精密加工与特种加工简介.ppt

第9章 精密加工与特种加工简介 9.1 精密加工和超精密加工 9.2 特种加工 9.1 精密加工和超精密加工 9.1.1 基本概念 9.1.2 特点 9.1.3 方法 9.1.1 基本概念 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。 精密加工和超精密加工的概念是与某个时期的加工工艺水平相关联的，随着科技进步精密加工和超精密加工所能达到的精度将逐步提高。 例如在19世纪，加工工件尺寸公差为1μm的加工被称为超精密加工，而现在超精密加工一般是指工件的尺寸公差为0.1μm-0.01μm数量级的加工方法。 9.1.2 精密加工和超精密加工的特点 1. 加工方法 目前精密和超精密加工方法根据加工机理可分为四大类： 切削加工：精密切削、微量切削和超精密切削等； 磨削加工：精密磨削、微量磨削和超精密磨削等； 特种加工：电火花加工、电解加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等； 复合加工：将几种加工方法复合在一起，如机械化学研磨、超声磨削、电解抛光等。 在精密和超精密加工中特种加工和复合加工方法应用得越来越多。 2. 加工原则 一般加工时，机床的精度总是高于这被加工零件的精度，这一规律被称为“蜕化”原则。而对于精密加工和超精密加工时，有时可利用低于工件精度的设备、工具，通过工艺手段和特殊的工艺装备，加工出精度高于“母机”的工作母机或工件。这种方法称为进化加工。 3. 加工设备 加工设备的几何精度向亚微米级靠近。关键元件，如主轴、导轨、丝杆等广泛采用液体静压或空气静压元件。 定位机构中采用电致伸缩、磁致伸缩等微位移结构。 设备广泛采用计算机控制、适应控制、在线检测与误差补偿等技术。 4. 切削性能 当精密切削的切深在1um以下时，切深可能小于工件材料晶粒的尺寸，因此切削就在晶粒内进行，这样切削力一定要超过晶粒内部非常大的原子结合力才能切除切屑，于是具上的剪切应力就变得非常大，刀具的切削刃必须能够承受这个巨大的剪切应力和由此产生的很大的热量，这对于一般的刀具或磨粒材料是无法承受的。这就需要找到满足加工精度要求的刀具材料和结构。 5. 加工环境 精密加工和超精密加工环境必须满足恒温、防振、超净三个方面对环境提出的要求。 6. 工件材料 用于精密加工和超精密加工的材料要特别注重其加工性。工件材料必须具有均匀性和性能的一致性，不允许存在内部或外部的微观缺陷。 7. 加工与检测一体化 精密测量是进行精密加工和超精密加工的必要条件。不具备与加工精度相适应的测量技术，就无法判断被加工件的精度。在精密和超精密加工中广泛采用精密光栅、激光干涉仪、电磁比较仪、圆度仪等精密测量仪器。 9.1.3 精密加工和超精密加工方法 1. 金刚石精密切削 (1) 概念 金刚石精密切削是指用金刚石车刀加工工件表面，获得尺寸精度为0.1μm数量级和表面粗糙度Ra值为0.01μm数量的超精加工表面的一种精密切削方法。实现金刚石精密切削关键问题是如何均匀、稳定地切除如此微薄的金属层。 (2) 金刚石精密切削的机理 金刚石超精密切削属微量切削，切削层非常薄，常在0.1μm以下，切削常在晶粒内进行，要求切削力大于原子、分子间和结合力，剪切应力高达 13000Pa。由于切削力大，应力大，刀尖处会产生很高的温度，使一般刀具难以承受。而金刚石刀具不仅有很好的高温强度和高温硬度，而且因其材料本身质地细密，刀刃可以刃磨得很锋利，切削刃钝圆半径可达0.02μm ，因而可加工 出粗糙度值很小的表面。又金刚石超精密切削速度很高，工件变形小，表层高温不会波及工件内层，因而可获得高的加工精度。 (3) 影响金刚石超精密切削的主要因素 1) 加工设备要求具有高精度、高刚度、良好的稳定性、抗振性和数控功能地。 2) 金刚石刀具的刃磨是一个关键技术。金刚石刀具通常在铸铁研磨盘上进行研磨，研磨时应使金刚石的晶向与主切削刃平行，并使刀口圆角半径尽可能小。理论上，金刚石刀具的刃口圆角半径可达1nm，实际仅到5nm。 3) 由于金刚石精密切削的切深很小，因此要求被加工材料组织均匀，无微观缺陷。 4) 工作环境要求恒温、恒湿、净化和抗振。 (4) 金刚石精密切削的应用 目前金刚石超精密切削主要用于切削铜、铝及其合金。如高密度硬磁盘的铝合金片基，表面粗糙度Ra可达0.003μm，平面度可达0.2μm 。切削铁金属时，由于碳元素的亲和作用，会使金刚石刀具产生“碳化磨损”，从而影响刀具寿命和加工质量。 2砂带磨削 砂带磨削是用砂带作为工具，根据加工要求以相应的接触方式对工件进行加工的一种方法。 2）闭式磨削方式 采用环形砂带，通过张紧轮，由电机通过接触轮带动砂带高速运动。工件作回