精密加工上傳

1、精密與超精密加工技術(shù)一、精密加工與超精密加工1、精密加工與超精密加工概述：精密加工：在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質(zhì)量達到較高程度的加工工藝。精密加工指加工精度為10.1m，表面粗糙度為Ra0.10.01m的加工技術(shù)，但這個界限是隨著加工技術(shù)的進步不斷變化的，今天的精密加工可能就是明天的一般加工。 超精密加工：在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質(zhì)量達到最高程度的加工工藝。瓦特改進蒸汽機時代的鏜孔精度為1mm；20世紀(jì)40年代的最高精度為1m；20世紀(jì)末時：精密加工的精度為小于等于0.1m，Ra 0.01m（亞微米加工）；超精密加工精度小于等于0.01m ，Ra 0.001m（納米加工）。精密加

2、工所要解決的問題，一是加工精度，包括形位公差、尺寸精度及表面狀況，有時有無表面缺陷也是這一問題的核心；二是加工效率，有些加工可以取得較好的加工精度，卻難以取得高的加工效率。精密加工應(yīng)該包括微細加工和超微細加工、光整加工等加工技術(shù)。2、精密與超精密加工發(fā)展歷程與地位： 圖1 精密加工與超精密加工的發(fā)展精密加工與超精密加工地位：精密與超精密加工技術(shù)是一個國家制造業(yè)水平重要標(biāo)志：例：美國哈勃望遠鏡形狀精度0.01m；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1m，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達2nm。精密加工與超精密加工技術(shù)是先進制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵：例：美國陀螺儀球圓度0.1m，粗糙度Ra0.01m，導(dǎo)彈命中精度控

3、制在50m范圍內(nèi)；英國飛機發(fā)電機轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60m降至12m，發(fā)電機壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4m減小1m，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍。精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長點：精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無疑會帶動和促進這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。3、精密與超精密加工分類（1）（2）幾種常用的精密加工方法及特點 傳統(tǒng)的精密加工方法有布輪拋光、砂帶磨削、超精細切削、精細磨削、珩磨、研磨、超精研拋技術(shù)、磁粒光整等。 砂帶磨削：是用粘有磨料的混紡布為磨具對工件進行加工，屬于涂附磨具磨削加工的范疇，有生產(chǎn)率高、表面質(zhì)量好、使用范圍廣等特點。國外在砂

4、帶材料及制作工藝上取得了很大的成就，有了適應(yīng)于不同場合的砂帶系列，生產(chǎn)出通用和專用的砂帶磨床，而且自動化程度不斷提高(已有全自動和自適應(yīng)控制的砂帶磨床)，但國內(nèi)砂帶品種少，質(zhì)量也有待提高，對機床還處于改造階段。 精密切削：也稱金剛石刀具切削(SPDT)，用高精密的機床和單晶金剛石刀具進行切削加工，主要用于銅、鋁等不宜磨削加工的軟金屬的精密加工，如計算機用的磁鼓、磁盤及大功率激光用的金屬反光鏡等，比一般切削加工精度要高12個等級。例如用精密車削加工的液壓馬達轉(zhuǎn)子柱塞孔圓柱度為0.51m，尺寸精度12m；紅外反光鏡的表面粗糙度 Ra0.010.02m，還具有較好的光學(xué)性質(zhì)。從成本上 看，用精密切削

5、加工的光學(xué)反射鏡，與過去用鍍鉻經(jīng)磨削加工的產(chǎn)品相比，成本大約是后者的一半或幾分之一。 但許多因素對精密切削的效果有影響，所以要達到預(yù)期的效果很不容易。同時，金剛石刀具切削較硬的材料時磨損較快，如切削黑色金屬時磨損速度比切削銅快104倍，而且加工出的工件的表面粗糙度和 幾何形狀精度均不理想。 超精密磨削：用精確修整過的砂輪在精密磨床上進行的微量磨削加工，金屬的去除量可在亞微米級甚至更小，可以達到很高的尺寸精度、形位精度和很低的表面粗糙度值。尺寸精度0.10.3m，表面粗糙度Ra0.20.05m，效率高。應(yīng)用范圍廣泛，從軟金屬到淬火鋼、不銹鋼、高速鋼等難切削材料，及半導(dǎo)體、玻璃、陶瓷等硬脆非金屬材

6、料，幾乎所有的材料都可利用磨削進行加工。 但磨削加工后，被加工的表面在磨削力及磨削熱的作用下金相組織要發(fā)生變化，易產(chǎn)生加工硬化、淬火硬化、熱應(yīng)力層、殘余應(yīng)力層和磨削裂紋等缺陷。 珩磨：用油石砂條組成的珩磨頭，在一定壓力下沿工件表面往復(fù)運動，加工后的表面粗糙度可達Ra0.40.1m，最好可到Ra0.025m，主要用來 加工鑄鐵及鋼，不宜用來加工硬度小、韌性好的有色金屬。 精密研磨與拋光：通過介于工件和工具間的磨料及加工液，工件及研具作相互機械摩擦，使工件達到所要求的尺寸與精度的加工方法。精密研磨與拋光對于金屬和非金屬工件都可以達到其他加工方法所不能達到的精度和表面粗糙度，被研磨表面的粗糙度Ra0

7、.025m加工變質(zhì)層很小，表面質(zhì)量高，精密研磨的設(shè)備簡單，主要用于平面、圓柱面、齒輪齒面及有密封要求的配偶件的加工，也可用于量規(guī)、量塊、噴油嘴、閥體與閥芯的光整加工。 但精密研磨的效率較低，如干研速度一般為1030m/min，濕研速度為20120m/min。對加工環(huán)境要求嚴(yán)格，如有大磨料或異物混入時，將使表面產(chǎn)生很難去除的劃傷。 拋光：是利用機械、化學(xué)、電化學(xué)的方法對工件表面進行的一種微細加工，主要用來降低工件表面粗糙度，常用的方法有：手工或機械拋光、超聲波拋光、化學(xué)拋光、電化學(xué)拋光及電化學(xué)機械復(fù)合加工等。 手工或機械拋光是用涂有磨膏的拋光器，在一定的壓力下，與工件表面做相對運動，以實現(xiàn)對工件

8、表面的光整加工。加工后工件表面粗糙度Ra0.05m，可用于平面、柱面、曲面及模具型腔的拋光加工。手工拋光的加工效果與操作者的熟練程度有關(guān)。 超聲波拋光是利用工具端面做超聲振動，通過磨料懸浮液對硬脆材料進行光整加工，加工精度 0.010.02m，表面粗糙度Ra0.1m。超聲拋光 設(shè)備簡單，操作、維修方便，工具可用較軟的材料制作，而且不需作復(fù)雜的運動，主要用來加工硬脆材料，如不導(dǎo)電的非金屬材料，當(dāng)加工導(dǎo)電的硬質(zhì)金屬材料時，生產(chǎn)率較低。 化學(xué)拋光是通過硝酸和磷酸等氧化劑，在一定的條件下，使被加工的金屬表面氧化，使表面平整化和光澤化?；瘜W(xué)拋光設(shè)備簡單，可以加工各種形狀的工件，效率較高，加工的表面粗糙度

9、一般為Ra0.2m，但腐蝕液對人體和設(shè)備有損傷，污染環(huán)境，需妥善處理。主要用來對不銹鋼、銅、鋁及其合金的光亮修飾加工。 二、微細和超微細加工1、概述：微細加工是微小尺寸的精密加工，通常指1mm以下微細尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1m 10m 。超微細加工是微小尺寸的超精密加工，通常指1m以下超微細尺寸零件的加工，其加工誤差為0.01m 0.1m。微細加工或微小件加工是指對小型工件進行的加工。微細加工通常用在醫(yī)療器械領(lǐng)域和電子領(lǐng)域。由微細加工工藝生產(chǎn)的零件通常需要用顯微鏡來觀察。微細加工一般在專門進行微小件或精密加工的車間進行。微細機械加工：主要采用銑、鉆和車三種形式，可加工平面、內(nèi)腔、孔和

10、外圓表面。刀具：多用單晶金剛石車刀、銑刀。銑刀的回轉(zhuǎn)半徑（可小到5m）靠刀尖相對于回轉(zhuǎn)軸線的偏移來得到。當(dāng)?shù)毒呋剞D(zhuǎn)時，刀具的切削刃形成一個圓錐形的切削面。2、地位：微細加工技術(shù)是精密加工技術(shù)的一個分支，面向微細加工的電加工技術(shù),激光微孔加工、水射流微細切割技術(shù)等等在發(fā)展國民經(jīng)濟，振興我國國防事業(yè)等發(fā)面都有非常重要的意義，這一領(lǐng)域的發(fā)展對未來的國民經(jīng)濟、科學(xué)技術(shù)等將產(chǎn)生巨大影響，先進國家紛紛將之列為未來關(guān)鍵技術(shù)之一并擴大投資和加強基礎(chǔ)研究與開發(fā)。所以我們有理由有必要加快這一領(lǐng)域的發(fā)展和開發(fā)進程。3、特點：微細加工技術(shù)是指加工微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。從廣義的角度來講，微細加工包括各種傳統(tǒng)精密加

11、工方法和與傳統(tǒng)精密加工方法完全不同的方法，如切削技術(shù)，磨料加工技術(shù)，電火花加工，電解加工，化學(xué)加工，超聲波加工，微波加工，等離子體加工，外延生產(chǎn)，激光加工，電子束加工，粒子束加工，光刻加工，電鑄加工等。從狹義的角度來講，微細加工主要是指半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，因為微細加工和超微細加工是在半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，特別是大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時代微電子時代，光電子時代的關(guān)鍵技術(shù)之一。微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）、精度的表示方法在微小尺寸加工時，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對值來表示，即用取出的一塊材料的大小來表

12、示，從而引入加工單位尺寸的概念。（2）、微觀機理以切削加工為例，從工件的角度來講，一般加工和微細加工的最大區(qū)別是切屑的大小。一般為金屬材料是由微細的晶粒組成，晶粒直徑為數(shù)微米到數(shù)百微米。一般加工時,吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而作為一個連續(xù)體來看待，因此可見一般加工和微細加工的機理是不同的。（3）、加工特征微細加工和超微細加工以分離或結(jié)合原子、分子為加工對象，以電子束、技工束、粒子束為加工基礎(chǔ)，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進行各種處理。三、發(fā)展前景超精密加工技術(shù)在國際上處于領(lǐng)先地位的國家是美國、英國和日本。美國是開展超精密加工技術(shù)研究最早的國家，也是迄今處于領(lǐng)先地位的國家。英國的克蘭菲

13、爾德精密工程研究所（簡稱CUPE）享有較高聲譽，是當(dāng)今世界上精密工程的研究中心之一。日本的超精密加工技術(shù)的研究相對于英美來說起步較晚，但它是當(dāng)今世界上超精密加工技術(shù)發(fā)展最快的國家。尤其在用于聲、光、圖像、辦公設(shè)備中的小型、超小型電子和光學(xué)零件的超精密加工技術(shù)方面，甚至超過了美國。我國在80年代中期出現(xiàn)了具有世界水平的超精密機床和部件。但總的來說，與國外產(chǎn)品比還有相當(dāng)大的差距。精密加工技術(shù)未來在機械加工領(lǐng)域的發(fā)展趨勢（1）精密化精密加工的核心主要體現(xiàn)在對尺寸精度、仿形精度、表面質(zhì)量的要求。當(dāng)前精密電火花加工的精度已有全面提高，尺寸加工要求可達2-3m、底面拐角R值可小于0.03mm，最佳加工表面

14、粗糙度可低于Ra0.3m。通過采用一系列先進加工技術(shù)和工藝方法，可達到鏡面加工效果且能夠成功地完成微型接插件、IC塑封、手機、CD盒等高精密模具部位的電火花加工。（2）智能化智能化是而向21世紀(jì)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。智能制造技術(shù)(IMT)是將人工智能融入制造過程的各個環(huán)節(jié)，通過模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造系統(tǒng)中的部分腦力勞動，在制造過程中系統(tǒng)能自動監(jiān)測其運行狀態(tài)，在受到外界干擾或內(nèi)部激勵能自動調(diào)整其參數(shù)，以達到最佳狀態(tài)和具備自組織能力。新型數(shù)控電火花機床采用了模糊控制技術(shù)和專家系統(tǒng)智能控制技術(shù)。模糊控制技術(shù)是由計算機監(jiān)測來判定電火花加工間隙的狀態(tài)，在保持穩(wěn)定電弧的范圍內(nèi)自動選擇使加

15、工效率達到最高的加工條件；自動監(jiān)控加工過程，實現(xiàn)最穩(wěn)定的加工過程的控制技術(shù)。采用人機對話方式的專家系統(tǒng)，根據(jù)加工的條件、要求，合理輸入設(shè)定值后便能自動創(chuàng)建加工程序，選用最佳加工條件組合來進行加工。在線自動監(jiān)測、調(diào)整加工過程，實現(xiàn)加工過程的最優(yōu)化控制。專家系統(tǒng)在檢測加工條件時，只要輸入加工形狀、電極與工件材質(zhì)、加工位置、目標(biāo)粗糙度值、電極縮放量、搖動方式、錐度值等指標(biāo)，就可自動推算并配置最佳加工條件。專家系統(tǒng)智能技術(shù)的應(yīng)用使機床操作更容易，對操作人員的技術(shù)水平要求更低。（3）自動化自動化技術(shù)的成功應(yīng)用，不但提高了效率，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，還可以代替人去完成危險場合的工作。對于批量較大的生產(chǎn)自動化，可

16、通過機床自動化改裝、應(yīng)用自動機床、專用組合機床、自動生產(chǎn)線來完成。小批量生產(chǎn)自動化可通過NC，MC，CAM，F(xiàn)MS，CIM，IMS等來完成。在末來的自動化技術(shù)實施過程中，將更加重視人在自動化系統(tǒng)中的作用。同時自動化開始面向中小型企業(yè)，以經(jīng)濟實用為出發(fā)點，滿足不斷發(fā)展的產(chǎn)品多樣化和個性化需要。數(shù)控電火花機床具備的自動測量找正、自動定位、多工件的連續(xù)加工等功能已較好地發(fā)揮了它的自動化性能。自動操作過程不需人工干預(yù)，可以提高加工精度、效率。目前最先進的數(shù)控電火花機床在配有電極庫和標(biāo)準(zhǔn)電極夾具的情況下，只要在加工前將電極裝入刀庫，編制好加工程序，整個電火花加工過程便能日以赴繼地自動運轉(zhuǎn)，幾乎無需人工操

17、作。機床的自動化運轉(zhuǎn)降低了操作人員的勞動強度、提高生產(chǎn)效率。 （4)高效化現(xiàn)代加工的要求為數(shù)控電火花加工技術(shù)提供了最佳的加工模式，即要求在保證加工精度的前提下大幅提高粗、精加工效率。如手機外殼、家電制品、電器用品、電子儀表等領(lǐng)域，都要求減少輔助時間(如編程時間、電極與工件定位時間等),同時又要降低粗糙度,從原來的Ra0.8m改進到Ra0.25m，使放電后不必再進行手工拋光處理。這不但縮短了加工時間且省卻后處理的麻煩，同時提升了模具品質(zhì)，使用粉末加工設(shè)備可達到要求。這就需要增強機床的自動編程功能，配置電極與工件定位的夾具、裝置。若在大工件的粗加工中選用石墨電極材料也是提高加工效率的好方法。(5)

18、信息化信息、物質(zhì)和能源是制造系統(tǒng)的三要素。隨著計算機、自動化與通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)紅制造系統(tǒng)中的應(yīng)用，信息的作用越來越重要。產(chǎn)品制造過程中的信息投入，己成為決定產(chǎn)品成本的主要因素。制造過程的實質(zhì)是對制造過程中各種信息資源的采集、輸入、加工和處理過程，最終形成的產(chǎn)品可看作是信息的物質(zhì)表現(xiàn)，因此可以把信息看作是一種產(chǎn)業(yè)，包括在制造之中。為此一些企業(yè)開始利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機聯(lián)網(wǎng)、信息高速公路、衛(wèi)星傳遞數(shù)據(jù)等實現(xiàn)異地生產(chǎn)。使生產(chǎn)分散網(wǎng)絡(luò)化，以適應(yīng)21世紀(jì)高柔性生產(chǎn)的需要。(6)柔性化隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，促使產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度不斷加快，這就要求現(xiàn)代企業(yè)必須具備一定的生產(chǎn)柔性來滿足市場多變的需要。所謂柔性，是指一個制造系統(tǒng)適應(yīng)各種生產(chǎn)條件變化的能力，它與系統(tǒng)方案、人員和設(shè)備有關(guān)。系統(tǒng)方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人員柔性是指操作人員能保證加工任務(wù)，完成數(shù)量和時間要求的適應(yīng)能力。設(shè)備柔性是指機床能在短期內(nèi)適應(yīng)新零件的加工能力。柔性制造自動化的形式很多，如美國提出的敏捷制造(AM