超精密加工技术模版课件.ppt

The National CIMS/ERC, Tsinghua University 先进制造技术 概述 超精密加工范畴 超精密加工现状 超精密加工的设备与环境 超精密加工的发展展望 超精密加工技术 超精密切削加工是一项内容广泛的新技术，它的加工精度和表面质量是由所使用的超精密机床设备，金刚石刀具，切削加工工艺，计量和误差补偿技术，操作者的技术水平，环境支持条件等多种因素影响的综合结果，下面对其中几个主要方面的情况予以说明。 超精密加工技术的机床设备 超精密机床是实现超精密切削的首要条件，各国都投人大量人力物力研制超精密切削用机床。目前水平最高的是美国。其代表作是LLL实验室l 983年研制成功的DTM-3型大型超精密车床，和l 984年研制成功的大型光学金刚石车床LODTM。该机床采用空气轴承主轴和高压液体静压主轴，刚度高，动态性能好。 超精密加工技术的机床设备 为实现超精密位置的确定，采用了精密数字伺服方式，控制部分为内装式CNC装置和激光干涉测长仪，实现随机测量定位。为了实现刀具的微量进给，在DC伺服机构内装有压电式微位移机构，可实现nm级微位移。该车床采用了恒温油淋浴系统，油温控制在20士0.0005?，消除了加工中的热变形。该车床还采用了压电晶体误差补偿技术，使加工精度达到0.025μm，该机床可用于加工平面，球面及非球面，用于加工激光核聚变工程的零件，红外线装置用零件以及大型天体望远镜。 超精密加工技术的机床设备 在欧州以具有研究开发超精密金刚石切削加工机械传统的Philips公司的中央研究所为中心，研究开发CNC超精密金刚石车床COLATH，1978年以后用于本公司的高精度零件的加工。 英国Cranfield公司与British Science and Engineering Research Council(SERC)签订合同，研制开发x射线天体望远镜用大型超精密机床OAGM 2500，机床于199l研制成功，工作台2500mm×2500mm，可用于超精密车削、磨削和坐标测量，使用性能良好。 超精密加工技术的机床设备 日本大型超精密金刚石切削机床的研究与开发。远远落后于欧美，至今未见有关的报道。 但在小型、超小型电子和光学零件的超精密加工技术方面，是更加先进和具有优势的，甚至超过了美国。 超精密加工技术的机床设备 沈阳、上海、济南等地也都有超精密车床产品，但和国外比还有差距。非球面超精密车床虽已研制出样品，还不能正式生产，空气主轴、微位移机构、精密CNC伺服系统、机床热变形和结构稳定性等关键技术需要研究。我国还不能生产高质量的超精密数控金刚石车床的正式产品。 超精密加工技术的机床设备 金刚石刀具是超精密切削中的重要关键。 金刚石刀具有两个比较重要的问题：一是晶面的选择，这对刀具的使用性能有着重要的关系；再就是金刚石刀具的研磨质量----刃口半径ρ。它关系到切削变形和最小切削厚度，因而影响加工表面质量。 金刚石刀具和超精密切削机理的研究 超精密切削中，刀刃的实际切削厚度与名义切削厚度不相同，有一个差值。实际切削厚度亦称有效切削厚度。切削厚度小过一定界限就不能正常切削。能稳定切削的最小有效切削厚度称为最小切削厚度。最小切削厚度取决于金刚石刀具的刃口半径，刃口半径越小，则最小切削厚度越小。 金刚石刀具和超精密切削机理的研究 国外报道研磨质量最好的金刚石刀具，刃口半径可以小到数纳米的水平；而国内现在磨的金刚石刀具，刀口半径只能达到0.1～0.3μm。 最近日本大颐大学和美国LLL实验室合作研究超精密切削的最小极限，成功地实现了lnm级切削厚度的稳定切削，使超精密切削达到新的水平。 金刚石刀具和超精密切削机理的研究 超精密切削机理的某些方面，如各种因素对金刚石刀具磨损的影响，最小切削厚度，积屑瘤的生存规律等有一定的特殊性，过去研究较少，研究这些问题对提高切削加工表面质量，减少变质层和减少表面残留应力等有直接影响。最近黑色金属的超精密切削正在研究，有用金刚石刀具的，也有用CBN刀具的，目前还在实验室研究阶段。 金刚石刀具和超精密切削机理的研究 要达到亚微米级和纳米级的加工精度，检测是一个极为重要的方面。超精密加工对测量技术提出了严格要求。超精密加工要求测量精度比加工精度高一个数量级。如果超精密加工精度达到1nm，测量机要控制的精度则要达到0.1nm。因此，超精密加工需要与相应的测量技术配合。超精密测量技术的开发必须与超精密加工技术的开发保持同步。目前超精密测量仪正向高分辨率，高精度和高可靠性的方向发展。 检测和误差补偿 国外广泛发展非接触式测量方法并研究原子级精度的测量技术。例如，Johaness公司生产的多次光波干涉显微镜的分辨率为0.5nm，OrienPass公司生产的MBI重复反射干涉仪的测量精度可达士0.001n