第三章 3.8 超精密加工技术.ppt

3.8 超精密加工技术;3.8.1 概述; (3)超精密加工。加工精度在0．1～0．01um，表面粗糙度值在0.03～0.051um的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。目前，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺，正在向纳米级工艺发展。 (4)纳米加工。加工精度高于1nm，表面粗糙度小于0.005um的加工技术，其加工方法大多已不是传统的机械加工方法，而是诸如原子分子单位加工等方法。 ;;;3.8.1.2 超精密加工技术所涉及的技术领域 ; (3)加工设备及其基础元部件，主要加工设备有超精密切削机床、各种研磨机、抛光机以及各种特种精密加工、复合加工设备，对于这些加工设备有高精度、高刚度、高稳定性、高度自动化的要求。 (4)测量及误差补偿技术，必须有相应精度级别的测量技术和装置，即超精密加工要求测量精度比加工精度高一个数量级。 美国LLL实验室于1983年7月研制成功DTM-3型大型超精密金刚石车床，用于加工激光核聚变用的各种金属反射镜、红外装置用零件、大型天体望远镜。采用严格的恒温控制、流体温度控制(20±0．0006)℃。 ;(5)工作环境 加工环境条件的极微小变化都可能影响加工精度，使超精密加工达不到预期目的，因此，超精密加工必须在超稳定的加工环境条件下进行，必须具备各种物理效应恒定的工作环境，如恒温室、净化间、防振和隔振地基等。 (6)工件的定位与夹紧。 ;3.8.1.3 超精密加工技术的国内外发展现状; 我国超精密机床虽然近几年有了很大发展，但和发达国家相比还有很大差距，主要表现在超精密非球面车床还不能生产；机床的精度一般比国外要低一个等级；机床精度的保持时间大大低于国外；精密空气主轴、微位移机构、精密CNC 伺服系统，机床热变形和精密恒温控制、结构稳定性和防振隔振技术都亟待深入研究，因此精度要求高的精密和超精密机床，还不得不从国外进口。 ;3.8.2 超精密切削加工;3.8.3 超精密磨削和磨料加工;3.8.3.1 超精密砂轮磨削技术;3.8.2 超精密砂带磨削技术;; 3.8.3.3 ELID（电解在线修整）超精密镜面磨削技术;;3.8.3.4 双端面精密磨削技术;3.8.3.5 电泳磨削技术; 通过对电??强度、液体及磨粒特性等影响因素加以控制，就可使磨粒层在加工过程中呈现两种不同的状态：; 一种是在加工过程中使磨料的脱落量与吸附量保持动态平衡，这样就可以稳定吸附层的厚度，得到加工过程中使磨料的脱落量与吸附量保持动态平衡，这样就可以稳定吸附层的厚度，得到一个表面不断自我修整而尺寸不变的超细砂轮； 另一种状态是在加工过程中，使磨料的吸附量超过脱落量，那么磨粒层厚度就会不断增加，这样就可以在机床无切深进给条件下实现磨削深度的不断增加，即所谓的自进给电泳磨削。 ;3.8.3.6 超精密研磨与抛光技术;1．超精密研磨技术 研磨是在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑液，使被加工表面和研具产生相对运动并加压，磨料产生切削、挤压作用，从而去除表面凸处，使被加工表面的精度得以提高。 2.磁流体精研技术 磁性流体为强磁粉末在液相中分散为胶态尺寸的胶态溶液，由磁感应可产生流动性，其特性是：每一个粒子的磁力矩极大，不会因重力而沉降：磁性曲线无磁滞，磁化强度随磁场增加而增加。当将非磁性材料的磨料混入磁流体，置于磁场中，则磨粒在磁流体浮力作用下压向旋转的工件而进行研磨。 ; 3．磁力研磨技术 磁力研磨是利用磁场作用，使磁极间的磁性磨料形成如刷子一样的研磨刷，被吸附在磁极的工作表面上，在磨料与工件的相对运动下，实现对工件表面的研磨作用。 4．电解研磨技术 电解研磨是电解和研磨的复合加工，研具是一个与工件表面接触的研磨头，它既起研磨作用，又是电解加工用的阴极，工件接阳极。研磨加工时，以精度较高电解成形所采用的硝酸钠水溶液为主，加入既能保持其精度又能提高其蚀除速度组成电解液，电解液通过研磨头的出口流经金属工件表面，工件表面在电解作用下发生阳极溶解，在溶解过程中，工件表面形成一层极薄的氧化物，但刚刚在工件表面凸起部分形成的阳极膜被研磨头研磨掉，于是阳极工件表面上又露出新的表面并继续电解，这样，电解作用与研磨头刮除阳极膜作用交替进行，在极短时间内，可获得十分光洁的镜面。 ; 5．软质磨粒机械抛光 典型的软质磨粒机械抛光是弹性发射加工其最小切除量可以达原子级，即可小于0．001~m，直至切去一层原子，而且被加工表面的晶格不致变形，能够获得极小表面粗糙度和材质极纯的表面。 6. 磁流体抛光