機(jī)械制造工藝發(fā)展趨勢

1機(jī)械制造工藝學(xué)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)展7.1

制造自動化技術(shù)的發(fā)展2023/12/1627.1.1制造自動化技術(shù)的主要形式

表1-1三種自動化形式比較比較項(xiàng)目剛性自動化柔性自動化綜合自動化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)

減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞動力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本

減輕工人勞動強(qiáng)度，節(jié)省勞動力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期

除左外，提高設(shè)計工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對市場的響應(yīng)能力控制對象物流物流物流，信息流特點(diǎn)

通過機(jī)、電、液氣等硬件控制方式實(shí)現(xiàn)，因而是剛性的，變動困難

以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的

不僅針對具體操作和工人的體力勞動，而且涉及腦力勞動以及設(shè)計、經(jīng)營管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備

自動機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手，自動生產(chǎn)線NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MSCAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù)

繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論

數(shù)控技術(shù)，計算機(jī)控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù)2023/12/1637.1.1制造自動化技術(shù)的主要形式圖7-1汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代2023/12/1647.1.1制造自動化技術(shù)的主要形式柔性自動化50年代圖7-2焊接機(jī)器人綜合自動化70年代圖7-3綜合自動化2023/12/1657.1.2自動化加工技術(shù)本節(jié)僅討論中小批量生產(chǎn)中廣泛使用的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）

柔性制造系統(tǒng)的組成

圖7-4FMS的組成自動倉庫工廠計算機(jī)中央計算機(jī)物流控制計算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站2023/12/1667.1.2自動化加工技術(shù)

加工單元CNC（MC）機(jī)床工作臺架（暫存工件）機(jī)器人或托盤交換裝置檢測、監(jiān)控裝置◆設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測（圖7-5）傳感器群信號采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測報告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識庫預(yù)維修知識庫學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報警預(yù)知故障報警輸出圖7-5設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測框圖2023/12/167

鉆頭破損檢測器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號或鉆頭破損模擬信號，與檢測信號進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號。7.1.2自動化加工技術(shù)◆加工過程監(jiān)控與檢測重點(diǎn)是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測。加工過程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測到鉆頭破損信號，將其送至鉆頭破損檢測器進(jìn)行處理。鉆頭破損檢測器圖7-6

聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺聲發(fā)射傳感器破損信號2023/12/1687.1.2自動化加工技術(shù)

物料傳輸系統(tǒng)又稱立體倉庫或自動化倉庫系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高層料架、堆垛機(jī)、控制計算機(jī)和物料識別裝置等組成。具有自動化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。◆

自動倉庫（圖7-7）圖7-7

自動倉庫運(yùn)輸小車出入庫裝卸站堆垛機(jī)料架2023/12/1697.1.2自動化加工技術(shù)◆

傳輸裝置滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆?，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）……傳送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人2023/12/16107.1.2自動化加工技術(shù)轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號拾取線圈引導(dǎo)電纜圖7-8電磁引導(dǎo)原理在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以5～10kHz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號拾取線圈。當(dāng)小車偏向右方時，右方的感應(yīng)信號減弱，左方的增強(qiáng)，控制器根據(jù)這些信號的強(qiáng)弱，控制小車的舵輪?！螂姶艑?dǎo)向方式原理（圖7-8）2023/12/16117.1.2自動化加工技術(shù)沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的舵輪?！蚬鈱W(xué)引導(dǎo)方式原理（圖7-9）信號孔感光元件光道光源反光帶圖7-9

光學(xué)引導(dǎo)原理2023/12/16127.1.2自動化加工技術(shù)◆

JCS-FMS-1控制級結(jié)構(gòu)中央管理計算機(jī)FM-11AD2+物流控制計算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)LAN文件庫自動編程機(jī)單元控制機(jī)CNC車床CNC磨床單元控制機(jī)立式MC臥式MC單元控制機(jī)CNC車床管理級單元級設(shè)備級圖7-10JCS-FMS-1控制級結(jié)構(gòu)2023/12/16137.1.2自動化加工技術(shù)FMS特點(diǎn)

除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動轉(zhuǎn)換

24小時運(yùn)行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對象為相似零件（個別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計劃、調(diào)度2023/12/16147.1.2自動化加工技術(shù)FMS應(yīng)用品種圖7-11零件品種、批量與自動化加工方式010

100

1000

批量10,000100010010FMLFMCFMS數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床剛性線生產(chǎn)柔性產(chǎn)量2023/12/16157.1.2自動化加工技術(shù)圖7-12飛機(jī)零件加工FMS（Cincinnati）1—裝卸站2—運(yùn)輸小車3—MC4—切屑處理站5—清洗站6—檢測站7—手工檢測站8—計算機(jī)室9—小車維修站10—包裝站FMS實(shí)例（1）2023/12/16167.1.2自動化加工技術(shù)沖床圖7-13沖壓FMSFMS實(shí)例（2）2023/12/1617十分之一原則：測量不準(zhǔn)確度≤工件容差的1/10三分之一原則：測量精密度≤工件許用精密度的1/3（用標(biāo)準(zhǔn)差σ表示）7.1.3自動檢測技術(shù)自動化傳送和裝卸被測件；自動完成檢測過程；傳送/裝卸與檢測過程全部自動化。

自動檢測內(nèi)容多采用傳感器/計算機(jī)反饋控制系統(tǒng)

自動檢測系統(tǒng)接觸式傳感器：檢測尺寸、形狀、相互位置非接觸式傳感器（光學(xué)、非光學(xué)）：無接觸變形，速度快

自動檢測傳感技術(shù)“十分之一”與“三分之一”原則2023/12/16187.1.3自動檢測技術(shù)離線檢測：過程穩(wěn)定，超差風(fēng)險小PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽樣離線檢測PROCAUTINSPMAN在線/過程中檢測反饋信號在線/過程后檢測PROCAUTINSPMANSORTAUT分類指令成品廢品圖7-14三類檢測

離線與在線檢測在線/過程中檢測：實(shí)時，瓶頸工序在線/過程后檢測：滯后時間短，應(yīng)用較多2023/12/16197.1.3自動檢測技術(shù)

坐標(biāo)測量機(jī)a）b）c）d）圖7-15坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式懸臂式結(jié)構(gòu)：測頭易于接近工件，剛性差橋式結(jié)構(gòu)：剛性好，應(yīng)用廣泛立柱式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與立車相似門架式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與門式起重機(jī)相似，用于大件測量2023/12/16207.1.3自動檢測技術(shù)

操作控制手動控制：人工完成計算機(jī)輔助手動控制：計算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計算計算機(jī)輔助電動控制：電機(jī)驅(qū)動測頭，計算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計算直接計算機(jī)控制：同CNC

編程方法示教再現(xiàn)編程：似機(jī)器人編程數(shù)控編程：離線2023/12/16217.1.3自動檢測技術(shù)

可完成測量項(xiàng)目表7-2坐標(biāo)測量機(jī)可完成的測量項(xiàng)目可完成的測量項(xiàng)目測量原理尺寸孔徑與孔中心線坐標(biāo)圓柱體軸心線與直徑球心坐標(biāo)與球面半徑平面度兩平面夾角兩平面的平行度兩條線的交點(diǎn)與交角由兩個給定面坐標(biāo)的差值確定尺寸測量孔上3點(diǎn)，計算確定孔徑與孔中心線坐標(biāo)測量圓柱面上3點(diǎn)，計算確定軸心線與直徑測量球面上4點(diǎn)，計算確定球心坐標(biāo)與球面半徑用3點(diǎn)接觸法測定，與理想平面比較確定平面度按平面上3個觸點(diǎn)最小值規(guī)定平面，再計算夾角根據(jù)兩平面交角確定平行度先確定兩線夾角，再測定交點(diǎn)2023/12/16227.1.3自動檢測技術(shù)

實(shí)物照片

2023/12/1623機(jī)械制造工藝學(xué)

第7章

制造技術(shù)的發(fā)7.2精密制造技術(shù)2023/12/16247.2.1精密與超精密加工技術(shù)◆精密加工——在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。超精密加工——在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。概述◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm20世紀(jì)40年代——最高精度1μm20世紀(jì)末——

精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm

，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細(xì)加工——微小尺寸的精密加工超微細(xì)加工——微小尺寸的超精密加工2023/12/1625

零件加工精度表面粗糙度激光光學(xué)零件形狀誤差0.1μmRa0.01～0.05μm

多面鏡平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁頭平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁盤波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm

雷達(dá)導(dǎo)波管平面度垂直度誤差＜0.1μmRa＜0.02μm

衛(wèi)星儀表軸承圓柱度誤差＜0.01μmRa＜0.002μm

天體望遠(yuǎn)鏡形狀誤差＜0.03μmRa＜0.01μm表7-3幾種典型精密零件的加工精度◆

幾種典型精密零件的加工精度（表7-3）◆精密加工與超精密加工的發(fā)展（圖7-17）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/16267.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-17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（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份2023/12/1627

精密與超精密加工技術(shù)是一個國家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，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0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導(dǎo)彈命中精度控制在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60μm降至12μm，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍

精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長點(diǎn)精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無疑會帶動和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展

精密與超精密加工地位7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1628結(jié)合加工

分類加工機(jī)理加工方法示例去除加工電物理加工電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工電解加工、蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光力學(xué)加工切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴(kuò)散、溶解）電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué)化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué)電鍍、電鑄熱熔化真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué)氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué)陽極氧化熱熔化摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長力物理離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理激光焊接、快速成形化學(xué)化學(xué)粘接變形加工熱流動精密鍛造、電子束流動加工、激光流動加工粘滯流動精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向液晶定向表7-4精密與超精密加工分類7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1629

直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。間接式進(jìn)化加工：借助于直接式“進(jìn)化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機(jī)，再用此工作母機(jī)加工工件。適用于批量生產(chǎn)?！簟斑M(jìn)化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同?！?/p>

微量切削機(jī)理◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。

精密與超精密加工特點(diǎn)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/16么么么么方面Sds絕對是假的31要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大?！?/p>

形成綜合制造工藝廣泛采用計算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量?！?/p>

與自動化技術(shù)聯(lián)系緊密精密與超精密加工設(shè)備造價高，難成系列。常常針對某一特定產(chǎn)品設(shè)計（如加工直徑3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）?！?/p>

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合◆

加工與檢測一體化精密檢測是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1632

切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行切削力＞原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá)13000N/mm2）刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量金剛石超精密加工技術(shù)

用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用，產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等加工有機(jī)玻璃和各種塑料典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視屏幕、照像機(jī)塑料鏡片、樹脂隱形眼鏡鏡片等◆應(yīng)用◆機(jī)理、特點(diǎn)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1633★

加工設(shè)備

要求高精度、高剛度、良好穩(wěn)定性、抗振性及數(shù)控功能等?！?/p>

關(guān)鍵技術(shù)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-18Moore金剛石車床回轉(zhuǎn)工作臺工件刀具主軸傳動帶主軸電機(jī)空氣墊刀具夾持器如美國Moore公司M-18AG金剛石車床，主軸采用空氣靜壓軸承，轉(zhuǎn)速5000轉(zhuǎn)/分，徑跳＜0.1μm；液體靜壓導(dǎo)軌，直線度達(dá)0.05μ/100mm；數(shù)控系統(tǒng)分辨率0.01μ。2023/12/1634車床主軸裝在橫向滑臺（X軸）上，刀架裝在縱向滑臺（Z軸）上?？山鉀Q兩滑臺的相互影響問題，而且縱、橫兩移動軸的垂直度可以通過裝配調(diào)整保證，生產(chǎn)成本較低，已成為當(dāng)前金剛石車床的主流布局。圖7-19T形布局的金剛石車床

T形布局（圖7-19）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1635金剛石車床加工4.5mm陶瓷球7.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖7-23金剛石車床及其加工照片2023/12/1636◆

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）兩步進(jìn)行常用方法—①用碳化硅砂輪（或金剛石筆）修整，獲得所需形狀；②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：超硬磨料砂輪精密與超精密磨削7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1637進(jìn)給＋－圖7-24ELID磨削原理電源金剛石砂輪（鐵纖維結(jié)合劑）冷卻液冷卻液電刷◆

ELID（ElectrolyticIn-ProcessDressing）使用ELID磨削，冷卻液為一種特殊電解液。通電后，砂輪結(jié)合劑發(fā)生氧化，氧化層阻止電解進(jìn)一步進(jìn)行。在切削力作用下，氧化層脫落，露出了新的鋒利磨粒。由于電解修銳連續(xù)進(jìn)行，砂輪在整個磨削過程保持同一鋒利狀態(tài)。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1638◆

塑性（延性）磨削

磨削脆性材料時，在一定工藝條件下，切屑形成與塑性材料相似，即通過剪切形式被磨粒從基體上切除下來。磨削后工件表面呈有規(guī)則紋理，無脆性斷裂凹凸不平，也無裂紋。塑性磨削工藝條件：（1）切削深度小于臨界切削深度，它與工件材料特性和磨粒的幾何形狀有關(guān)。一般臨界切削深度＜1μm。為此對機(jī)床要求：①高的定位精度和運(yùn)動精度。以免因磨粒切削深度超過1μm時，導(dǎo)致轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈阅ハ?。②高的剛性。因?yàn)樗苄阅ハ髑邢髁h(yuǎn)超過脆性磨削的水平，機(jī)床剛性低，會因切削力引起的變形而破壞塑性切屑形成的條件。（2）磨粒與工件的接觸點(diǎn)的溫度高到一定程度時，工件材料的局部物理特性會發(fā)生變化，導(dǎo)致切屑形成機(jī)理的變化（已有試驗(yàn)作支持）。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1639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（圖7-25）和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等（圖7-27）。接觸輪硬磁盤—裝在主軸真空吸盤上圖7-25

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◆

精密與超精密砂帶磨削7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1640圖7-26用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1641

幾種常見砂帶磨削方式（圖7-27）圖7-27幾種砂帶磨削形式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7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1642

砂帶磨削特點(diǎn)1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（Ra

值可達(dá)0.02μm）。3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱。4）制作簡單，價格低廉，使用方便。5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。磨粒規(guī)格涂層粘接劑基帶圖7-28靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu)2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上（圖7-28），摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好。7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1643工件小間隙加壓拋光輪懸浮液微粉(磨粒)圖7-29彈性發(fā)射加工原理拋光輪與工件表面形成小間隙，中間置拋光液，靠拋光輪高速回轉(zhuǎn)造成磨料的“彈性發(fā)射”進(jìn)行加工。

工作原理（圖7-29）

機(jī)理：微切削＋被加工材料的微塑性流動作用★彈性發(fā)射加工◆

游離磨料加工

拋光輪：由聚氨基甲酸（乙）酯制成，磨料直徑0.1～0.01μm7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1644

工作原理（圖7-30）拋光工具上開有鋸齒槽，靠楔形擠壓和拋光液的反彈，增加微切削作用。機(jī)理：微切削作用。拋光工具圖7-30液體動力拋光小間隙工件工具運(yùn)動方向拋光液磨粒

工作原理（圖7-31）活性拋光液和磨粒與工件表面產(chǎn)生固相反應(yīng)，形成軟粒子，使其便于加工。機(jī)理：機(jī)械+化學(xué)作用，稱為“增壓活化”?！镆后w動力拋光★機(jī)械化學(xué)拋光拋光工具活性拋光液圖7-31機(jī)械化學(xué)拋光小間隙工件工具運(yùn)動方向加壓7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1645

激光由于其優(yōu)良的特性（強(qiáng)度高，亮度大，單色性、相干性、方向性好等）在精密測量中得到廣泛應(yīng)用。可以測量長度，小角度，直線度，平面度，垂直度等；也可以測量位移，速度，振動，微觀表面形貌等；還可以實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量，在線測量，并易于實(shí)現(xiàn)測量自動化。激光測量精度目前可達(dá)0.01μm。

激光測量7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1646受射透鏡平行光管透鏡邊緣傳感閘門電路計數(shù)器顯示圖震蕩器伺服系統(tǒng)掃描鏡工件測定區(qū)光檢測器激光發(fā)生器★

采用平行光管透鏡將激光準(zhǔn)確地調(diào)整到多角形旋轉(zhuǎn)掃描鏡上聚焦。通過激光掃描被測工件兩端，根據(jù)掃描鏡旋轉(zhuǎn)角、掃描鏡旋轉(zhuǎn)速度，透鏡焦距等數(shù)據(jù)計算出被測工件的尺寸。圖7-32激光掃描尺寸計量系統(tǒng)

激光高速掃描尺寸計量系統(tǒng)（圖7-32）7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1647

雙頻激光測量（圖7-33）固定反射棱鏡圖7-33雙頻激光測量系統(tǒng)原理圖干涉測量儀f2+Δf2f1氦氖激光器軸向強(qiáng)磁場NS1/4波片分光鏡透鏡組f1f2f1f2移動反射棱鏡f2f2+Δf2偏振分光鏡f1f1ΔfΔf

+Δf27.2.1精密與超精密加工技術(shù)由于移動反射棱鏡隨被測件移動，頻率f2變成f2±Δf2。兩路反射回來的光經(jīng)偏振分光鏡匯合一起，再經(jīng)反射鏡和干涉測量儀獲得拍頻信號，其頻率為：f1－（f2±

Δf2）=Δf+Δf2

經(jīng)分光鏡，折射一小部分，經(jīng)干涉測量儀獲得拍頻Δf（=f1

－f2）的參考信號。大部分激光到偏振分光鏡：垂直線偏振光f1被反射，再經(jīng)固定反射棱鏡反射回來；水平線偏振光f2全部透射，再經(jīng)移動反射棱鏡反射回來。該信號與參考信號比較，獲得±Δf2的具有長度單位當(dāng)量的電信號。由于使用頻率差Δf進(jìn)行測量，使其不受環(huán)境變化影響，可獲得高的測量精度和測量穩(wěn)定性。氦氖激光器發(fā)出的激光，在軸向強(qiáng)磁場作用下，產(chǎn)生頻率f1和f2旋向相反的圓偏振光，經(jīng)1/4波片形成頻率f1的垂直線偏振光和頻率f2的水平線偏振光。經(jīng)透鏡組成平行光束。2023/12/1648圖7-34雙頻激光測量系統(tǒng)7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1649◆恒溫——要求：±1℃～±0.01℃

實(shí)現(xiàn)方法：大、小恒溫間+局部恒溫（恒溫罩，恒溫油噴淋）◆恒濕——要求：相對濕度35%～45%，波動±10%～±1%實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

◆凈化——要求：10000～100級（100級系指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm塵埃個數(shù)不超過100）

實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣過濾器，送入潔凈空氣◆隔振——要求：消除內(nèi)部、隔絕外部振動干擾

實(shí)現(xiàn)方法：隔振地基，隔振墊層，空氣彈簧隔振器

精密與超精密加工環(huán)境7.2.1精密與超精密加工技術(shù)2023/12/1650

微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1μm～10μm。超微細(xì)加工——通常指1μm以下超微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.01μm～0.1μm。精度表示方法——一般尺寸加工，其精度用誤差尺寸與加工尺寸比值表示；微細(xì)加工，其精度用誤差尺寸絕對值表示?！凹庸挝弧薄コ粔K材料的大小，對于微細(xì)加工，加工單位可以到分子級或原子級。微切削機(jī)理——切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，切削力要超過晶體內(nèi)分子、原子間的結(jié)合力，單位面積切削阻力急劇增大。概述7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1651熱流動加工（火焰，高頻，熱射線，激光）壓鑄，擠壓，噴射，澆注微離子流動加工熱表面流動粘滯性流動摩擦流動變形加工(流動加工)化學(xué)鍍，氣相鍍（電鍍，電鑄）氧化，氮化（陽極氧化）（真空）蒸鍍，晶體增長，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳，（侵鍍，熔化鍍）濺射沉積，離子沉積（離子鍍）離子濺射注入加工化學(xué)(電化學(xué))附著化學(xué)(電化學(xué))結(jié)合熱附著擴(kuò)散(熔化)結(jié)合物理結(jié)合注入結(jié)合加工(附著加工)車削，銑削，鉆削，磨削蝕刻，化學(xué)拋光，機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工，熔化去除加工離子束濺射去除加工，等離子體加工機(jī)械去除化學(xué)分解電解蒸發(fā)擴(kuò)散與熔化濺射分離加工(去除加工)加工方法加工機(jī)理表7-6

微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1652◆主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和外圓表面。◆刀具：多用單晶金剛石車刀、銑刀（圖7-35）。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑（可小到5μm）靠刀尖相對于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來得到。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時，刀具的切削刃形成一個圓錐形的切削面。微細(xì)機(jī)械加工圖7-35單晶金剛石銑刀刀頭形狀7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1653微小位移機(jī)構(gòu)，微量移動應(yīng)可小至幾十個納米。高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)。要求低摩擦的傳動系統(tǒng)和導(dǎo)軌支承系統(tǒng)，以及高跟蹤精度的伺服系統(tǒng)。高的定位精度和重復(fù)定位精度，高平穩(wěn)性的進(jìn)給運(yùn)動。低熱變形結(jié)構(gòu)設(shè)計。刀具的穩(wěn)固夾持和高的安裝精度。高的主軸轉(zhuǎn)速及動平衡。穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動干擾。具有刀具破損檢測的監(jiān)控系統(tǒng)。◆

微細(xì)機(jī)械加工設(shè)備◆

FANUCROBOnanoUi型微型超精密加工機(jī)床（圖7-36）

7.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)2023/12/1654

機(jī)床有X、Z、C、B四個軸，在B

軸回轉(zhuǎn)工作臺上增加A軸轉(zhuǎn)臺后，可實(shí)現(xiàn)5軸控制，數(shù)控系統(tǒng)的最小設(shè)定單位為1nm?？蛇M(jìn)行車、銑、磨和電火花加工。旋轉(zhuǎn)軸采用編碼器半閉環(huán)控制，直線軸則采用激光全息式全閉環(huán)控制。為了降低伺服系統(tǒng)的摩擦，導(dǎo)軌、絲杠螺母副以及伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子的推力軸承和徑向軸承均采用氣體靜壓結(jié)構(gòu)。圖7-