精密与超精密加工技术要点.ppt

第五章 精密与超精密加工技术 第一节 概述 一、精密与超精密加工概念 随着现代工业的不断发展，精密加工和超精密加工在机械工业、轻工业、电子工业及国防等工业中已占有越来越重要的地位。精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺。 超精密加工是指加工精度和表面质量达到最高程度的精密加工工艺。过去的超精密加工在今天来说就是精密加工或一般加工。 精密加工和超精密加工的界限将随着科学技术进步而逐步向前推移。 当前一般加工,加工精度在10μm左右,表面粗糙度Ra≤0.3~0.8μm的加工技术，如车、铣、刨、磨、镗、铰等。适用于汽车、拖拉机和 机床等产品的制造。 精密加工是指被加工零件的加工精度为1~0.1μm，表面粗糙度为Ra0.2~0.025μm的加工技术；如金刚镗、研磨、珩磨、超精加工、砂带磨削、镜面磨削和冷压加工等。适用于精密机床、精密测量仪器等产品中关键零件的加工，如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密轴承等。 正在向纳米级（10-2~10-3μm，1nm=10-3μm）的加工技术发展。 纳米加工技术是当前最精密的制造工艺，从物质加工精度的理论上分析，纳米工艺的加工方法（如离子溅射去除、镀膜和注入等）可以达到去除、附着或结合以原子或分子为单位的物质层，因此已经深入到物质内部结构，这往往已经是单纯常规加工所难以达到的了， 因此超精密加工技术是指该时代接近于加工极限的加工技术。 图2-1给出了当前一般加工、精密加工和超精密加工的发展历程。 从图中可以看出，预计21世纪初，普通机械加工、精密加工和超精密加工可以分别达到1μm、0.01μm和0.001μm的水平。 二、精密加工和超精密加工方法分类 根据加工方法的机理和特点，精密加工和超精密加工方法可分为以下四类。 1.刀具切削加工 包括精密加工和超精密车削、精密加工和超精密铣削、精密加工和超精密镗削和微孔钻削。一般采用金刚石刀具、立方氮化硼、陶瓷及硬质合金刀具对有色金属及其合金、其它各种材料进行切削加工。 加工精度可达1~0.1μm，表面粗糙度Ra0.05~0.008μm。 其中金刚石刀具超精密车削主要是应用天然单晶金刚石车刀对铝、铜和其它软金属进行切削加工，可得到极高的精度及表面粗糙度，所以称为镜面车削。金刚石刀具超精密铣削和镗削分别用来加工平面、型面和内孔。 2.精密和超精密磨料加工 精密和超精密磨料加工是利用细粒度的磨粒和微粉主要对黑色金属、硬脆材料等进行加工，按具体地加工方法分为精密和超精密磨削,加工精度可达5~0.5μm，表面粗糙度Ra0.05~0.008μm）；精密和超精密研磨（加工精度可达10~0.1μm，表面粗糙度Ra0.01~0.008μm）； 抛光及超精加工等（加工精度可达1~0.001μm，表面粗糙度Ra0.025~0.008μm）。 3.精密特种加工 特种加工是指非传统加工，它是相对常规加工而言的，主要有物理化学加工和电加工。当前许多特种加工向精密和微细方向发展（其中离子束去除加工，加工精度可达0.001μm，表面粗糙度Ra0.01μm）； 出现了精密电火花加工、精密电解加工、精密超声波加工、分子束加工、电子束加工、离子束加工、原子束加工、激光加工、微波加工、等离子体加工、光刻、电铸及变形加工等。 4.复合加工 复合加工是将几种加工方法叠合在一起，发挥各种加工方法的长处，达到高质量（加工 精度可达20~0.01μm，表面粗糙度Ra0.1~0.008μm）高效率。复合加工又可分为以下几种。 1）传统加工与特种加工方法复合 这种复合加工是将传统的切削加工和特种加工叠合在一起，有两种作用叠加、三种作用叠加，甚至于四种作用叠加。 如电解抛光加工就是在机械抛光过程中加上电解作用。在研磨剂中加入酸、碱、盐等活性物质，与被加工表面产生化学反应，使金属表面腐蚀溶解，在研磨时受磨料的机械作用而被去除，从而提高加工效率及质量。 又如超声电解磨削加工是在磨削过程中加上电解作用，同时使工件产生超声振动，这三种作用的复合。 此外，还有超声电火花电解磨削，这是四种作用的复合。 2）特种加工和特种加工方法复合 如电火花电解加工是电物理和电化学两种特种加工的复合。超声电解加工是力学和电化学两种特种加工的复合，超声电火花加工等都是特种加工的复合。 3）传统加工与传统加工的复合 近年来，出现了传统加工与传统加工的复合加工，如研抛加工就是研磨与抛光的复合，传统的研磨加工虽然可获得较高的加工精度和较低的表面粗糙度，但生产率较低； 传统的抛光加工不能获得高的加工精度，但可获得较低的表面粗糙度和较高的生产率。 那么将研磨和抛光这两种加工方法结合起来，将铸铁研具改为由硬橡胶、塑料等半硬半软的研具，即可获得研抛加工的效果。例如，砂带研抛就是适当地选择接触轮的材料和硬度（选用邵氏