第四章__精密机械制造技术.ppt

3．超精密磨床 （1）超精密磨床的特点 1）高精度 目前国内外各种超精密磨床的磨削精度和表面粗糙度可达到的水平为： 尺寸精度：±0.25～±0.5μm 表面粗糙度：Ra0.006～0.01μm 2）高刚度 超精密磨床是进行超精密加工，切削力一般不会很大，但由于精度要求极高，应尽量提高磨削系统刚度，其刚度值一般在200N/μm以上。 3）高稳定性 为了保证超精密磨削质量，超精密磨床的传动系统，主轴、导轨等结构，温度控制和工作环境等均应有高稳定性。 4）微进给装置。 由于超精密磨床要进行超微量切除，因此在切深方向都配有微进给装置。 5）计算机数控 现代超精密磨床多为计算机数控，可减少人工操作的影响，使质量稳定。 （2）超精密磨床结构 1）主轴系统：主轴支承由液体静压向空气静压发展，空气静压轴承精度高、发热小、工作稳定，但要注意提高承载能力和刚度。 2)导轨：多采用空气静压导轨。 3)基座：多采用石材部件。床身、工作台等大件一般采用稳定性好的天然或人造花岗岩制造。 4)热稳定性结构：整个机床采用对称结构、密封结构、淋浴结构等热稳定性措施。图10 4.4 超精密车削加工 4.4.1 金刚石刀具和超精密切削的机理 金刚石刀具质量是超精密切削中的关键。金刚石刀具有两个比较重要的问题：晶面的选择和研磨质量 ——刃口半径ρ。 由于金刚石晶体是各向异性，不同晶面耐磨性不同，因此，晶面选择对刀具的使用性能有重要关系。 另外，超精密切削中，最小切削厚度取决于金刚石刀具的刃口半径ρ，刃口半径ρ越小，则最小切削厚度越小。据国外报道，现在研磨质量最好的金刚石刀具，其刃口半径ρ可以小到几纳米的水平，并用此刀具成功地实现了纳米级切削厚度的稳定切削。图11 机理： 在超精密机床上采用金刚石刀具切削时，其切削深度、进给量很小，一般切削厚度在1μm以下，切削深度小于材料的晶粒尺寸，切削是在晶粒内进行。因此，切削力一定要超过晶粒内部非常大的原子、分子结合力，刀刃要承受极大的剪切应力。同时由于产生很大的热量，刀刃切削处的温度将极高 。因此要求刀刃要有很高的高温强度和高温硬度。一般刀具材料难于胜任，而金刚石可以承担。 金刚石具有一系列优异的特性：如硬度极高，能磨出极锋锐的刀刃、耐磨性和强度高、导热性能好、与有色金属的摩擦系数小等。 金刚石超精密切削时，金刚石只能采用单晶金刚石，人造金刚石不行。 由于金刚石的这些特点，使得金刚石作为超精密加工刀具的材料比硬质合金要优越得多。天然单晶金刚石刀具适于对铜、铝等有色金属材料的超精加工，但由于金刚石是由碳原子组成，它与铁原子的亲和力强，故不适于切削黑色金属。此外，金刚石的价格昂贵，性脆而抗振性差，故不适用于一般的加工。 4.4.2 影响金刚石超精密切削的因素 1．金刚石刀具的结构和几何参数 金刚石刀具刀刃形状和几何角度是影响金刚石超精密切削质量（表面粗糙度）的主要因素之一。 金刚石刀具不采用主、副切削刃相交为一点的尖锐刀尖。 金刚石刀具的主切削刃和副切削刃之间一般采用过度刃对加工表面起修光作用。有用直线修光刃的，也有用圆弧修光刃的，这有利于获得好的加工表面质量。图11 2．机床的精度、刚度和微位移 超精密机床是实现超精密切削的首要条件。 金刚石超精密切削机床应具有较高的精度、刚度和稳定性。 主轴应采用空气或液体静压轴承，以取其流体薄膜均匀的优点，使其回转精度高于0.05μm。 此外，还要采用相应的精密导轨及精密微量进给机构。还应有恒温、恒湿、净化和抗振条件，才能保证加工质量。 3．切削用量 合理的切削用量是金刚石超精密切削的关键之一。 实验表明，金刚石刀具超精密切削可以使用很高的切削速度，刀具在高速下长期切削磨损甚小。 超精密切削应在高切削速度（υ﹥100m/min），小切深（t=0.005～0.05mm）及小进给（S=0.01～0.05 mm/r）下进行，以控制切削力，减小切削过程的力变形影响。 4. 金刚石刀具超精密切削的应用 金刚石刀具精密切削铜、铝及其合金等软金属是当前最有成效的精密和超精密加工方法。如计算机用磁盘、激光核聚变和红外光技术中的非球面镜等各种镜面零件。 4.5 光整加工 4.5.1 研磨 研磨是一种传统的光整、精密加工方法。研磨精度可达到亚微米级的精度，尺寸精度可达0.025μm，表面粗糙度可达Ra0.01μm，并能使两个零件的接触面达到精密配合。 1. 研磨的机理和特点 图12 研磨是将微细的自由磨粒（磨粉或磨膏）及其油液或油脂涂于或嵌在研磨工具表面上，磨粒在一定的压力作用下，通