特種加工技術與裝備簡介(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 制； 剛度和熱變形影響； 去除層薄，切應力大； 猶如對不連續體進行切削。二、超精密加工的方法按加工方式分：切削加工、磨料加工、特種加工和復合加工 按加工機理和特點分：去除加工、結合加工和變形加工 還可分為 傳統加工、非傳統加工和復合加工三、超精密加工的實現條件超精密加工是多學科交叉的綜合性高新技術① 超精密加工的機理與工藝方法； ② 超精密加工工藝裝備； ③ 超精密加工工具；④ 超精密加工中的工件材料； ⑤ 精密測量及誤差補償技術；⑥ 超精密加工工作環境、條件等。在超精密加工的中，必須綜合考慮以上因素。第二節超精密機床及其關鍵部件一、典型超精密機床超精密加工對機床的基本要求：⑴ 高精度 ⑵ 高剛度 ⑶ 高穩定性 ⑷ 高自動化大型光學金剛石車床 ——LODTMFG001超精密機床OAGM 2500大型超精密機床AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機床二、超精密機床的主軸部件主軸部件是保證超精密機床加工精度的核心。超精密加工對主軸的要求是極高的回轉精度，轉動平穩，無振動。液體靜壓軸承主軸空氣靜壓軸承主軸⑴ 雙半球空氣軸承主軸⑵ 徑向—推力空氣靜壓軸承主軸⑶ 球形—徑向空氣軸承主軸⑷ 立式空氣軸承主軸主軸的驅動方式⑴ 柔性聯軸器驅動⑵ 內裝式同軸電動機驅動超精密機床主軸和軸承的材料應考慮以下主要因素：① 耐磨損；② 不易生銹腐蝕；③ 熱膨脹系數小；④ 材料的穩定性好。制造空氣主軸和軸承的材料主要有： ① 經表面氮化和低溫穩定處理的38CrMoAl氮化鋼；② 不銹鋼；③ 多孔石墨和軸承鋼。另外還有銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷等。三、精密導軌部件超精密機床的總體布局T形布局十字形布局Rθ 布局立式結構布局常用的導軌部件 ⑴ 液體靜壓導軌花崗巖靜壓導軌⑵ 空氣靜壓導軌和氣浮導軌空氣靜壓導軌氣浮導軌床身及導軌的材料常用的床身及導軌材料有優質耐磨鑄鐵、花崗巖、人造花崗巖等。微量進給裝置超精密機床的進給系統—般采用精密滾珠絲杠副、液體靜壓和空氣靜壓絲杠副。高精度微量進給裝置則有電致伸縮式、彈性變形式、機械傳動或液壓傳動式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式等。~。精密和超精密微位移機構應滿足以下設計要求：① 精微進給和粗進給分開。② 運動部分必須是低摩擦和高穩定度的。③ 末級傳動元件必須有很高的剛度。④ 內部連接必須可靠，盡量采用整體結構或剛性連接。⑤ 工藝性好，容易制造。⑥ 具有好的動特性。⑦ 能實現微進給的自動控制。⑴ 壓電和電致伸縮微進給裝置⑵ 摩擦驅動裝置⑶ 機械結構彈性變形微量進給裝置第五節金剛石刀具的結構衡量金剛石刀具質量的標準：① 能否加工出高質量的超光滑表面；② 能否有較長的切削時間保持刀刃鋒銳。設計金剛石刀具時最主要問題有三個： ① 確定切削部分的幾何形狀；② 選擇合適的晶面作為刀具的前后面；③ 確定金剛石在刀具上的固定方法和刀具結構。一、金剛石刀具切削部分的幾何形狀⑴ 刀頭形式金剛石刀具刀頭一般采用在主切削刃和副切削刃之間加過渡刃。國內多采用直線修光刃，國外標準的金剛石刀具，推薦的修光刃圓弧半徑R=~3mm。金剛石刀具的主偏角一般為30?~90?，以45?主偏角應用最為廣泛。⑵ 前角和后角根據加工材料不同，金剛石刀具的前角可取0?~5?，后角一般可取5?~6?。美國EI Contour精密刀具公司的標準金剛石車刀結構如上圖所示。該車刀采用圓弧修光刃，修光刃圓弧半徑R=~。后角采用10?，刀具前角可根據加工材料由用戶選定。一種可用于車削鋁合金、銅、黃銅的通用金剛石車刀結構如右圖所示。可獲得粗糙度Ra ~ 。二、選擇合適的晶面作為金剛石刀具前、后面三、金剛石刀具上的金剛石固定方法 ⑴ 機械夾固⑵ 用粉末冶金法固定 ⑶ 使用粘結或釬焊固定國內外的金剛石刀具使用者一般都不自己磨刀；Sumitomo公司推出一次性使用不重磨的精密金剛石刀具。第三章精密與超精密磨料加工黑色金屬、硬脆材料的精密與超精密加工，主要是應用精密和超精密磨料加工。所謂精密和超精密磨料加工，就是利用細粒度的磨粒和微粉對黑色金屬、硬脆材料等進行加工，以得到高加工精度和低表面粗糙度值。精密和超精密磨料加工可分為固結磨料和游離磨料加工兩大類。第一節精密磨削精密磨削是指加工精度為1~、~。一、精密磨削機理靠砂輪的具有微刃性和等高性的磨粒實現的。⑴ 微刃的微切削作用⑵ 微刃的等高切削作用⑶ 微刃的滑擠、摩擦、拋光作用二、磨削用量三、精密磨削砂輪1．砂輪磨料精密磨削時所用砂輪的磨料以易于產生和保持微刃及其等高性為原則。鋼件及鑄鐵件，以采用剛玉磨料為宜。碳化硅磨料主要應用于有色金屬加工。2．砂輪粒度粗粒度的微切削作用；細粒度的摩擦拋光作用。3．砂輪結合劑超精密加工用金屬類、陶瓷類結合劑四、精密磨削中的砂輪修整有單粒金剛石修整、金剛石粉末燒結型修整器修整和金剛石超聲波修整等。修整用量有：修整導程、修整深度、修整次數和光修次數。五、超精密磨削、適宜于對鋼、鐵材料及陶瓷、玻璃等硬脆材料的加工。鏡面磨削是屬于精密磨削和超精密磨削范疇的加工，~、表面光澤如鏡的磨削方法。影響超精密磨削的因素有：超精密磨削機理、被加工材料、砂輪及其修整、超精密磨床、工件的定位夾緊、檢測及誤差補償、工作環境、操作水平等。超精密磨削需要—個高穩定性的工藝系統，對力、熱、振動、材料組織、工作環境的溫度和凈化等都有穩定性的要求，并有較強的抗擊來自系統內外的各種干擾的能力。1．超精密磨削機理單顆粒磨削的切入模型如圖所示。說明：① 可視為一彈性系統②平面磨削的切屑形狀如圖所示③ 磨削過程分為彈性區、塑性區、切削區、塑性區，最后為彈性區④ 存在微切削作用、塑性流動、彈性破壞作用和滑擦作用磨削狀態與磨削系統的剛度密切相關。2．超精密磨削工藝超精密磨削的砂輪選擇、砂輪修整、磨削液選擇等問題與精密磨削和超硬磨料砂輪磨削有關問題類同。超精密磨削的磨削用量。六、超硬磨料砂輪磨削超硬磨料砂輪磨削主要是指用金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪加工硬質合金、陶瓷、玻璃、半導體材料及石材等高硬度、高脆性材料。其突出特點為： ① 磨削能力強，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及實現加工自動化。② 磨削力小，磨削溫度低，加工表面質量好，無燒傷、裂紋和組織變化。③ 磨削效率高。④ 加工成本低。1．超硬磨料砂輪磨削工藝⑴ 磨削用量 ⑵ 磨削液：要求磨削液有良好的潤滑性、冷卻性、清洗性和滲透性。2．超硬磨料砂輪修整修整是整形和修銳的總稱。整形是使砂輪具有—定精度要求的幾何形狀； 修銳是去除磨粒間的結合劑，使磨粒突出結合劑一定高度，形成良好的切削刃和足夠的容屑空間。超硬磨料砂輪修整的方法：① 車削法；② 磨削法；③ 滾壓擠軋法；④ 噴射法；⑤ 電加工法；⑥ 超聲波振動修整法。第二節精密研磨與拋光一、研磨加工機理精密研磨屬于游離磨粒切削加工，是在剛性研具上注入磨料，在—定壓力下，通過研具與工件的相對運動，借助磨粒的微切削作用，除去微量的工件材料，以達到高級幾何精度和優良表面粗糙度的加工方法。1．硬脆材料的研磨硬脆材料研磨的加工模型如圖所示。研磨磨粒為1μm的氧化鋁和碳化硅等。2．金屬材料的研磨金屬材料研磨相當于普通切削和磨削的切削深度極小時的狀態。二、拋光加工機理拋光是指用低速旋轉的軟質彈性或粘彈性材料拋光盤，或高速旋轉的低彈性材料拋光盤，加拋光劑，具有一定研磨性質地獲得光滑表面的加工方法。拋光使用的磨粒是1μm以下的微細磨粒。拋光加工模型如圖39所示。拋光加工是磨粒的微小塑性切削作用和加工液的化學性溶析作用的結合。三、精密研磨、拋光的主要工藝因素精密研磨拋光的主要工藝因素如表35所示。在一定的范圍內，增加研磨壓力可提高研磨效率。超精密研磨對研磨運動軌跡有以下基本要求： ① 工件相對研磨盤作平面平行運動，使工件上各點具有相同或相近的研磨行程。② 工件上任一點不出現運