精密加工1章绪论.ppt

三、民用产品中的需求及应用 计算机磁盘基片、录像机磁鼓、激光反射镜、隐形眼镜、光盘、各种天文望远镜、显微镜、光学仪器、复印机等产品，以及现代小型、超小型成像设备，如摄相机、照相机等上的各种透镜，特别是光学曲面透镜，激光打印机、激光打标机等各种反射镜都要靠超精密加工技术来完成。至于超精密加工床、设备和装置当然更需要超精密加工技术才能制造。 * 1.5 超精密加工现状及发展趋势 一、超精密加工技术的研究内容 超精密加工刀具：金刚石刀具材料与结构 超精密加工机理 超精密加工机床设备 超稳定的加工环境条件 超精密加工测量技术：检测技术和误差补偿 超精密加工的工件材料 微细加工 (超精密特种加工) * 二、超精密加工的关键技术 机床技术 (刚度、驱动系统、主轴、工作台、导向、轴承、润滑、夹持系统、变形等) 刀具技术 (刀具几何参数、刀具结构、磨损、破损等) 测量技术 (误差检测、补偿、位移、形状、粗糙、微位移机构、激光技术、表面变质层等) 环境技术 (空气、温度、振动、噪声、湿度、静电、光等) * 三、超精密加工技术的国内外现状 美国是开展研究最早的国家。 日本是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。 我国的超精密加工技术在70年代末期有了长足进步，80年代中期出现了具有世界水平的超精密机床和部件。（见例图） * 英国多功能三坐标联动数控磨床OAGM2500：加工尺寸:2.5m×2.5m×0.61m，1~2.5μm、Ra2~3nm 美国大型光学金刚石车床LODTM（1984）：可加工?1625mm，1360kg，0.025μm、Ra0.0045μm CNC超精密车床：?300mm 空气轴承超精密车床JSC-027、NAM-800型CNC超精密金刚石车床：?800mm等 * 四、影响精密和超精密加工的因素 1、加工机理 金刚石刀具是超精密切削中的关键因素。两个重要问题：一是晶面的选择；二是切削刃钝圆半径rn。 近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。 * 单晶金刚石就是单一碳原子的结晶体，其晶体结构属于等轴面心立方晶系(一种原子密度最高的晶系)。由于金刚石中碳原子间的连接键为sp3杂化共价键，因此具有很强的结合力、稳定性和方向性。它是目前自然界已知的最硬物质，其显微硬度可达10000HV。 二十世纪七十年代后期，在激光核融合技术的研究中，需要大量加工高精度软质金属反射镜，要求软质金属表面粗糙度和形状精度达到超精密水平。如采用传统的研磨、抛光加工方法，不仅加工时间长、费用高、操作难度大，而且不易达到要求的精度。因此，亟需开发新的加工方法。在现实需求的推动下，单晶金刚石超精密切削技术得以迅速发展。由于单晶金刚石本身的物理特性，切削时不易黏刀及产生积屑瘤，加工表面质量好，加工有色金属时，表面粗糙度可达Rz0.1～0.05μm。金刚石还能有效地加工非铁金属材料和非金属材料，如铜、铝等有色金属及其合金、陶瓷、未烧结硬质合金、各种纤维和颗粒加强复合材料、塑料、橡胶、石墨、玻璃和各种耐磨木材(尤其是实心木和胶合板、MDF等复合材料)。 切削刃钝圆半径：国外达到数纳米级；国内0.1~0.3μm。 * 2、被加工材料 用精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求。例如，要求被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观缺陷；其化学成分的误差应在10-2～10-3 数量级，不能含有杂质；其物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热导率和膨胀系数等应达到10-5～10-6 数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格控制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能满足物理、化学、力学等性能要求。 * 3、加工设备及其基础元部件 (1)高精度。 (2)高刚度。 (3)高稳定性。 (4)高自动化。 加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。 * 4、加工工具 加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技术。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到2～4nm，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm，则刃口钝圆半径应为2nm。 磨具当前主要采