超高速超精密加工技術(shù)課件

1、超高速及超精密加工技術(shù) 工程訓(xùn)練中心 姓名：黨長春 學(xué)號：2162224026 超高速加工技術(shù)高速加工的概念與特征高速加工的切削速度范圍高速加工的切削理論高速切削加工的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)高速加工技術(shù)： 采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動的自動化制造設(shè)備，極大地提高材料的切除率，并保證加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)。 超高速加工包括超高速切削和超高速磨削。 超高速切削（Super High-speed Cutting）:采用比常規(guī)速度高得多的切削速度進(jìn)行加工的一種高效新工藝方法。以切削速度和進(jìn)給速度界定： 高速加工的切削速度和進(jìn)給速度為普通切削的510倍。以主軸轉(zhuǎn)

2、速界定：高速加工的主軸轉(zhuǎn)速10000 r/min。高速加工的概念與特征切削力低 切削變形小，切屑流出速度加快，切削力 比常規(guī)降低30-90%，可高質(zhì)量地加工出薄壁零件； 高速加工的特點(diǎn)材料切除率高 單位時(shí)間內(nèi)切除率可提高3-5倍；圖 3 加工零件高精度 切削激振頻率遠(yuǎn)高于機(jī)床系統(tǒng)固有頻率， 加工平穩(wěn)、振動小；減少工序 工件加工可在一道工序中完成，稱為 “一次過”技術(shù)（One pass machining）。 A為高速切削加工時(shí)的熱傳導(dǎo)過程 B為傳統(tǒng)加工的熱傳導(dǎo)過程 圖4 熱傳導(dǎo)對比圖熱變形小 溫升不超過3C，90%切削熱被切屑帶走；高速切削加工應(yīng)用（1）航空航天領(lǐng)域。 大型整體結(jié)構(gòu)件、薄壁類零

3、件和葉輪零件等。 波音公司的F15戰(zhàn)斗機(jī)的起動減速板鋁合金整體零件： 整體零件“掏空”， 切除量大 零件有薄壁，要求小 切削力 小直徑刀具 較長的刀具懸伸 高速銑削典型工件（3）模具制造。 采用高速加工縮短模具制作周期（日產(chǎn)汽車公司）與最終尺寸差值/mm加工時(shí)間 100 %1010.10.010.001粗加工精加工手工精修傳統(tǒng)加工方法高速切削少量手工精修 （4）難加工材料領(lǐng)域。硬金屬材料（HRC5562），可代替磨削，精度可達(dá)IT5IT6級，粗糙度可達(dá)0.21um。 （5）超精密微細(xì)切削加工領(lǐng)域。粗銑整體鋁板；精銑去口；鉆680個(gè)直徑為3mm的小孔。 時(shí)間為32min。 高速切削加工醫(yī)用藥盒前

4、輔助軸承電主軸雙面軸向推力軸承前徑向軸承后徑向軸承后輔助軸承前徑向傳感器后徑向傳感器軸向傳感器圖18 磁浮軸承高速主軸 磁浮軸承主軸結(jié)構(gòu) 2.快速進(jìn)給系統(tǒng) 具有大的加減速度以及高的定位精度。 普遍采用交流伺服電機(jī)代替直流伺服電機(jī)。 快速進(jìn)給速度：VCN510C-加工中心進(jìn)給速度：36m/min. VMC650立式加工中心進(jìn)給速度：10m/min. CAK6136V/750快速進(jìn)給速度：7.6m/min 工作進(jìn)給速度：高規(guī)格的加工中心快速進(jìn)給速度可達(dá)到 60m/min. 工作進(jìn)給速度低于40m/min. 3.超高速加工用刀具、磨具 超高速加工用刀具、磨具主要指超高速銑削用刀具和超高速磨削用砂輪。

5、 技術(shù)要求：較強(qiáng)的硬度和耐磨性、較高的強(qiáng)度和韌性、高的耐熱性和抗沖擊性。 刀具切削刃主要材料：聚晶金剛石（PCD）、立方氮化硼（CBN）、氧化硅陶瓷材料。金剛石刀具1957年美國通用電器(GE) 公司采用與金剛石制造方法相似的方法，合成于第二種超硬材料立方氮化棚(CBN)。CBN有單晶體和多晶體之分，即CBN 單晶和聚晶立方氮化棚( 簡稱PCBN)。CBN與金剛石的硬度相近，又具有高于金剛石的熱穩(wěn)定性和對鐵族元素的高化學(xué)穩(wěn)定性。各種焊接的PCBN刀具立方氮化硼刀具 精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對位加工

6、車床,銑床卡尺加工設(shè)備測量儀器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動測微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測長儀圓度儀輪廓儀激光高精度測長儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份精密與超精密加工定義 精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01m；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1m，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm 精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國陀螺儀球圓度0.1m，粗糙度Ra0.01m，導(dǎo)彈命中精

7、度控制在50m范圍內(nèi)；英國飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60m降至12m，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4m減小1m，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍 精密與超精密加工的地位金剛石車床加工4.5mm陶瓷球 金剛石車床及其加工照片精密與超精密磨削 磨削是保證產(chǎn)品的精度和質(zhì)量的最后一道工序。 超精密磨削和磨料加工是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉對硬脆材料進(jìn)行加工的方法。 砂輪材料：金剛石，立方氮化硼（CBN） 可加工各種高硬度、高脆性金屬及非金屬材料（鐵金屬用CBN） 耐磨性好，耐用度高，磨削能力強(qiáng)，磨削效率高 磨削力小，磨削溫度低，加工表面好 特點(diǎn)： 分整形與修銳（去除結(jié)合劑，露出磨粒）兩

8、步進(jìn)行 常用方法: 用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修整，獲得所需形狀； 電解修銳（適用于金屬結(jié)合劑砂輪），效果好，并可在線修整 砂輪修整：2、超精密砂輪磨削技術(shù)砂帶：帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對運(yùn)動，進(jìn)行磨削或拋光。有開式和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等（圖2-11）。接觸輪硬磁盤裝在主軸真空吸盤上圖2-9 砂帶磨削示意圖V砂帶砂帶輪卷帶輪F-徑向進(jìn)給f-徑向振動3、 精密與超精密砂帶磨削 幾種常見砂帶磨削方式a）砂帶無心外圓磨削（導(dǎo)輪式） 工件導(dǎo)輪接觸輪主動輪砂帶工件接觸輪主動輪砂帶b）砂帶定心外圓磨削（接觸輪式）c）砂帶定心外圓

9、磨削（接觸輪式）工件接觸輪主動輪砂帶接觸輪砂帶工件d）砂帶內(nèi)圓磨削（回轉(zhuǎn)式）工件支承板主動輪砂帶工作臺e）砂帶平面磨削（支承板式）f）砂帶平面磨削（支承輪式）支承輪工件砂帶接觸輪 4.超精密研磨與拋光 研磨和拋光都是利用研磨劑使工件與研具之間通過相對復(fù)雜的軌跡而獲得高質(zhì)量、高精度的加工方法。 1、研磨加工的機(jī)制和特點(diǎn) 研磨加工，通常是使用在1m到十幾m大小的氧化鋁和碳化硅等磨粒和鑄鐵等硬質(zhì)材料的研具之間并借助機(jī)床提供的復(fù)雜運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)零件表面加工軌跡高度不重合。 研磨時(shí)磨粒的工作狀態(tài)有以下三種： 1）磨粒在工件與研具之間進(jìn)行轉(zhuǎn)動。 2）由研具支承磨粒研磨加工面。 3）由工件支承磨粒研磨加工面。

10、2、拋光加工的機(jī)制和特點(diǎn) 拋光也和研磨一樣，是將研磨劑擦抹在拋光器上對工件進(jìn)行拋光加工。但是，拋光使用是磨粒是1m以下的微細(xì)磨粒，而拋光器則需使用瀝青、石蠟、合成樹脂、人造革、等軟質(zhì)材料制成，即使拋光硬脆材料也能加工出一點(diǎn)裂紋也沒有的鏡面。 3、超精密研磨和拋光的主要新技術(shù)（1）超精密研磨研磨普通的硬脆材料時(shí)，由于有微細(xì)的破碎，生成的切屑參于研磨。但是，如果研磨金屬材料時(shí)，則沒有破碎，而由磨粒取代進(jìn)行研磨。由于塑性變形生成切屑，利用微細(xì)的磨粒研磨經(jīng)熱處理研化的金屬材料和經(jīng)燒結(jié)的超硬材料時(shí)，加工單位變小，可用于拋光那樣表面零件的加工。由于研具是硬質(zhì)材料，對工件來說，塌邊越小，加工精度越高。（2）超精密拋光（3）液中研磨液中研磨法是將經(jīng)過超精密拋光或研磨的零件浸入在含磨粒的研磨劑中進(jìn)行，在充足的加工液中，借助水波效果，利用浮游的細(xì)小磨粒進(jìn)行加工，并對磨粒作用部分所產(chǎn)生的熱有極好的冷卻效果，對研磨時(shí)產(chǎn)生的微小沖擊也有緩沖效果。利用微細(xì)的磨刃、磨粒和聚氨酯研具研磨硅片時(shí)，可以得到無損傷高質(zhì)量的鏡面。（）機(jī)械化學(xué)研磨機(jī)械化學(xué)研磨加工機(jī)制是利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行機(jī)械研磨，有濕式和干式兩種研磨方法。（）化學(xué)機(jī)械拋光化學(xué)機(jī)械拋光是一種利用研磨液的腐蝕作用和磨粒的機(jī)械作用雙重作用的研磨方法。不使用磨粒而只利用具有腐蝕效果的加工液進(jìn)行摩擦拋光的