能影響加工精度。因而，超工環(huán)境的極微小的變化都可能影響加工精度。因而，超精密加工必須具備各種物

39、理效應(yīng)恒定的工作環(huán)境，工作精密加工必須具備各種物理效應(yīng)恒定的工作環(huán)境，工作環(huán)境的條件主要有溫度、濕度、凈化、防震等方面的要環(huán)境的條件主要有溫度、濕度、凈化、防震等方面的要求，如恒溫室、凈化間、防振和隔振地基等；有時(shí)尚有求，如恒溫室、凈化間、防振和隔振地基等；有時(shí)尚有噪聲、光、靜電、電磁、放射線等方面的特殊要求噪聲、光、靜電、電磁、放射線等方面的特殊要求超精密加工的應(yīng)用與發(fā)展超精密加工的應(yīng)用與發(fā)展在超精密加工技術(shù)方面，美國是開展研究最早的在超精密加工技術(shù)方面，美國是開展研究最早的國家，也是迄今處于世界領(lǐng)先地位的國家。早在國家，也是迄今處于世界領(lǐng)先地位的國家。早在5050年代末，由于航天等尖端技術(shù)

40、發(fā)展的需要，美年代末，由于航天等尖端技術(shù)發(fā)展的需要，美國首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術(shù)，并國首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術(shù)，并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床，用于發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床，用于加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用加工激光核聚變反射鏡、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈及載人飛船用球面非球面大型零件球面非球面大型零件日本在用于聲、光、圖象、辦公設(shè)備中的小型、日本在用于聲、光、圖象、辦公設(shè)備中的小型、超小型電子和光學(xué)零件的超精密加工技術(shù)方面，超小型電子和光學(xué)零件的超精密加工技術(shù)方面，是更加先進(jìn)和具有優(yōu)勢(shì)的，甚至超過了美國是更加先進(jìn)和具有優(yōu)勢(shì)的，甚至超過了美國超精密加工的應(yīng)

41、用與發(fā)展超精密加工的應(yīng)用與發(fā)展我國的超精密加工技術(shù)在我國的超精密加工技術(shù)在7070年代末期有了長足進(jìn)年代末期有了長足進(jìn)步，步，8080年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機(jī)床和部件。北京機(jī)床研究所是國內(nèi)進(jìn)行超精密加床和部件。北京機(jī)床研究所是國內(nèi)進(jìn)行超精密加工技術(shù)研究的主要單位之一，研制出了多種不同工技術(shù)研究的主要單位之一，研制出了多種不同類型的超精密機(jī)床、部件和相關(guān)的高精度測(cè)試儀類型的超精密機(jī)床、部件和相關(guān)的高精度測(cè)試儀器等器等 超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)是：向更高精度、更高是：向更高精度、更高效率方向發(fā)展；向大型化、微型化方向發(fā)展；向效率方

42、向發(fā)展；向大型化、微型化方向發(fā)展；向加工檢測(cè)一體化方向發(fā)展；機(jī)床向多功能模塊化加工檢測(cè)一體化方向發(fā)展；機(jī)床向多功能模塊化方向發(fā)展；不斷探討適合于超精密加工的新原理、方向發(fā)展；不斷探討適合于超精密加工的新原理、新方法、新材料新方法、新材料 超精密切削加工超精密切削加工 超精密切削超精密切削主要是指超精密金剛石刀具切削，例主要是指超精密金剛石刀具切削，例如加工各種鏡面等。超精密切削是一項(xiàng)內(nèi)容廣泛如加工各種鏡面等。超精密切削是一項(xiàng)內(nèi)容廣泛的新技術(shù)，它的加工精度和表面質(zhì)量是由所使用的新技術(shù)，它的加工精度和表面質(zhì)量是由所使用的機(jī)床設(shè)備、金剛石刀具、加工工藝、測(cè)量和誤的機(jī)床設(shè)備、金剛石刀具、加工工藝、測(cè)量

43、和誤差補(bǔ)償技術(shù)、操作者的水平以及環(huán)境條件來決定差補(bǔ)償技術(shù)、操作者的水平以及環(huán)境條件來決定的。金剛石刀具是其中非常重要的一項(xiàng)，它是精的。金剛石刀具是其中非常重要的一項(xiàng)，它是精密超精密切削的關(guān)鍵密超精密切削的關(guān)鍵金剛石刀具超精密加工技術(shù)，主要應(yīng)用于兩個(gè)方金剛石刀具超精密加工技術(shù)，主要應(yīng)用于兩個(gè)方面：?jiǎn)渭拇笮统芰慵那邢骷庸ず痛罅可妫簡(jiǎn)渭拇笮统芰慵那邢骷庸ず痛罅可a(chǎn)的中小型零件的超精密加工技術(shù)產(chǎn)的中小型零件的超精密加工技術(shù) 超精密切削加工超精密切削加工 超精密切削對(duì)刀具的要求超精密切削對(duì)刀具的要求極高的硬度、耐用度和彈性模量極高的硬度、耐用度和彈性模量，以保證刀，以保證刀具有很長的壽

44、命和很高的尺寸耐用度具有很長的壽命和很高的尺寸耐用度刃口能磨得極其鋒銳，刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小刃口半徑值極小，能，能實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度實(shí)現(xiàn)超薄的切削厚度刀刃無缺陷刀刃無缺陷，因切削時(shí)刃形將復(fù)印在加工表，因切削時(shí)刃形將復(fù)印在加工表面上，而不能得到超光滑的鏡面面上，而不能得到超光滑的鏡面與工件材料的抗粘結(jié)性好、化學(xué)親和性小、與工件材料的抗粘結(jié)性好、化學(xué)親和性小、摩擦因數(shù)低摩擦因數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性，能得到極好的加工表面完整性超精密切削加工超精密切削加工 金剛石刀具的性能特征金剛石刀具的性能特征具有極高的硬度具有極高的硬度能磨出及其鋒銳的刃口，且切削刃沒有缺口、能磨出及其鋒銳

45、的刃口，且切削刃沒有缺口、崩刃等現(xiàn)象崩刃等現(xiàn)象 熱化學(xué)性能優(yōu)越，具有導(dǎo)熱性能好，與有色熱化學(xué)性能優(yōu)越，具有導(dǎo)熱性能好，與有色金屬間的摩擦因數(shù)低、親和力小的特征金屬間的摩擦因數(shù)低、親和力小的特征 耐磨性好，刀刃強(qiáng)度高耐磨性好，刀刃強(qiáng)度高 超精密切削加工超精密切削加工 刀刃半徑對(duì)加工質(zhì)量的影響刀刃半徑對(duì)加工質(zhì)量的影響刀刃刃口半徑越小，刀刃鋒銳度越好。實(shí)際刀刃刃口半徑越小，刀刃鋒銳度越好。實(shí)際生產(chǎn)中，刀刃鋒銳度對(duì)加工質(zhì)量有很大的影生產(chǎn)中，刀刃鋒銳度對(duì)加工質(zhì)量有很大的影響，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)證明，它主要表現(xiàn)在以下響，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)證明，它主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：幾個(gè)方面：刀刃鋒銳度越好，刀刃鋒銳度越好，加工表

46、面粗糙度值越小加工表面粗糙度值越小刀刃鋒銳度越好，刀刃鋒銳度越好，切削變形和切削力越小切削變形和切削力越小刀刃鋒銳度越好，切削表面層的刀刃鋒銳度越好，切削表面層的冷硬現(xiàn)象和組織冷硬現(xiàn)象和組織位錯(cuò)現(xiàn)象越小位錯(cuò)現(xiàn)象越小刀刃鋒銳度越好，刀刃鋒銳度越好，加工表面殘留應(yīng)力越小加工表面殘留應(yīng)力越小超精密磨削加工超精密磨削加工 超精密磨削超精密磨削，是指加工精度達(dá)到或高，是指加工精度達(dá)到或高于于 、表面粗糙度低于、表面粗糙度低于 的一種亞的一種亞微米級(jí)加工方法，并正向納米級(jí)發(fā)展微米級(jí)加工方法，并正向納米級(jí)發(fā)展超精密磨削的關(guān)鍵在于砂輪的選擇、砂超精密磨削的關(guān)鍵在于砂輪的選擇、砂輪的修整、磨削用量和高精度的磨削

47、機(jī)輪的修整、磨削用量和高精度的磨削機(jī)床床 磨削加工磨削加工可分為砂輪磨削、砂帶磨削，可分為砂輪磨削、砂帶磨削，以及研磨、珩磨和拋光等加工方法以及研磨、珩磨和拋光等加工方法0.1 m0.025aRm超精密磨削加工超精密磨削加工 超精密磨削砂輪超精密磨削砂輪 在超精密磨削中所使用的砂輪，其材在超精密磨削中所使用的砂輪，其材料多為金剛石、立方氮化硼磨料，因料多為金剛石、立方氮化硼磨料，因其硬度極高，故一般稱為其硬度極高，故一般稱為超硬磨料砂超硬磨料砂輪輪 超精密磨削加工超精密磨削加工 超精密磨削砂輪超精密磨削砂輪 超精密磨削砂輪的修整超精密磨削砂輪的修整在線電解修整法在線電解修整法（Electrol

48、ytic in-Process Electrolytic in-Process DressingDressing， ELIDELID）。）。 砂輪通過電刷接電源正極砂輪通過電刷接電源正極, , 根據(jù)砂輪的形狀制造一個(gè)導(dǎo)電性能良好的電極根據(jù)砂輪的形狀制造一個(gè)導(dǎo)電性能良好的電極接電源的負(fù)極接電源的負(fù)極, , 電極與砂輪表面之間有一定的間電極與砂輪表面之間有一定的間隙隙, , 從噴嘴中噴出的具有電解作用的磨削液進(jìn)入從噴嘴中噴出的具有電解作用的磨削液進(jìn)入該間隙后該間隙后, , 在電流的作用下在電流的作用下, , 砂輪的金屬基體作為砂輪的金屬基體作為陽極被電解陽極被電解, , 使砂輪中的磨粒露出表面使砂

49、輪中的磨粒露出表面, , 形成一定形成一定的出刃高度和容屑空間的出刃高度和容屑空間, , 隨著電解過程的進(jìn)行隨著電解過程的進(jìn)行, , 在在砂輪表面逐漸形成一層鈍化膜砂輪表面逐漸形成一層鈍化膜, , 阻止電解過程的阻止電解過程的繼續(xù)進(jìn)行繼續(xù)進(jìn)行, , 使砂輪損耗不致太快。當(dāng)砂輪表面的使砂輪損耗不致太快。當(dāng)砂輪表面的磨粒磨損后磨粒磨損后, , 鈍化膜被工件材料刮擦去除繼續(xù)進(jìn)鈍化膜被工件材料刮擦去除繼續(xù)進(jìn)行行, , 以對(duì)砂輪表面進(jìn)一步修整以對(duì)砂輪表面進(jìn)一步修整超精密磨削加工超精密磨削加工 電火花修整法電火花修整法（Electric Spark DressingElectric Spark Dress

50、ing）。將）。將電源的正、負(fù)極分別接于被修整超硬磨料砂輪電源的正、負(fù)極分別接于被修整超硬磨料砂輪和修整器和修整器( (石墨電極石墨電極) )，其原理是電火花放電加，其原理是電火花放電加工。電火花整形過程中，鐵基結(jié)合劑砂輪與工工。電火花整形過程中，鐵基結(jié)合劑砂輪與工具電極間產(chǎn)生的電火花放電脈沖在砂輪表面形具電極間產(chǎn)生的電火花放電脈沖在砂輪表面形成放電凹坑。在重復(fù)放電過程中，放電凹坑相成放電凹坑。在重復(fù)放電過程中，放電凹坑相互重疊，逐漸將砂輪修整到所需形狀互重疊，逐漸將砂輪修整到所需形狀超精密磨削加工超精密磨削加工 激光修銳技術(shù)激光修銳技術(shù)（Laser Assisted DressingLase

51、r Assisted Dressing）利用光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦成極小的光斑利用光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦成極小的光斑作用于砂輪表面，可在極短的時(shí)間內(nèi)使砂作用于砂輪表面，可在極短的時(shí)間內(nèi)使砂輪局部表面的材料熔化或氣化。用激光修輪局部表面的材料熔化或氣化。用激光修整超硬磨料砂輪時(shí)，如果激光功率密度足整超硬磨料砂輪時(shí)，如果激光功率密度足夠高，可同時(shí)去除砂輪表面的磨粒和結(jié)合夠高，可同時(shí)去除砂輪表面的磨粒和結(jié)合劑，通過控制砂輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使砂輪獲劑，通過控制砂輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，使砂輪獲得精確的幾何形狀，達(dá)到整形的目的得精確的幾何形狀，達(dá)到整形的目的超精密磨削加工超精密磨削加工 磨削速度和磨削液磨削速度和磨削液金

52、剛石金剛石砂輪磨削速度砂輪磨削速度一般不能很高，根據(jù)磨削方式、砂一般不能很高，根據(jù)磨削方式、砂輪結(jié)合劑和冷卻情況的不同，其磨削速度為輪結(jié)合劑和冷卻情況的不同，其磨削速度為121230m30ms s。磨削速度太低，單顆磨粒的切屑厚度過大，不但使。磨削速度太低，單顆磨粒的切屑厚度過大，不但使工件表面粗糙度值增加，而且也使金剛石砂輪磨損增加；工件表面粗糙度值增加，而且也使金剛石砂輪磨損增加；磨削速度提高，可使工件表面粗糙度值降低，但磨削溫磨削速度提高，可使工件表面粗糙度值降低，但磨削溫度將隨之升高，而金剛石的熱穩(wěn)定性只有度將隨之升高，而金剛石的熱穩(wěn)定性只有700700800800，因此金剛石砂輪的磨

53、損也會(huì)增加。所以，應(yīng)根據(jù)具體情因此金剛石砂輪的磨損也會(huì)增加。所以，應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適磨削速度況選擇合適磨削速度 磨削液磨削液被分為油性液和水溶性液兩大類，油性液主要成被分為油性液和水溶性液兩大類，油性液主要成分是礦物油，其潤滑性能好，主要有全損耗系統(tǒng)油（機(jī)分是礦物油，其潤滑性能好，主要有全損耗系統(tǒng)油（機(jī)油）、煤油、輕質(zhì)柴油等；水溶性液主要成分是水，其油）、煤油、輕質(zhì)柴油等；水溶性液主要成分是水，其冷卻性能好，主要有乳化液、無機(jī)鹽水溶液、化學(xué)合成冷卻性能好，主要有乳化液、無機(jī)鹽水溶液、化學(xué)合成液等液等超精密研磨、拋光加工超精密研磨、拋光加工 研磨研磨時(shí)，研具在一定的壓力下與加工面作時(shí)，研具在

54、一定的壓力下與加工面作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。研具和工件之間的磨粒復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。研具和工件之間的磨粒和研磨劑在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，分別起機(jī)械切削和研磨劑在相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，分別起機(jī)械切削作用和物理、化學(xué)作用，使磨粒能從工作作用和物理、化學(xué)作用，使磨粒能從工作表面上切去極微薄的一層材料。從而得到表面上切去極微薄的一層材料。從而得到極高尺寸精度和精確的表面極高尺寸精度和精確的表面拋光拋光也和研磨一樣，是將研磨劑擦抹在拋也和研磨一樣，是將研磨劑擦抹在拋光器上對(duì)工件進(jìn)行拋光加工光器上對(duì)工件進(jìn)行拋光加工 超精密特種加工超精密特種加工 激光束加工激光束加工激光加工激光加工是一種利用材料在激光聚焦照射是一種利用材料在激光聚焦照

55、射下瞬時(shí)急劇熔化和氣化，并產(chǎn)生很強(qiáng)的沖下瞬時(shí)急劇熔化和氣化，并產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊波，使被熔化的物質(zhì)爆炸式地噴濺來實(shí)擊波，使被熔化的物質(zhì)爆炸式地噴濺來實(shí)現(xiàn)材料去除的加工技術(shù)現(xiàn)材料去除的加工技術(shù)固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖固體激光器的結(jié)構(gòu)示意圖 超精密特種加工超精密特種加工 電子束加工電子束加工電子束加工電子束加工是在真空條件下，利用電子槍中是在真空條件下，利用電子槍中產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后形成的能量密度產(chǎn)生的電子經(jīng)加速、聚焦后形成的能量密度極高的電子束流，以極高的速度轟擊到工件極高的電子束流，以極高的速度轟擊到工件被加工部位極小面積上，在極短時(shí)間（幾分被加工部位極小面積上，在極短時(shí)間（幾分之一微秒）內(nèi)，

56、其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，之一微秒）內(nèi)，其能量大部分轉(zhuǎn)換為熱能，導(dǎo)致該部位的材料達(dá)到攝氏幾千度以上的高導(dǎo)致該部位的材料達(dá)到攝氏幾千度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化或氣化，被真溫，從而引起材料的局部熔化或氣化，被真空系統(tǒng)抽走；或者利用能量密度較低的電子空系統(tǒng)抽走；或者利用能量密度較低的電子束轟擊高分子材料，使它的分子鏈切斷或重束轟擊高分子材料，使它的分子鏈切斷或重新聚合，從而使高分子材料的化學(xué)性質(zhì)和分新聚合，從而使高分子材料的化學(xué)性質(zhì)和分子量產(chǎn)生變化，進(jìn)行加工子量產(chǎn)生變化，進(jìn)行加工超精密特種加工超精密特種加工 離子束加工離子束加工在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的

57、離子束經(jīng)過加速聚焦，使之打擊到工件表面，從而過加速聚焦，使之打擊到工件表面，從而對(duì)工件進(jìn)行加工。對(duì)工件進(jìn)行加工。 離子束加工按照其所利用的物理效應(yīng)和達(dá)離子束加工按照其所利用的物理效應(yīng)和達(dá)到的目的不同，可以分為四類，即利用離到的目的不同，可以分為四類，即利用離子撞擊效應(yīng)和濺射效應(yīng)的子撞擊效應(yīng)和濺射效應(yīng)的離子刻蝕離子刻蝕、離子離子濺射沉積濺射沉積、離子鍍離子鍍以及利用注入效應(yīng)的以及利用注入效應(yīng)的離離子注入子注入。前兩種屬于成形加工，后兩種屬。前兩種屬于成形加工，后兩種屬于特殊表面層制備于特殊表面層制備 超精密加工機(jī)床設(shè)備超精密加工機(jī)床設(shè)備 超精密加工機(jī)床應(yīng)具有：高精度、高剛超精密加工機(jī)床應(yīng)具有：高

58、精度、高剛度、高穩(wěn)定性、高自動(dòng)化的特征度、高穩(wěn)定性、高自動(dòng)化的特征 精密主軸部件精密主軸部件超精密機(jī)床的主軸廣泛采用液體靜壓軸承和空氣超精密機(jī)床的主軸廣泛采用液體靜壓軸承和空氣靜壓軸承靜壓軸承典型液體靜壓軸承主軸結(jié)構(gòu)原理圖典型液體靜壓軸承主軸結(jié)構(gòu)原理圖 超精密加工機(jī)床設(shè)備超精密加工機(jī)床設(shè)備 床身和精密導(dǎo)軌床身和精密導(dǎo)軌床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，應(yīng)具有抗振衰減能床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，應(yīng)具有抗振衰減能力強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的要求力強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的要求超精密機(jī)床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運(yùn)動(dòng)超精密機(jī)床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運(yùn)動(dòng)精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損，精度，不能有

59、爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損，因而液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)因而液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌，均具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無爬行、摩擦因數(shù)接軌，均具有運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、無爬行、摩擦因數(shù)接近于零的特點(diǎn)，在超精密機(jī)床中得到廣泛的近于零的特點(diǎn)，在超精密機(jī)床中得到廣泛的使用使用超精密加工機(jī)床設(shè)備超精密加工機(jī)床設(shè)備 微量進(jìn)給裝置微量進(jìn)給裝置 高精度微量進(jìn)給裝置是超精密機(jī)床的一個(gè)關(guān)高精度微量進(jìn)給裝置是超精密機(jī)床的一個(gè)關(guān)鍵裝置，它對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄切削、高精度尺寸加鍵裝置，它對(duì)實(shí)現(xiàn)超薄切削、高精度尺寸加工和實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償有著十分重要的作用。工和實(shí)現(xiàn)在線誤差補(bǔ)償有著十分重要的作用。目前，高精度微量進(jìn)給裝置分辨率已可達(dá)到目

60、前，高精度微量進(jìn)給裝置分辨率已可達(dá)到0.0010.0010.010.01微量進(jìn)給裝置有機(jī)械或液壓傳動(dòng)式、彈性變微量進(jìn)給裝置有機(jī)械或液壓傳動(dòng)式、彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、壓電陶瓷式等多種結(jié)構(gòu)形式式、壓電陶瓷式等多種結(jié)構(gòu)形式m微細(xì)加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù) 微機(jī)械概述微機(jī)械概述 微機(jī)械概念微機(jī)械概念微機(jī)械微機(jī)械在美國常稱之為微型機(jī)電系統(tǒng)在美國常稱之為微型機(jī)電系統(tǒng)( (Micro Micro Electro-Machanical SystemsElectro-Machanical Systems，MEMSMEMS) )，在日，在日本稱為微機(jī)械本稱