机械制造工程课件第四节精密加工超精密加工和细微加工

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1、第四节精密加工、超精密加工和细微加工机械制造工程——第五章一、精密加工和超精密加工的界定1．一般加工指加工精度在10µm左右（IT5~IT7）、表面粗糙度为Ra0.2µm~0.8µm的加工方法，如车、铣、刨、磨、电解加工等。适用于汽车制造、拖拉机制造、模具制造和机床制造等2．精密加工指加工精度在10µm~0.1µm（IT5或IT5以上）、Ra<0.1µm的加工方法，如金刚石车削、高精密磨削、研磨、珩磨、冷压加工等3．超精密加工指加工精度在0.1µm~0.01µm、Ra为0.01µm的加工方法，如金刚石精密切削、超精密磨料加工、电子束加工、离子束加工等二、实现精密和超精密加工的条件1．加工

2、环境恒温：温度增加l℃时，100mm长的钢件就可能会产生1µm的伸长，精密加工和超精密加工的加工精度一般都是微米级、亚微米级或更高。因此，为了保证加工区极高的热稳定性，精密加工和超精密加工必须在严密的多层恒温条件下进行防振：机床振动对精密加工和超精密加工有很大的危害，为了提高加工系统的动态稳定性，除了在机床设计和制造上采取各种措施，还必须用隔振系统来保证机床不受或少受外界振动的影响。应能有效地隔离频率为6Hz~9Hz、振幅为0.1µm~0.2µm的外来振动超净：在未经净化的一般环境下，尘埃数量极大，绝大部分尘埃的直径小于1µm，也有不少直径在1µm以上甚至超过10µm的尘埃。这些尘埃如果

3、落在加工表面上，可能将表面拉伤；如果落在量具测量表面上，就会造成操作者或质检员的错误判断。因此，精密加工和超精密加工必须有与加工相对应的超净工作环境2．工具切（磨）削性能精密加工和超精密加工必须能均匀地去除不大于工件加工精度要求的极薄金属层。当精密切削（或磨削）的ap<1µm时，ap可能小于工件材料晶粒的尺寸，切削在晶粒内进行，切削力要超过晶粒内部非常大的原子结合力才能切除切屑，故作用在刀具上的剪切应力非常大。刀具或磨具必需具有很高的硬度和耐磨性3．机床设备高精密加工机床必须具备以下条件：主轴有极高的回转精度及很高的刚性和热稳定性进给系统有超精确的匀速直线性，保证在超低速条件下进给均匀，

4、不发生爬行为了在超精密加工时实现微量进给，必须配备位移精度极高的微量进给机构采用微机控制系统，自适应控制系统4．工件材料应考虑强度、刚度，还必须均匀一致，不允许存在微观缺陷，有些零件甚至对材料组织的纤维化也有一定要求5．测控技术常用在线检测、在位检测、在线补偿、预测预报及适应控制等手段，测量仪器的精度一般总是要比机床的加工精度高一个数量级，需有灵敏的误差补偿系统三、精密加工和超精密加工的特点加工都以精密元件、零件为加工对象多学科综合技术加工检测一体化采用计算机控制、误差补偿、适应控制和工艺过程优化等生产自动化技术四、常用的精密加工和超精密加工和细微加工方法采用金刚石刀具对工件进行超精密的

5、微细切削和应用磨料磨具对工件进行珩磨、研磨、抛光、精密和超精密磨削等采用电化学加工、三束加工、超声波加工等特种加工方法及复合加工微细加工是指制造微小尺寸零件的生产加工技术1．金刚石刀具超精密切削切削机理金刚石超精密切削主要是应用天然单晶金刚石车刀对铜、铝等软金属及其合金进行切削加工，以获得极高的精度和极低表面粗糙度参数值的一种超精密加工方法金刚石与有色金属的亲合力极低，摩擦系数小，切削时不产生积屑瘤属于原子、分子级单位去除的加工切削时，其ap

6、温的工作状态金刚石精密切削的关键问题是如何均匀、稳定地切除如此微薄的金属层超精密车削加工余量只有几微米，能否切除如此微薄的金属层，主要取决于刀具的锋利程度。锋利程度一般是以切削刃的刃口圆角半径ρ的大小来表示金刚石刀具不仅具有很好的高温强度和高温硬度，而且其材料本身质地细密，经过仔细修研，刀刃的几何形状很好，切削刃ρ极小刀具ρ对ap的影响金刚石刀具的刃磨及切削参数金刚石刀具是将金刚石刀头用机械夹持或粘接方式固定在刀体上构成的金刚石刀具的刃磨金刚石刀具的刃磨是一个关键技术单晶体金刚石车刀的刃口圆角半径ρ则可达0.02µm金刚石精密切削铜和铝时v＝200~500m/minαp＝0.002~0.

7、003mmf＝0.01~0.04mm/r。2．精密磨削及金刚石超精密磨削精密磨削是指加工精度为1~0.1m，Ra为0.16~0.006m的磨削方法；而超精密磨削则是指加工精度高于0.1m，Ra<0.04~0.02m的磨削方法精密磨削及超精密磨削的加工机理精密磨削主要是靠对普通磨料砂轮的精细修整，使磨粒具有微刃性和等高性，再加上无火花阶段微刃的滑挤、摩擦、抛光作用，获得高精度超精密磨削则是采用人造金刚石、立方氮化硼（CBN）等