精密與特種加工技術(shù)課件

精密與特種加工技術(shù)Precisionandultraprecisionmachining1第1章概論21.1精密與特種加工技術(shù)的產(chǎn)生及發(fā)展制造技術(shù)的發(fā)展：石器時(shí)代=>青銅器時(shí)代=>鐵器時(shí)代=>高分子材料時(shí)代；手工制作=>機(jī)器制作=>智能控制自動(dòng)化制作；一般精度加工=>精密加工=>超精密加工及納米加工?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展使機(jī)械制造業(yè)面臨的嚴(yán)峻任務(wù)：難切削材料的加工；鈦合金、硬質(zhì)合金、淬火鋼特殊復(fù)雜性面的加工；葉片、發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、小孔、窄縫超精密、光整零件的加工；陀螺儀、光學(xué)透鏡、曲面鏡特殊零件的加工。光盤基片、微型零件、細(xì)長(zhǎng)軸精密加工和特種加工是新世紀(jì)知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代先進(jìn)制造工藝技術(shù)的重要組成部分，代表了當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的重要方向，在制造業(yè)乃至社會(huì)發(fā)展進(jìn)程中起到非常重要的作用。目前精密與特種加工技術(shù)已成為零件制造的重要工藝技術(shù)手段，成為世界制造技術(shù)領(lǐng)域的制高點(diǎn)，是現(xiàn)代制造技術(shù)的前沿。31.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響精密加工：加工精度在0.1～1μm，加工表面粗糙度在Ra0.02～0.1μm之間的加工方法稱為精密加工；超精密加工：加工精度高于0.1μm，加工表面粗糙度小于Ra0.01μm之間的加工方法稱為超精密加工（微細(xì)加工、超微細(xì)加工、光整加工、精整加工等

）。特種加工是將電能、熱能、光能、聲能和磁能等物理能量及化學(xué)能量或其組合乃至與機(jī)械能組合直接施加到被加工的部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料去除的加工方法，也稱為非傳統(tǒng)加工技術(shù)。

41.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響精密與特種加工技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)制造業(yè)的影響：提高材料的可加工性；改變了零件的典型工藝路線；大大縮短了新產(chǎn)品的試制周期；影響產(chǎn)品零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；影響傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)工藝型好與壞的衡量標(biāo)準(zhǔn)。51.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響精密與特種加工是一門多學(xué)科的綜合高級(jí)技術(shù)，要獲得高精度和高質(zhì)量的加工表面，不僅要考慮加工方法本身，而且涉及被加工的工件材料、加工設(shè)備及工藝裝備、檢測(cè)方法、工作環(huán)境、人的技藝水平等等。61.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響加工機(jī)理上：近年來(lái)，在傳統(tǒng)加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密高速切削、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非傳統(tǒng)加工中，出現(xiàn)了電子束、離子束、激光束等高能加工、微波加工、超聲加工、蝕刻、電火花和電化學(xué)加工等多種方法，特別是復(fù)合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲珩磨等，在加工機(jī)理上均有所創(chuàng)新。

71.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響被加工材料：

用精密和超精密加工的零件，其材料的化學(xué)成分、物理力學(xué)性能、加工工藝性能均有嚴(yán)格要求。例如，要求被加工材料質(zhì)地均勻，性能穩(wěn)定，無(wú)外部及內(nèi)部微觀缺陷；其化學(xué)成分的誤差應(yīng)在10-2～10-3數(shù)量級(jí)，不能含有雜質(zhì)；其物理力學(xué)性能，如拉伸強(qiáng)度、硬度、延伸率、彈性模量、熱導(dǎo)率和膨脹系數(shù)等應(yīng)達(dá)到10-5～10-6數(shù)量級(jí)；材料在冶煉、鑄造、輾軋、熱處理等工藝過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制熔渣過(guò)濾、輾軋方向、溫度等，使材質(zhì)純凈、晶粒大小勻稱、無(wú)方向性，能滿足物理、化學(xué)、力學(xué)等性能要求。

81.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元部件：

(1)高精度。(2)高剛度。(3)高穩(wěn)定性。(4)高自動(dòng)化。加工設(shè)備的質(zhì)量與基礎(chǔ)元部件，如主軸系統(tǒng)、導(dǎo)軌、直線運(yùn)動(dòng)單元和分度轉(zhuǎn)臺(tái)等密切相關(guān)，應(yīng)注意這些元部件質(zhì)量。此外，夾具、輔具等也要求有相應(yīng)的高精度、高剛度和高穩(wěn)定性。91.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響加工工具：

加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術(shù)。用金剛石刀具超精密切削，值得研究的問(wèn)題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應(yīng)達(dá)到2～4nm，同時(shí)應(yīng)解決其檢測(cè)方法，刃口鈍圓半徑與切削厚度關(guān)系密切，若切削的厚度欲達(dá)到10nm，則刃口鈍圓半徑應(yīng)為2nm。磨具當(dāng)前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等問(wèn)題，通常，采用粒度為W20～W0.5的微粉金剛石，粘接劑采用樹(shù)脂、銅、纖維鑄鐵等。101.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響檢測(cè)與誤差補(bǔ)償：尺寸和形位精度可用電子測(cè)微儀、電感測(cè)微儀、電容測(cè)微儀、自準(zhǔn)直儀和激光干涉儀來(lái)測(cè)量。表面粗糙度可用電感式、壓電晶體式表面形貌儀等進(jìn)行接觸測(cè)量，或用光纖法、電容法、超聲微波法和隧道顯微鏡法進(jìn)行非接觸測(cè)量；表面應(yīng)力、表面變質(zhì)層深度、表面微裂紋等缺陷，可用X光衍射法、激光干涉法等來(lái)測(cè)量。檢測(cè)可采取離線的、在位的和在線的三種方式。誤差預(yù)防通過(guò)提高機(jī)床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來(lái)減少誤差源及其影響；誤差補(bǔ)償是在誤差分離的基礎(chǔ)上，利用誤差補(bǔ)償裝置對(duì)誤差值進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以消除誤差本身的影響。靜態(tài)誤差補(bǔ)償是根據(jù)事先測(cè)出的誤差值，在加工時(shí)通過(guò)硬件或軟件進(jìn)行補(bǔ)償；動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償是在在線檢測(cè)基礎(chǔ)上，在加工時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償。111.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響工作環(huán)境：環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在±1℃～±0.02℃，甚至達(dá)到±0.0005℃。在恒溫室內(nèi)，一般濕度應(yīng)保持在55%～60%，防止機(jī)器的銹蝕、石材膨脹，以及一些儀器，如激光干涉儀的零點(diǎn)漂移等。潔凈度要求1000～100級(jí)，100級(jí)是指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm的塵埃不超過(guò)100個(gè)，依此類推。121.2精密與特種加工的特點(diǎn)及影響工作環(huán)境：環(huán)境溫度可根據(jù)加工要求控制在±1℃～±0.02℃，甚至達(dá)到±0.0005℃。在恒溫室內(nèi)，一般濕度應(yīng)保持在55%～60%，防止機(jī)器的銹蝕、石材膨脹，以及一些儀器，如激光干涉儀的零點(diǎn)漂移等。潔凈度要求1000～100級(jí)，100級(jí)是指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm的塵埃不超過(guò)100個(gè)，依此類推。131.3精密與特種加工的方法與分類分類加工機(jī)理加工方法去除加工化學(xué)分解（氣體、液體、固體）電解（液體）蒸發(fā)（真空、氣體）擴(kuò)散（固體）熔化（液體）濺射（真空）刻蝕（曝光），化學(xué)拋光，軟質(zhì)粒子機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工熔化去除加工粒子束濺射去除加工，等離子體加工結(jié)合加工化學(xué)附著化學(xué)結(jié)合電化學(xué)附著電化學(xué)結(jié)合熱附著擴(kuò)散結(jié)合熔化結(jié)合物理附著注入化學(xué)鍍，氣相鍍氧化，氮化電鍍、電鑄陽(yáng)極氧化蒸鍍（真空蒸鍍），晶體生長(zhǎng)，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳浸鍍，熔化鍍?yōu)R射沉淀，離子沉淀（離子鍍）離子濺射注入加工變形加工熱表面流動(dòng)粘滯性流動(dòng)摩擦流動(dòng)熱流動(dòng)加工（高頻電流、熱射流、電子束、激光）液體、氣體流動(dòng)加工（壓鑄、擠壓、噴射、澆鑄）微粒子流動(dòng)加工141.3精密與特種加工的方法與分類分類加工方法可加工材料應(yīng)用切削加工等離子體切削微細(xì)切削微細(xì)鉆削各種材料有色金屬及其合金低碳鋼、銅、鋁熔斷鉬、鎢等高熔點(diǎn)材料，硬質(zhì)合金球，磁盤，反射鏡，多面棱鏡油泵油嘴，化學(xué)噴絲頭，印刷電路板磨料加工微細(xì)磨削研磨拋光彈性發(fā)射加工噴射加工黑色金屬、硬脆材料金屬、半導(dǎo)體、玻璃金屬、半導(dǎo)體、玻璃金屬、非金屬金屬、玻璃、水晶集成電路基片的外圓、平面磨削平面、空、外圓加工，硅片基片平面、空、外圓加工，硅片基片硅片基片刻槽，切斷，圖案成形，破碎特種加工電火花成形加工電火花切割加工電解加工超聲波加工微波加工電子束加工粒子束去除加工激光去除加工光刻加工導(dǎo)電金屬，非金屬導(dǎo)電金屬金屬，非金屬硬脆金屬，非金屬絕緣金屬，半導(dǎo)體各種材料各種材料各種材料金屬，非金屬，半導(dǎo)體孔，溝槽，狹縫，方孔，型腔切斷，切槽模具型腔，大空，切槽，成形刻模，落料，切片，打孔，刻槽在玻璃、紅寶石、陶瓷等上打孔打孔，切割，光刻成形表面，刃磨，割蝕打孔，切斷，劃線劃線，圖形成形復(fù)合加工電解磨削電解拋光化學(xué)拋光各種材料金屬，半導(dǎo)體金屬，半導(dǎo)體刃磨，成形，平面，內(nèi)圓平面，外圓，型面，細(xì)金屬絲，槽平面151.3精密與特種加工的方法與分類工具等加工裝置材料用途、零件等鏡面切削金剛石刀具刃口鋒利化利用CBN刀具切削鋼金剛石刀具得結(jié)晶方位選擇金剛石刀具刃口評(píng)價(jià)改進(jìn)型SEM采用空氣軸承、流體軸承及空氣道軌等高精度化高剛度化冷卻、控溫、防振采用高速運(yùn)算裝置控制

Al、Cu、塑料等軟質(zhì)材料無(wú)電解Ni膜Ge，SiKDP、LiNbO3、玻璃磁盤基板各種模具各種發(fā)射鏡紅外用光學(xué)元件激光核聚變用光學(xué)元件X射線天體望遠(yuǎn)鏡用元件鏡面磨削樹(shù)脂結(jié)合劑金剛石砂輪添加Mo2S2、WS2、C等鑄鐵基金剛石砂輪采用電解腐蝕修整鐵氧體精細(xì)陶瓷超硬合金Ge、Si玻璃磁頭紅外用光學(xué)元件非球面玻璃透鏡各種模具鏡面研磨瀝青拋光盤、石蠟拋光盤、合成樹(shù)脂拋光盤微細(xì)磨料、軟質(zhì)磨料、易微細(xì)化的磨料軟質(zhì)工具的采用：氟化樹(shù)脂發(fā)泡體跑關(guān)盤、液體工具－EEM及浮動(dòng)拋光

基于理論分析的平面研磨機(jī)大口徑光學(xué)元件用研磨機(jī)水晶LiTaO3LiNbO3GGGSi、GaAs精細(xì)陶瓷CVDSiC膜玻璃壓電濾波器基片SAW元件基片半導(dǎo)體基片各種模具SOR用X射線光學(xué)元件激光核聚變用各種光學(xué)元件投影透鏡161.4精密與特種加工技術(shù)的地位和作用精密與特種加工技術(shù)水平是國(guó)家制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一

精密與特種加工所能達(dá)到的精度、表面粗糙度、加工尺寸范圍和幾何形狀是一個(gè)國(guó)家制造技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一。例如：金剛石刀具切削刃鈍圓半徑的大小是金剛石刀具超精密切削的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)，日本聲稱已達(dá)到2nm，而我國(guó)尚處于亞微米水平，相差一個(gè)數(shù)量級(jí)；又如金剛石微粉砂輪超精密磨削在日本已用于生產(chǎn)，使制造水平有了大幅度提高，突出地解決了超精密磨削磨料加工效率低的問(wèn)題。171.4精密與特種加工技術(shù)的地位和作用精密和超精密加工是先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵日本在第二次世界大戰(zhàn)后，大力發(fā)展制造技術(shù)，特別是精密技工技術(shù)，使機(jī)械制造業(yè)的水平有了很大的提高，有力地支持了相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展，在汽車制造業(yè)和微電子工業(yè)方面取得了顯著成績(jī)，在短短30年中，從一個(gè)戰(zhàn)敗國(guó)發(fā)展成為經(jīng)濟(jì)強(qiáng)國(guó)。計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展不僅要在軟件上，還要在硬件上，即在集成電路芯片上有很強(qiáng)的能力，應(yīng)該說(shuō)，當(dāng)前我國(guó)集成電路的制造水平約束了計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展。美國(guó)制造工程研究者提出的汽車制造業(yè)的“兩毫米工程”使汽車質(zhì)量趕上歐、日水平，其中的舉措都是實(shí)實(shí)在在的制造技術(shù)。181.4精密與特種加工技術(shù)的地位和作用國(guó)防工業(yè)上的需求超精密加工技術(shù)與國(guó)防工業(yè)關(guān)系密切，如陀螺儀的加工涉及多項(xiàng)超精密加工，導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率，1kg的陀螺轉(zhuǎn)子，其質(zhì)量中心偏離其對(duì)稱軸0.0005μm，則會(huì)引起100m的射程誤差和50m的軌道誤差。

大型天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡、直徑達(dá)2.4m，形狀精度為0.01μm，如著名的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，能觀察140億光年的天體。紅外線探測(cè)器反射鏡，其拋物面反射鏡形狀精度為1μm，表面粗糙度為Ra0.01μm，其加工精度直接影響導(dǎo)彈的引爆距離和命中率。激光核聚變用的曲面鏡，其形狀精度小于1μm，表面粗糙度小于Ra0.01μm，其質(zhì)量直接影響激光的光源性能。19服役的哈勃望遠(yuǎn)鏡20212223獅子座螺旋星系24宇宙深處的星體25銀河系環(huán)形星群2627281.4精密與特種加工技術(shù)的地位和作用信息產(chǎn)品中的需求計(jì)算機(jī)上的芯片、磁板基片、光盤基片等都需要超精密加工技術(shù)來(lái)制造。錄像機(jī)的磁鼓、復(fù)印機(jī)的感光鼓、各種磁頭、激光打印機(jī)的多面體、噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都必須進(jìn)行超精密加工，才能達(dá)到質(zhì)量要求。民用產(chǎn)品中的需求現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機(jī)、照相機(jī)等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，激光打印機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術(shù)來(lái)完成。至于超精密加工床、設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。29目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介信息產(chǎn)品中的需求計(jì)算機(jī)上的芯片、磁板基片、光盤基片等都需要超精密加工技術(shù)來(lái)制造。錄像機(jī)的磁鼓、復(fù)印機(jī)的感光鼓、各種磁頭、激光打印機(jī)的多面體、噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都必須進(jìn)行超精密加工，才能達(dá)到質(zhì)量要求。民用產(chǎn)品中的需求現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝相機(jī)、照相機(jī)等上的各種透鏡，特別是光學(xué)曲面透鏡，激光打印機(jī)、激光打標(biāo)機(jī)等上的各種反射鏡都要靠超精密加工技術(shù)來(lái)完成。至于超精密加工床、設(shè)備和裝置當(dāng)然更需要超精密加工技術(shù)才能制造。30目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介機(jī)床采用立式結(jié)構(gòu)，采用止推軸承，7路高分辨力雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)，4路激光檢測(cè)橫梁上溜板的運(yùn)動(dòng)，3路激光檢測(cè)刀架上下運(yùn)動(dòng)位置，使用在線測(cè)量和誤差補(bǔ)償，各發(fā)熱部件用大量恒溫水冷卻，用大的地基，地基周圍有防振溝，且整個(gè)機(jī)床用4個(gè)大空氣彈簧支承。定位誤差小于0.051μm；主軸回轉(zhuǎn)誤差小于0.051μm；激光測(cè)量系統(tǒng)綜合誤差小于0.0025μm。美國(guó)LLL實(shí)驗(yàn)室的大型光學(xué)金剛石車床31目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介機(jī)床的x和y向?qū)к壊捎靡后w靜壓，z向的磨軸頭和測(cè)量頭采用空氣軸承。床身采用型鋼焊接結(jié)構(gòu)，用精密數(shù)控驅(qū)動(dòng)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)位置。32目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介機(jī)床的x和y向?qū)к壊捎靡后w靜壓，z向的磨軸頭和測(cè)量頭采用空氣軸承。床身采用型鋼焊接結(jié)構(gòu)，用精密數(shù)控驅(qū)動(dòng)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)位置。英國(guó)Cranfield公司的OAGM2500大型超精密機(jī)床33目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介有一個(gè)x和y向調(diào)整的刀架及作B軸轉(zhuǎn)動(dòng)的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，借助三軸精密數(shù)控，加工平面、球面和非球曲面。采用空氣軸承，刀架設(shè)計(jì)滑板結(jié)構(gòu)，直線移動(dòng)分辨力0.01μm，激光測(cè)量反饋，定位精度全行程0.03μm。加工模具形狀精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm。日本AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機(jī)床34目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介三軸數(shù)控精密電火花成形機(jī)35目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介36目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介三軸數(shù)控精密電火花成形機(jī)37目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介電火花線切割切割厚度400mm最大切割速度140mm2/min加工表面粗糙度Ra≤1.25um38目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介39目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介慢走絲線切割機(jī)床最大加工厚度：210mm加工精度：<0.005mm最大加工速度：≦220mm2/min最佳加工表面粗糙度：Ra≦0.5μm40目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介電火花穿孔機(jī)加工直徑:0.3-3.0mm最大深徑比:300：1

加工速度：30-60mm/min。

能直接從斜面、曲面穿入。

41目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介噴油嘴針閥體油槽電解加工全自動(dòng)電腦數(shù)控機(jī)床42目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介43目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介激光切割機(jī)適用材料：亞克力、木板（輕木、桐木）、竹制品、雙色板、紙張、皮革、布料、橡膠、樹(shù)脂、ABS板、燈罩等非金屬材料。最大切割厚度：≤15mm定位精度：±0.01mm

44目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介45目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介激光打孔機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域：PCB電路板鉆孔重復(fù)定位精度：±0.005mm定位精度：±0.005mm鉆孔精度：±0.02mm

最高打孔速度：500個(gè)/秒電力需求：380V/三相/50Hz/40A46目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介AHL-W180V型大型激光模具焊接機(jī)采用非工作臺(tái)操作方式，主要用于特、大、中型模具修補(bǔ)，模具置于推車、叉車或地上進(jìn)行修補(bǔ)。熱影響區(qū)域小，不會(huì)導(dǎo)致精密模具變形。焊接深度大，焊接牢固。溶化充分，不留修補(bǔ)痕跡。溶池溶料凸起部份與基體結(jié)合處無(wú)凹陷現(xiàn)象。47目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介AHL-W90型激光點(diǎn)焊機(jī)

AHL-W90激光首飾點(diǎn)焊機(jī)專門針對(duì)電子行業(yè)和首飾行業(yè)設(shè)計(jì)，是引進(jìn)德國(guó)先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)改進(jìn)而成，該系列產(chǎn)品采用人體工學(xué)設(shè)計(jì)，并采用國(guó)際頂級(jí)配件生產(chǎn)，可用于金銀首飾、電子元器件補(bǔ)孔、點(diǎn)焊砂眼、焊鑲口等。48目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介AHL-AW400型通用自動(dòng)激光焊接機(jī)49目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介超聲波清洗機(jī)適用范圍于電子零件、五金機(jī)械、電鍍零件、鐘表、（表帶、表殼）眼鏡架、鏡片、珠寶首飾、半導(dǎo)體硅片、噴絲板、過(guò)濾芯、玻璃器皿等等的清洗。50目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介超聲波塑焊機(jī)目前超聲波焊接已經(jīng)是一種成熟的熔接技術(shù)，各種熟塑性膠件均可使用超聲波熔接處理，且不需加溶劑、粘接劑或其他輔助品。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、快速、生產(chǎn)效率高、低成本，焊接質(zhì)量好。51目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介52目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介電子束焊接電子束技術(shù)包含了機(jī)械、真空、高電壓和電磁場(chǎng)理論、電子光學(xué)、自動(dòng)控制和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科技術(shù)，電子束焊接的基本原理是電子槍中的陰極由于直接或間接加熱而發(fā)射電子，該電子在高壓靜電場(chǎng)的加速下再通過(guò)電磁場(chǎng)的聚焦就可以形成能量密度極高的電子束，用此電子束去轟擊工件，巨大的動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，使焊接處工件熔化，形成熔池，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件的焊接。53目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介電子束焊接54目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介高壓水射流切割平臺(tái)有效工作行程：300×1300×150(mm)；結(jié)構(gòu)形式：龍門移動(dòng)式；數(shù)控系統(tǒng)：步進(jìn)系統(tǒng)；切割功能：任意平面曲線；切割精度：±0.1mm；重復(fù)定位精度：±0.02mm；最大壓力：300Mpa；使用壓力：<300Mpa；增壓比：19：1；可用水噴嘴最大直徑：0.3mm；電壓：380V/5OHz55目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介高壓水射流切割產(chǎn)品應(yīng)用范圍極其廣泛，玻璃、石材、建筑陶瓷、黑色金屬、有色金屬、紙張、要板、布匹、皮革、橡膠、復(fù)合材料、海綿等，幾乎包括所有能想象的一切材料。而且該產(chǎn)品切割速度快、切縫窄、切口光滑、無(wú)熱變形、加工成本低，正日益廣泛的應(yīng)用在軍工、航天、航空、船舶、汽車、制衣、電子、建筑、廣告等行業(yè)中，這是一種綠色無(wú)污染的高新技術(shù)產(chǎn)品。56目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介57目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介等離子切割應(yīng)用范圍：各種冷軋板、鍍鋅板、鋁板、不銹鋼板、銅板等金屬薄板切割厚度：鋼板5毫米、不銹鋼3毫米加工面積：1.2米X1.4米58目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介擠壓珩磨對(duì)各種原料模、拉伸模、型材擠壓模、注射模等復(fù)雜型腔表面進(jìn)行珩磨拋光；對(duì)零件上隱蔽的交叉孔、異形孔、臺(tái)階孔和各類具有較復(fù)雜內(nèi)外形的零件進(jìn)行珩磨拋光；可以去除電火花加工或激光加工后的表面硬化層及微觀缺陷；可以對(duì)銅、鋁、淬火鋼、陶瓷、硬質(zhì)合金和非金屬的零件進(jìn)行珩磨拋光；表面粗糙度可達(dá)0.05μm。

59目前常見(jiàn)的精密與特種加工技術(shù)簡(jiǎn)介60第2章金剛石刀具精密切削加工61第2章

金剛石刀具精密切削加工超精密切削是使用精密的單晶天然金剛石刀具加工有色金屬和非金屬，可以直接加工出超光滑的加工表面(粗糙度Ra0.02～0.005μm，加工精度<0.01μm)。用于加工：陀螺儀、激光反射鏡、天文望遠(yuǎn)鏡的反射鏡、紅外反射鏡和紅外透鏡、雷達(dá)的波導(dǎo)管內(nèi)腔、計(jì)算機(jī)磁盤、激光打印機(jī)的多面棱鏡、錄像機(jī)的磁頭、復(fù)印機(jī)的硒鼓、菲尼爾透鏡等。超精密切削也是金屬切削的一種，當(dāng)然也服從金屬切削的普遍規(guī)律。金剛石刀具的超精密加工技術(shù)主要應(yīng)用于單件大型超精密零件的切削加工和大量生產(chǎn)中的中小型超精密零件加工。62

超精密切削時(shí)刀具的切削速度、磨損和耐用度切削速度向來(lái)是影響刀具耐用度最主要的因素，但是切削速度的高低對(duì)金剛石刀具的磨損大小影響甚微，刀具的耐用度極高。原因是：金剛石的硬度極高，耐磨性好，熱傳導(dǎo)系數(shù)高，和有色金屬間的摩擦系數(shù)低，因此切削溫度低，在加工有色金屬時(shí)刀具耐磨度甚高，可用很高的切削速度1000～2000m/min，而刀具的磨損甚小。超精密切削實(shí)際速度的選擇根據(jù)所使用的超精密機(jī)床的動(dòng)特性和切削系統(tǒng)的動(dòng)特性選取，即選擇振動(dòng)最小的轉(zhuǎn)速。天然單晶金剛石刀具只能用在機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)非常平穩(wěn)的高精度車床上，否則由于振動(dòng)金剛石刀具將會(huì)很快產(chǎn)生刀刃微觀崩刃。63超精密切削時(shí)刀具的切削速度、磨損和耐用度64超精密切削時(shí)刀具的切削速度、磨損和耐用度單晶金剛石車刀磨損區(qū)概況65超精密切削時(shí)刀具的切削速度、磨損和耐用度刀刃磨損的正常情況劇烈磨損情況可以看到磨損后成層狀即刀具磨損為層狀微小剝落66

超精密切削時(shí)刀具的切削速度、磨損和耐用度沿切削速度方向出現(xiàn)磨損溝槽即由于金剛石和鐵、鎳的化學(xué)和物理親和性而產(chǎn)生的腐蝕溝槽金剛石切削時(shí)，由于微小振動(dòng)產(chǎn)生刀刃的微小崩刃67超精密切削時(shí)積屑瘤的生成規(guī)律68切削速度對(duì)積屑瘤生成的影響69

不管在多大的切削速度下都有積屑瘤生成，切削速度不同，積屑瘤的高度也不同。當(dāng)切削速度較低時(shí)，積屑瘤高度較高，當(dāng)切削速度達(dá)到一定值時(shí)，積屑瘤趨于穩(wěn)定，高度變化不大。切削速度對(duì)積屑瘤生成的影響70

在進(jìn)給量很小時(shí)，積屑瘤的高度很大，在f＝5μm/r時(shí)，h0值最小，f值再增大時(shí)，h0值稍有增加。進(jìn)給量f對(duì)積屑瘤生成的影響71在背吃刀量<25μm時(shí)，積屑瘤的高度變化不大，但在背吃刀量>25μm后，h0值將隨著背吃刀量的增加而增加。背吃刀量

對(duì)積屑瘤生成的影響72

積屑瘤高時(shí)切削力也大，積屑瘤小時(shí)切削力也小。與普通切削規(guī)律正好相反。積屑瘤對(duì)切削力的影響731）積屑瘤前端R大約2～3μm，實(shí)際切削力由刃口半徑R起作用，切削力明顯增加。2）積屑瘤與切削層和已加工表面間的摩擦力增大，切削力增大。3）實(shí)際切削厚度超過(guò)名義值，切削厚度增加hD-hDu，切削力增加。有積屑瘤時(shí)的超精密切削模型74

積屑瘤高度大，表面粗糙度大，積屑瘤小表面粗糙度小。并且可以看出，切削液減小積屑瘤，減小加工表面粗糙度。積屑瘤對(duì)加工表面粗糙度的影響75在有切削液的條件下，切削速度對(duì)加工表面粗糙度的影響很小。切削速度對(duì)加工表面粗糙度的影響76不同切削速度下均得到表面粗糙度極小的加工表面—鏡面。切削速度對(duì)加工表面粗糙度的影響77在進(jìn)給量f<5μm/r時(shí)，均達(dá)到Rmax<0.05μm的加工表面粗糙度。進(jìn)給量對(duì)加工表面粗糙度的影響78修光刃長(zhǎng)度常取0.05～0.20mm。修光刃的長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，對(duì)加工表面粗糙度影響不大。修光刃有直線和圓弧兩種，加工時(shí)要精確對(duì)刀，使修光刃和進(jìn)給方向一致。圓弧刃半徑一般取2～5mm。修光刃長(zhǎng)度對(duì)加工表面粗糙度的影響79在刀具刃口半徑足夠小時(shí)，超精密切削范圍內(nèi)，背吃刀量的變化對(duì)加工表面粗糙度影響很小。背吃刀量對(duì)加工表面粗糙度的影響80背吃刀量減少，表面殘留應(yīng)力也減少，但超過(guò)某臨界值時(shí)，背吃刀量減少反而使加工表面殘留應(yīng)力增加。背吃刀量對(duì)加工表面殘余應(yīng)力的影響81刃口鋒銳度對(duì)加工表面粗糙度的影響刃口半徑為0.6μm、0.3μm82刃口鋒銳度對(duì)加工表面粗糙度的影響在相同背吃刀量的情況下，更鋒銳的刀具切出的表面粗糙度更小。83刃口鋒銳度對(duì)加工表面粗糙度的影響在相同進(jìn)給量的情況下，更鋒銳的刀具切出的表面粗糙度更小。84刃口鋒銳度對(duì)切削力的影響鋒銳車刀切削變形系數(shù)明顯低于較鈍的車刀。刀刃鋒銳度不同，切削力明顯不同。刃口半徑增大，切削力增大，即切削變形大。背吃刀量很小時(shí)，切削力顯著增大。因?yàn)楸吵缘读亢苄r(shí)，刃口半徑造成的附加切削變形已占總切削變形的很大比例，刃口的微小變化將使切削變形產(chǎn)生很大的變化。所以在背吃刀量很小的精切時(shí)，應(yīng)采用刃口半徑很小的鋒銳金剛石車刀。85刃口鋒銳度對(duì)切削表面層的冷硬的影響

LY12鋁合金原始材料的顯微硬度為105HV。使用p＝0.3μm的金剛石車刀切削，得到的加工表面顯微硬度為167HV；使用p＝0.6μm的金剛石車刀切削，得到的加工表面顯微硬度為205HV。1）刃口半徑不同，加工表面變質(zhì)層的冷硬和顯微硬度有很大區(qū)別；2）刃口半徑越小，加工表面變質(zhì)層的冷硬度越小。86刃口鋒銳度對(duì)加工表面組織位錯(cuò)的影響刃口半徑越小，位錯(cuò)密度越小，切削變形越小，表面質(zhì)量越高。87刃口鋒銳度對(duì)加工表面殘留應(yīng)力的影響1）刃口半徑越小，殘留應(yīng)力越低；2）背吃刀量越小，殘留應(yīng)力越小，但當(dāng)背吃刀量減小到臨界值時(shí)，背吃刀量減小，殘留應(yīng)力增大。88刀刃刃口半徑和最小切削厚度的關(guān)系

使用極鋒銳的刀具和機(jī)床條件最佳的情況下，金剛石刀具的超精密切削，可實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米（nm）級(jí)的連續(xù)穩(wěn)定切削。要使最小切削厚度1nm，可估算金剛石刀具刃口半徑為3～4nm。

用高速鋼和硬質(zhì)合金刀具進(jìn)行切削試驗(yàn)，達(dá)到的最小切削厚度值為：刀具被切材料最小切削厚度W18Cr4VQ235鋼0.248ρW18Cr4V45鋼0.274ρYG8Q235鋼0.350ρYG845鋼0.377ρ89刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面的影響一、金剛石晶體的摩擦系數(shù)1）（100）晶面的摩擦系數(shù)曲線有4個(gè)波峰和波谷；（110）晶面有2個(gè)波峰和波谷；（111）晶面有3個(gè)波峰和波谷；2）（100）晶面的摩擦系數(shù)最低；（110）最高；3）（100）晶面的摩擦系數(shù)差別最大；（110）晶面最小。90

比較切削變形大小要通過(guò)觀察切屑外形，測(cè)量切屑變形系數(shù)和比較剪切角大小。1號(hào)車刀：前、后面為（100）晶面；2號(hào)車刀：前、后面為（110）晶面。（一）通過(guò)觀察兩把刀切下的外形，切屑的厚度，切屑上滑移線痕跡等，1號(hào)車刀切下的切屑變形小于2號(hào)車刀切下的切屑變形。（二）通過(guò)實(shí)測(cè)兩把刀的切屑厚度，計(jì)算出的切屑變形系數(shù)，1號(hào)車刀切下切屑的變形系數(shù)小于2號(hào)車刀切下的切屑的變形系數(shù)。（三）剪切角：結(jié)論：用（100）晶面的1號(hào)車刀切屑時(shí)的切屑變形小于用（110）晶面的2號(hào)車刀。刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面的影響二、晶面不同對(duì)切削變形的影響91用（100）晶面的1號(hào)車刀和（110）晶面的2號(hào)車刀，在相同的切削條件下加工紫銅，改變進(jìn)給量得到的加工表面粗糙度相差不多。

這兩把車刀車出的表面都有殘余壓應(yīng)力，用（100）晶面的1號(hào)車刀切出的表面層殘余壓應(yīng)力小于用（110）晶面的2號(hào)車刀車出的。所以用摩擦系數(shù)小的（100）晶面作金剛石刀具的前、后面，可使切削變形減小，并可減小后刀面與加工表面間的摩擦，從而減小加工表面殘余應(yīng)力。刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面的影響三、晶面不同對(duì)加工表面質(zhì)量的影響92

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，（110）晶面的刀具磨損較快，切削相當(dāng)時(shí)間后，加工表面的粗糙度已經(jīng)超過(guò)0.05μm；（100）晶面的刀具磨損較慢，切削較長(zhǎng)時(shí)間后，加工表面粗糙度仍<0.05μm，即刀具耐用度明顯較高。刀具晶面選擇對(duì)切削變形和加工表面的影響四、晶面不同對(duì)刀具磨損的影響931）極高的硬度、極高的耐磨性和極高的彈性模量。2）刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑值極小，能實(shí)現(xiàn)超薄切削厚度。3）刀刃無(wú)缺陷，切削時(shí)刃形將復(fù)制在被加工表面上，從而得到超光滑的鏡面。4）與工件材料的抗粘性好、化學(xué)親和性小、摩擦系數(shù)低，以得到極好的加工表面完整性。不可替代的超精密切削刀具材料：?jiǎn)尉Ы饎偸?。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)超精密切削對(duì)刀具的要求94硬度最高，各向異性，不同晶向的物理性能相差很大。優(yōu)質(zhì)天然單晶金剛石：多數(shù)為規(guī)整的8面體或菱形12面體，少數(shù)為6面立方體或其他形狀，淺色透明，無(wú)雜質(zhì)、無(wú)缺陷。大顆粒人造金剛石在超高壓、高溫下由子晶生長(zhǎng)而成，并且要求很長(zhǎng)的晶體生長(zhǎng)時(shí)間。人造單晶金剛石已用于制造超精密切削的刀具。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體的性能9596979899100101102103104105晶胞

晶體結(jié)構(gòu)指晶體內(nèi)部原子規(guī)則排列的方式。晶體結(jié)構(gòu)不同，其性能往往相差很大。為了便于分析研究各種晶體中原子或分子的排列情況，通常把原子抽象為幾何點(diǎn)，并用許多假想的直線連接起來(lái)，這樣得到的三維空間幾何格架稱為晶格。

刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)106晶胞XYZabc晶格常數(shù)a，b，c

組成晶格的最小幾何單元稱為晶胞，晶胞各邊的尺寸a、b、c稱為晶格常數(shù)，晶胞各邊之間的相互夾角分別以α、β、γ表示。

根據(jù)6個(gè)參數(shù)間的相互關(guān)系，可將全部空間晶格歸屬于7種類型，即7個(gè)晶系：三斜、單斜、正交、六方、菱方、四方、立方；金剛石屬于六方晶系。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)107XYZabc晶面：通過(guò)原子中心的平面，即晶體中各種方位上的原子面。晶軸：與晶面垂直的軸刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)晶體中的晶面和晶軸108晶體中原子排列的規(guī)律性，可以從晶面上反映出來(lái)。許多性能都和晶體中的特定晶面密切聯(lián)系，為了便于研究和表述不同晶面上原子排列情況與特征，給各種晶面規(guī)定一定的符號(hào)，這種符號(hào)叫做“晶面指數(shù)”。確定晶面指數(shù)的步驟如下：

（1）設(shè)晶格中某一原子為原點(diǎn)，通過(guò)該點(diǎn)平行于晶胞的三棱邊作OX、OY、OZ三坐標(biāo)軸，以晶格常數(shù)a、b、c分別作為相應(yīng)的三個(gè)坐標(biāo)軸上的度量單位，求出所需確定的晶面在三坐標(biāo)軸上的截距。

（2）將所得三截距之值變?yōu)榈箶?shù)。

（3）再將這三個(gè)倒數(shù)按比例化為最小整數(shù)，并加上一圓括號(hào)，即為晶面指數(shù)，一般表示為（hkl）。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)晶體中的晶面指數(shù):109晶面指數(shù)的意義：晶面指數(shù)所代表的不僅是某一晶面，而是代表著一組相互平行的晶面。在晶體內(nèi)凡晶面間距和晶面上原子的分布完全相同，只是空間位向不同的晶面可以歸并為同一晶面族，以{hkl}表示。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)晶面指數(shù)的例子110刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)金剛石是典型的原子晶體，在這種晶體中的基本結(jié)構(gòu)微粒是碳原子。每個(gè)碳原子與四個(gè)碳原子形成共價(jià)單鍵，鍵長(zhǎng)為15.5nm，鍵角為109°28′，構(gòu)成正四面體。每個(gè)碳原子位于正四面體的中心，周圍四個(gè)碳原子位于四個(gè)頂點(diǎn)上，在空間構(gòu)成連續(xù)的、堅(jiān)固的骨架結(jié)構(gòu)。因此，可以把整個(gè)晶體看成為一個(gè)巨大的分子。由于C—C鍵的鍵能大（為347kJ/mol），價(jià)電子都參與了共價(jià)鍵的形成，使晶體中沒(méi)有自由電子，所以金剛石是自然界中最堅(jiān)硬的固體，熔點(diǎn)高達(dá)3550℃，并且不導(dǎo)電。111刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)112根據(jù)晶體學(xué)原理，金剛石屬于立方晶系，主要有三個(gè)主要的晶面（100）、（111）、（110），與（100）垂直的晶軸為4次對(duì)稱軸，與（111）垂直的晶軸為3次對(duì)稱軸，與（100）垂直的晶軸為2次對(duì)稱軸。規(guī)整的單晶金剛石晶體有八面體、十二面體和六面體，八面體、十二面體和六面體中均有3根4次對(duì)稱軸、4根3次對(duì)稱軸、6根2次對(duì)稱軸。八面體有八個(gè)（111）晶面圍成的外表面，菱形十二面體有十二個(gè)（110）晶面圍成外表面，六面立方體有六個(gè)（100）晶面圍成外表面。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)113晶面（面網(wǎng)）（100）（110）（111）面網(wǎng)的最小單元面積原子數(shù)4x1/4+1=24x1/4+2x1/2+2=43x1/6+3x1/2=2面網(wǎng)密度（致密度）面網(wǎng)距D－金剛石晶體中單位晶胞的棱邊長(zhǎng)刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石的晶面（面網(wǎng)）、致密度、面網(wǎng)距114

解理現(xiàn)象是某些晶體特有的現(xiàn)象，晶體受到定向的機(jī)械力作用時(shí)，沿平行于某個(gè)平面平整的劈開(kāi)的現(xiàn)象。（111）面的寬的面間距（0.154nm）是金剛石晶體中所有晶面間距中的最大的一個(gè)，并且其中的連接共價(jià)鍵數(shù)最少，只需擊破一個(gè)價(jià)鍵就可使其劈開(kāi)。金剛石的解理現(xiàn)象即沿解理面（111）平整的劈開(kāi)兩半，且金剛石的破碎和磨損都和解理現(xiàn)象直接有關(guān)。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體的解理現(xiàn)象115刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體各晶面的耐磨性、好磨難磨方向1161)A(100)晶面，磨削率有4個(gè)峰值，各相差90度。高磨削方向的磨削率K為：5.8x10－5μm3/(Nms－1)；2)B(110)晶面，磨削率有2個(gè)峰值，各相差180度。高磨削方向的磨削率K為：12.8x10－5μm3/(Nms－1)；3)C(111)晶面，磨削率有3個(gè)峰值，各相差120度。高磨削方向的磨削率K為：1x10－5μm3//(Nms－1)?？梢?jiàn)，都在高磨削率方向時(shí)，(110)晶面的磨削率最高，最易磨削；(100)次之，(111)最低。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體各晶面的耐磨性、好磨難磨方向117高磨削率方向稱為“好磨方向”，低磨削率方向稱為“難磨方向”。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體各晶面的耐磨性、好磨難磨方向118刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體研磨時(shí)摩擦系數(shù)的各向異性1191)(110)晶面摩擦系數(shù)最大，(100)晶面次之，(111)晶面最小。2)(100)晶面有4個(gè)波峰和波谷，(110)晶面有2個(gè)波峰和波谷，(111)晶面有3個(gè)波峰和波谷。3)摩擦系數(shù)高時(shí)磨削率亦高，摩擦系數(shù)低時(shí)磨削率也低。摩擦系數(shù)曲線的波峰方向即是磨削率最高的“好磨方向”；摩擦系數(shù)曲線的波谷方向即是磨削率最低的“難磨方向”。4)根據(jù)摩擦力的大小可找出所磨晶面的好磨方向。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)金剛石晶體研磨時(shí)摩擦系數(shù)的各向異性120金剛石刀具的磨損，主要屬于機(jī)械磨損，本質(zhì)是微觀解理的積累；金剛石晶體的破損機(jī)理，主要產(chǎn)生于（111）晶面的解理。當(dāng)垂直于（111）面的拉力超過(guò)某特定值時(shí)，兩相鄰的（111）面分離，產(chǎn)生解理劈開(kāi)。刀刃處的解理破損是磨損和破損的主要形式，所以刀刃的微觀強(qiáng)度是刀具設(shè)計(jì)選擇晶面的主要依據(jù)。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)單晶金剛石刀具的磨損破損機(jī)理121由圖可看出，當(dāng)作用力相同時(shí)，（110）面破損的機(jī)率最大，（100）面破損機(jī)率最小。設(shè)計(jì)金剛石刀具時(shí)，應(yīng)選用微觀強(qiáng)度最高的（100）作為金剛石刀具的前面和后面。刀具的要求及金剛石的性能和晶體結(jié)構(gòu)單晶金剛石刀具的磨損破損機(jī)理122六面體金剛石晶體外表面都是正方形，它的六個(gè)面和八個(gè)角都是相同的，具有對(duì)稱性。六面體的六個(gè)外表面及其平行面都是（100）晶面。六面體的八個(gè)角都是都是由三個(gè)相互垂直的（100）晶面所組成的。六面體中，與每?jī)蓪?duì)棱的中點(diǎn)連線方向垂直的是（110）晶面；與兩對(duì)應(yīng)角連線相垂直的是（111）晶面。八面體八個(gè)外表面都是等邊三角形，它的八個(gè)面和六個(gè)角是相同的，具有對(duì)稱性。八面體的外表面及其平行面都是（111）晶面，通過(guò)四個(gè)對(duì)稱頂角的面是（100）晶面，通過(guò)兩個(gè)對(duì)稱頂角和兩個(gè)對(duì)稱邊中點(diǎn)的面是（110）晶面。棱形十二面體的十二個(gè)外表面及其平行面呈棱形，是（110）晶面，與兩個(gè)對(duì)應(yīng)三個(gè)面交點(diǎn)連線垂直的是（111）晶面，與兩個(gè)對(duì)應(yīng)四個(gè)面交點(diǎn)的連線垂直的是（100）晶面。金剛石晶體的定向金剛石晶體的人工目測(cè)定向123當(dāng)一定波長(zhǎng)的X光束穿透晶體，晶體內(nèi)振動(dòng)的電子將在各個(gè)方向發(fā)出散射光，該散射光在某些方向被反射增強(qiáng)，形成所謂的衍射光束，能在熒光屏上觀察到，并能使照片底片感光。在滿足反射的條件下，只有原子密集的晶面，如（100）（111）（110）晶面反射的X光才能觀察到衍射圖像。將金剛石放在X光束照射下，改變X光的入射角度，觀察衍射圖像的變化。當(dāng)衍射圖像中的光點(diǎn)出現(xiàn)4次、3次或2次對(duì)稱現(xiàn)象時(shí)，X光束已經(jīng)和金剛石的4次、3次或2次對(duì)稱軸重合，確定了晶體的4次、3次或2次對(duì)稱軸的方位，同時(shí)也確定了（100）（111）或（110）晶面的空間方位。金剛石晶體的定向金剛石晶體的X射線定向124原理：利用金剛石在不同結(jié)晶方向上，晶體結(jié)構(gòu)不同，對(duì)激光反射而形成的衍射圖像不同而進(jìn)行的。金剛石晶體的定向金剛石晶體的激光定向125金剛石晶體的各晶面有其固定的晶紋和微觀凹坑形狀，因此各晶面反射激光而形成的衍射光像形狀也是固定的。（100）（110）（111）光像葉瓣所指方向是該晶面的好磨方向。金剛石晶體的定向金剛石晶體的激光定向126激光定向的優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)備價(jià)格便宜；2）操作簡(jiǎn)便，對(duì)操作者無(wú)害；3）直觀；4）定向精度可滿足生產(chǎn)需要，低于X射線晶體定向，但更適宜生產(chǎn)使用。金剛石晶體的定向金剛石晶體的激光定向127金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造128金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造129金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造金剛石刀具的設(shè)計(jì)130衡量金剛石刀具的標(biāo)準(zhǔn)：能否加工出高質(zhì)量的超光滑表面（Ra＝0.005～0.02μm）能否有較長(zhǎng)的切削時(shí)間保持刀刃鋒銳（切削長(zhǎng)度數(shù)百千米）設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題：優(yōu)選切削部分的幾何形狀；前、后面選擇最佳晶面；確定刀具結(jié)構(gòu)和金剛石在刀具上的固定方法。金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造金剛石刀具的設(shè)計(jì)131金剛石刀具的主切削刃和副切削刃之間采用過(guò)渡刃對(duì)加工表面起修光作用。金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造金剛石刀具切削部分的幾何形狀132金剛石刀具的主切削刃和副切削刃之間采用過(guò)渡刃對(duì)加工表面起修光作用。國(guó)內(nèi)：多采用直線修光刃，修光刃長(zhǎng)度一般取0.1～0.2mm國(guó)外：多采用圓弧修光刃，圓弧半徑R=0.5~3mm。金剛石刀具的主偏角，平時(shí)采用30～90度，用得較多的是45度。金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造金剛石刀具切削部分的幾何形狀133金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造134前角后角副偏角主偏角刃傾角金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造135為增加刀刃的強(qiáng)度，采用較大的刀具楔角，故刀具的前角、后角都取得較小。后角：多采用加工球面和非球面的圓弧修光刃刀具，常取前角：根據(jù)加工材料，切鋁、銅合金前角取前角和后角金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造136金剛石車刀舉例金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造1：主偏角45度2：前角0度3：后角5度4：修光刃0.15mm137應(yīng)考慮因素：刀具耐磨性好；刀刃微觀強(qiáng)度高，不易產(chǎn)生微觀崩刃；刀具和被加工材料間摩擦系數(shù)低，使切削變形小，加工表面質(zhì)量高；制造研磨容易。（111）不適合作前后面。推薦采用（100）晶面作金剛石刀具的前后面，理由如下：1、（100）晶面的耐磨性高于（110）晶面；2、

（100）晶面的微觀破損強(qiáng)度高于（110）晶面，（100）晶面受載荷時(shí)的破損機(jī)率比（110）晶面低很多；3、

（100）晶面和有色金屬之間的摩擦系數(shù)要低于（110）晶面的摩擦系數(shù)。金剛石刀具前、后刀面晶面選擇金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造138對(duì)金剛石車刀，常把金剛石固定在小刀頭上，小刀頭用螺釘或壓板固定在車刀刀桿上，或?qū)⒔饎偸苯庸潭ㄔ谲嚨兜稐U上。在小刀頭上的固定方法有：機(jī)械夾固粉末冶金法固定粘結(jié)或釬焊固定

一次性使用不重磨的精密金剛石刀具，將金剛石釬焊在硬質(zhì)合金片上，再用螺釘夾固在車刀桿上。金剛石刀具的固定方法金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造139金剛石刀具的研磨加工金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造140粗研是為了去除余量，粗研效率與研磨方向、研磨速度和壓力、使用的金剛石微粉的粒度有關(guān)。

找到所磨晶面的好磨方向線速度高加大研磨壓力（9～12N）研磨效率高粗粒度的微粉（初期）細(xì)粒度的微粉（后期）金剛石刀具的研磨加工金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造141精研：提高研磨質(zhì)量，使切削刃研制更為鋒銳磨料粒度越小，研磨表面粗糙度越小研磨盤質(zhì)量越好，研磨效果越好研磨方向：逆磨，即沿切削刃口指向刀體內(nèi)的方向研磨精拋：研磨時(shí)讓金剛石作垂直于研磨方向的法向運(yùn)動(dòng)，除去磨痕。金剛石刀具的研磨加工金剛石刀具的設(shè)計(jì)與制造142精密機(jī)床是實(shí)現(xiàn)精密加工的首要基礎(chǔ)條件。1）美國(guó)：50年代首先發(fā)展了金剛石刀具的超精密切削技術(shù)，并發(fā)展了相應(yīng)的空氣軸承主軸的超精密機(jī)床；1983～1984研制成功大型超精密金剛石車床DTM－3型和LODTM大型超精密車床。2）英國(guó)：1991粘研制成功大型超精密機(jī)床OAGM2500。3）日本：現(xiàn)在在中小型超精密機(jī)床生產(chǎn)上已經(jīng)具有一定的優(yōu)勢(shì)，甚至超過(guò)了美國(guó)。4）中國(guó)：JCS－027超精密車床、JCS－031超精密銑床、JCS－035超精密車床等。

精密和超精密機(jī)床發(fā)展概況超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件143UnionCarbide公司的半球機(jī)床能加工直徑100mm的半球，達(dá)到尺寸精度正負(fù)0.6μm，表面粗糙度0.025μm。精密空氣軸承主軸采用多孔石墨制成軸襯，徑向空氣軸承的外套可以調(diào)整自動(dòng)定心，可提高前后軸承的同心度，以提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件144Moore車床由Moore3型坐標(biāo)測(cè)量機(jī)改造而成。采用臥式主軸，三坐標(biāo)精密數(shù)控，消振和防振措施，加強(qiáng)恒溫控制等。M-18AG型超精密非球面車床，基本結(jié)構(gòu)同Moore3，采用空氣靜壓軸承主軸、氣浮導(dǎo)軌、雙坐標(biāo)雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)、優(yōu)質(zhì)鑄鐵床身，有恒溫油澆淋機(jī)和空氣隔振墊支承。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件145Pneumo

公司的MSG-325超精密車床采用T形布局，機(jī)床空氣主軸的徑向圓跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)均小于等于0.05μm。床身溜板用花崗巖制造，導(dǎo)軌為氣浮導(dǎo)軌；機(jī)床用滾珠絲杠和分辨率為0.01μm的雙坐標(biāo)精密數(shù)控系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，用HP5501A雙頻激光干涉儀精密檢測(cè)位移。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件146DTM-3大型超精密車床采用精密數(shù)控伺服方式，控制部分為內(nèi)裝式CNC裝置和激光干涉測(cè)長(zhǎng)儀，精確測(cè)量定位，在DC伺服機(jī)構(gòu)內(nèi)裝有壓電微位移機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)納米級(jí)微位移。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件147大型光學(xué)金剛石車床LODTM機(jī)床采用立式結(jié)構(gòu)，采用止推軸承，7路高分辨力雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)，4路激光檢測(cè)橫梁上溜板的運(yùn)動(dòng)，3路激光檢測(cè)刀架上下運(yùn)動(dòng)位置，使用在線測(cè)量和誤差補(bǔ)償，各發(fā)熱部件用大量恒溫水冷卻，用大的地基，地基周圍有防振溝，且整個(gè)機(jī)床用4個(gè)大空氣彈簧支承。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件148OAGM2500大型超精密機(jī)床機(jī)床的x和y向?qū)к壊捎靡后w靜壓，z向的磨軸頭和測(cè)量頭采用空氣軸承。床身采用型鋼焊接結(jié)構(gòu)，用精密數(shù)控驅(qū)動(dòng)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)位置。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件149AHNIO型高效專用車削、磨削超精密機(jī)床有一個(gè)x和y向調(diào)整的刀架及作B軸轉(zhuǎn)動(dòng)的高精度轉(zhuǎn)臺(tái)，借助三軸精密數(shù)控，加工平面、球面和非球曲面。采用空氣軸承，刀架設(shè)計(jì)滑板結(jié)構(gòu)，直線移動(dòng)分辨力0.01μm，激光測(cè)量反饋，定位精度全行程0.03μm。加工模具形狀精度0.05μm，表面粗糙度0.025μm。典型機(jī)床簡(jiǎn)介超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件150主軸回轉(zhuǎn)精度——在主軸空載手動(dòng)或機(jī)動(dòng)低速旋轉(zhuǎn)情況下，在主軸前端安裝工件或刀具的基面上所測(cè)得的徑向跳動(dòng)、端面跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)的大小。影響回轉(zhuǎn)精度的因素（1）軸承精度和間隙的影響。（2）主軸、支承座等零件中精度的影響。關(guān)鍵在于精密軸承。精密主軸部件超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件151按滑動(dòng)軸承工作時(shí)軸瓦和軸頸表面間呈現(xiàn)的摩擦狀態(tài)，滑動(dòng)軸承可分為:液體摩擦軸承非液體摩擦軸承液體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承液體靜壓潤(rùn)滑軸承按滑動(dòng)軸承承受載荷的方向可分為:徑向滑動(dòng)軸承（向心）推力滑動(dòng)軸承（止推）軸承的分類超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件152動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承

利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和幾何形狀，借助流體粘性，把潤(rùn)滑劑帶進(jìn)摩擦面之間，依靠自然建立的流體壓力膜，將運(yùn)動(dòng)副表面分開(kāi)的潤(rùn)滑方法為流體動(dòng)壓潤(rùn)滑。超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件153靜壓潤(rùn)滑軸承

在滑動(dòng)軸承與軸頸表面之間輸入高壓潤(rùn)滑劑以承受外載荷，使運(yùn)動(dòng)副表面分離的潤(rùn)滑方法成為流體靜壓潤(rùn)滑。超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件154Fa軸承座徑向軸瓦止推軸瓦徑向軸承（向心軸承）徑向軸承的受力Fr與軸的中心線垂直止推軸承（推力軸承）止推軸承受力Fa與軸的中心線平行Fr超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件155靜壓軸承組成：供油系統(tǒng)、節(jié)流器、軸承液體靜壓軸承工作原理超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件156

1）液體靜壓軸承的溫升很高，難以控制，造成熱變形，影響主軸精度。

2）靜壓油回油時(shí)將空氣帶入油源，形成微小氣泡懸浮在油中，不易排出，降低軸承的剛度和動(dòng)特性。解決措施：

1）提高靜壓油的壓力到6～8MPa，使油中微小氣泡的影響減小，提高靜壓軸承的剛度和動(dòng)特性。

2）靜壓軸承用油經(jīng)溫度控制，基本達(dá)到恒溫，減少軸承的溫升。

3）軸承用恒溫水冷卻，減小軸承的溫升。液體靜壓軸承的缺點(diǎn)超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件157徑向軸承的軸套制成外面鼓形，能自動(dòng)調(diào)整定心。軸套的外表面做凸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面相配合。當(dāng)軸變形時(shí)，軸套可以自動(dòng)調(diào)整位置，從而保證軸頸與軸鼓為面接觸。用多孔石墨的軸襯代替小節(jié)流孔?？諝忪o壓軸承超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件圓柱徑向軸承158前后軸承均采用半球狀，既是徑向軸承又是軸向軸承。由于軸承的氣浮面是球面，有自動(dòng)調(diào)心作用，可提高前后軸承的同心度，提高主軸的回轉(zhuǎn)精度。雙半球空氣軸承主軸超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件159前部用球形后部用圓柱徑向空氣軸承的主軸超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件160立式空氣軸承超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件161超精密機(jī)床主軸和軸承的材料超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件1）不易磨損。用多孔石墨作空氣軸承套。2）不易生銹腐蝕。3）熱膨脹系數(shù)小，且主軸和軸套的熱膨脹系數(shù)要接近。4）材料的穩(wěn)定性好。38CrMoAl氮化鋼，經(jīng)表面氮化和低溫穩(wěn)定處理，不銹鋼和多孔石墨和軸承鋼。此外：銦鋼、花崗巖、微晶玻璃和陶瓷。1621）電動(dòng)機(jī)通過(guò)帶傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)2）電動(dòng)機(jī)通過(guò)柔性聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)3）采用內(nèi)裝式同軸電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸的驅(qū)動(dòng)方式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件163

優(yōu)質(zhì)耐磨鑄鐵——成本低、有良好減振性和耐磨性、易于鑄造和切削加工。導(dǎo)軌常用的鑄鐵——灰鑄鐵、孕育鑄鐵、耐磨鑄鐵?；诣T鐵應(yīng)用最多的牌號(hào)是HT200。

常用的孕育鑄鐵牌號(hào)是HT300，耐磨性高于灰鑄鐵，但較脆硬，不易刮研，且成本較高。常用于較精密的機(jī)床導(dǎo)軌。耐磨鑄鐵中應(yīng)用較多的是高磷鑄鐵、磷銅鈦鑄鐵及釩鈦鑄鐵。與孕育鑄鐵相比，其耐磨性提高1～2倍，但成本較高，常用于精密機(jī)床導(dǎo)軌床身和導(dǎo)軌的材料超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件164床身和導(dǎo)軌的材料超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件花崗巖——比鑄鐵長(zhǎng)期尺寸穩(wěn)定性好，熱膨脹系數(shù)低，對(duì)振動(dòng)的衰減能力強(qiáng)，硬度高、耐磨并不會(huì)生銹。人造花崗巖——由花崗巖碎粒用樹(shù)脂粘結(jié)而成，可鑄造成形，吸濕性低，并對(duì)振動(dòng)的衰減能力加強(qiáng)。165導(dǎo)軌的作用和特點(diǎn)超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件導(dǎo)軌不僅是支承工作臺(tái)、主軸箱、頭架尾架等部件的載荷，而且是還保證各部件間的相對(duì)位置與相對(duì)運(yùn)動(dòng)的精度。但是與主軸部件相比，具有以下的特點(diǎn)：1）工作速度低。2）導(dǎo)軌的工作部分既長(zhǎng)又薄，剛度差，是機(jī)床最薄弱的環(huán)節(jié)之一。3）受力情況比較復(fù)雜，這樣給計(jì)算帶來(lái)困難。4）導(dǎo)軌的加工工作量較大，需配備專用導(dǎo)軌磨床進(jìn)行加工，甚至需用手工刮研方法以取得較高的導(dǎo)軌精度。166導(dǎo)向精度高:導(dǎo)軌在水平面內(nèi)和垂直面內(nèi)的直線度、導(dǎo)軌的平行度、導(dǎo)軌間的垂直度。足夠的剛度：外力作用下導(dǎo)軌本身抵抗變形的能力。精度保持性（耐磨性）好：降低導(dǎo)軌面的比壓；良好的防護(hù)與潤(rùn)滑；正確選擇導(dǎo)軌副的材料和熱處理；選擇合理的加工方法。運(yùn)動(dòng)的靈敏度：是運(yùn)動(dòng)部件從靜止到開(kāi)始移動(dòng)期間，進(jìn)給機(jī)構(gòu)刻度盤轉(zhuǎn)過(guò)值的大小?？潭戎翟叫。`敏度越高。導(dǎo)軌的基本要求超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件1671）滑動(dòng)導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間是滑動(dòng)摩擦。又可按兩導(dǎo)軌面間的摩擦狀態(tài)的不同而分為液體或氣體靜壓導(dǎo)軌及流體動(dòng)壓導(dǎo)軌。2）滾動(dòng)導(dǎo)軌兩導(dǎo)軌面間是滾動(dòng)摩擦。又可按中間滾動(dòng)體的不同而分為：滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌及滾動(dòng)軸承導(dǎo)軌等。導(dǎo)軌的分類超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件168滑動(dòng)導(dǎo)軌分兩大類——凸形和凹形，凸形導(dǎo)軌不易積存切屑，但難以保存潤(rùn)滑油，只適合于低速運(yùn)動(dòng)。凹形導(dǎo)軌潤(rùn)滑性能良好，適合于高速運(yùn)動(dòng)，為防止落入切屑等，必須配備良好的防護(hù)裝置。超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件169

三角形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凸形時(shí)——山形導(dǎo)軌支承導(dǎo)軌為凹形時(shí)——V形導(dǎo)軌三角形導(dǎo)軌依靠三角形的兩個(gè)側(cè)面導(dǎo)向，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，不影響導(dǎo)向精度。支承導(dǎo)軌為山形時(shí)，不易積存較大的切屑，也不易存留潤(rùn)滑油，適用于不易防護(hù)、速度較低的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌。支承導(dǎo)軌為V形時(shí)，由于能得到較充足的潤(rùn)滑，除用于精密和大型機(jī)床的進(jìn)給導(dǎo)軌外，還可用于主運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，如龍門刨床床身導(dǎo)軌，必須很好地防護(hù)，以防落入切屑和灰塵。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件170

矩形導(dǎo)軌矩形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單、剛度高、承載能力大，具有水平和垂直兩個(gè)方向的導(dǎo)軌面，而且兩個(gè)導(dǎo)軌面的誤差不會(huì)相互影響，便于安裝調(diào)整,側(cè)面磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，需要有間隙調(diào)整裝置，因此導(dǎo)向性較差,適用于載荷較大而導(dǎo)向性要求不高的機(jī)床導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件171燕尾形導(dǎo)軌燕尾形導(dǎo)軌——結(jié)構(gòu)緊湊、高度尺寸較小，可承受顛覆力矩，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，需用鑲條調(diào)整，剛性較差，摩擦力較大，制造和檢修都比較復(fù)雜，一般用作中、低速的多層導(dǎo)軌。圓柱形導(dǎo)軌圓柱形導(dǎo)軌制造簡(jiǎn)單，要求加工時(shí)就直接達(dá)到較高精度，磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙，圓柱形導(dǎo)軌具有兩個(gè)自由度，通常多用在承受軸向載荷的場(chǎng)合。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件172導(dǎo)向精度高，磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償，具有較好的精度保持性，很難達(dá)到四個(gè)表面同時(shí)接觸的要求，制造困難,適用于精度要求較高的機(jī)床,在載重偏離中央時(shí)，仍能保持良好導(dǎo)向，美國(guó)Moore公司生產(chǎn)的坐標(biāo)鏜床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)采用雙三角形導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件雙三角形組合173具有較大的承載能力、制造調(diào)整比較簡(jiǎn)單，導(dǎo)向性差，磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)加工精度有較大影響，多用于普通精度機(jī)床和重型機(jī)床，如X6132工作臺(tái)導(dǎo)軌。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件雙矩形組合174導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高,應(yīng)用最廣泛,如CA6140型普通車床溜板、B2020工作臺(tái)導(dǎo)軌、M1432A砂輪架導(dǎo)軌等。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件三角形－矩形組合175兩個(gè)燕尾平面同時(shí)起導(dǎo)向及壓板作用，不能承受過(guò)大的顛覆力矩，摩擦損失較大，用于要求層次多、尺寸小、調(diào)整間隙方便和移動(dòng)速度不大的場(chǎng)合，如CA6140刀架、B6050滑枕導(dǎo)軌等。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件燕尾形組合176滾動(dòng)導(dǎo)軌就是在導(dǎo)軌面之間裝有一定數(shù)量的滾動(dòng)體，兩個(gè)導(dǎo)軌面只和滾動(dòng)體接觸，使導(dǎo)軌面之間的摩擦性質(zhì)成為滾動(dòng)摩擦。特點(diǎn)：摩擦系數(shù)小（0.0025～0.005）靜、動(dòng)摩擦系數(shù)很接近運(yùn)動(dòng)輕便靈活；運(yùn)動(dòng)所需功率?。荒Σ涟l(fā)熱少；磨損??；精度保持性好(鋼制淬硬導(dǎo)軌修理期間隔可達(dá)10～15年)

低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性好，一般沒(méi)有爬行現(xiàn)象滾動(dòng)導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件177滾動(dòng)導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)：移動(dòng)精度和定位精度高（一般重復(fù)定位誤差約0.1～0.2μm）。滾動(dòng)導(dǎo)軌潤(rùn)滑簡(jiǎn)單（可用油脂潤(rùn)滑）；維護(hù)方便（只需更換滾動(dòng)體）；高速運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)象滑動(dòng)導(dǎo)軌那樣因動(dòng)壓效應(yīng)而浮起滾動(dòng)導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件178滾動(dòng)導(dǎo)軌的應(yīng)用:需要實(shí)現(xiàn)精密位移的機(jī)床，如坐標(biāo)鏜床、數(shù)控機(jī)床、仿形機(jī)床等。外圓磨床砂輪架為實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給：工具磨床為手搖工作臺(tái)輕便；立式車床為提高速度；平面磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌為防止高速移動(dòng)時(shí)產(chǎn)生浮起，以提高加工精度；大型外圓磨床工作臺(tái)導(dǎo)軌為了減輕阻力和減少發(fā)熱等也采用滾動(dòng)導(dǎo)軌。滾動(dòng)導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件179工作原理與靜壓軸承相同。將具有一定壓力的潤(rùn)滑油，經(jīng)節(jié)流器輸入到導(dǎo)軌面上的油腔，即可形成承載油膜，使導(dǎo)軌面之間處于純液體摩擦狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)：導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)速度的變化對(duì)油膜厚度的影響很?。惠d荷的變化對(duì)油膜厚度的影響很??；液體摩檫，摩檫系數(shù)僅為0.005左右，油膜抗振性好。缺點(diǎn)：導(dǎo)軌自身結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜；需要增加一套供油系統(tǒng)；對(duì)潤(rùn)滑油的清潔程度要求很高。主要應(yīng)用：精密機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和低速運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌液體靜壓導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件180液體靜壓導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件181液體靜壓導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件182氣浮導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件常用平導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的底平面和兩側(cè)導(dǎo)軌有壓縮空氣，使滑板或工作臺(tái)浮起，工作臺(tái)的浮起是氣浮作用，但側(cè)面是氣體靜壓作用。美國(guó)Pneumo公司的MSG－325使用氣浮導(dǎo)軌。183空氣靜壓導(dǎo)軌超精密機(jī)床及其關(guān)鍵部件

運(yùn)動(dòng)件的導(dǎo)軌面，上下、左右均在靜壓空氣的約束下，比氣浮導(dǎo)軌的剛度和運(yùn)動(dòng)精度高。靜壓空氣的節(jié)流方式：多孔石墨節(jié)流、小孔節(jié)流、毛細(xì)管節(jié)流、狹縫節(jié)流、表面節(jié)流。靜壓空氣壓力4～6大氣壓。184數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)按其功能可分為：進(jìn)給伺服系統(tǒng)和主軸伺服系統(tǒng)。主軸伺服系統(tǒng)用于控制機(jī)床主軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)給伺服系統(tǒng)是以機(jī)床移動(dòng)部件（如工作臺(tái)）的位置和速度作為控制量的自動(dòng)控制系統(tǒng)，通常由伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電機(jī)、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及執(zhí)行部件組成。進(jìn)給伺服系統(tǒng)的作用：接受數(shù)控裝置發(fā)出的進(jìn)給速度和位移指令信號(hào)，由伺服驅(qū)動(dòng)裝置作一定的轉(zhuǎn)換和放大后，經(jīng)伺服電機(jī)（直流、交流伺服電機(jī)、功率步進(jìn)電機(jī)等）和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)機(jī)床的工作臺(tái)等執(zhí)行部件實(shí)現(xiàn)工作進(jìn)給或快速運(yùn)動(dòng)。伺服系統(tǒng)的組成進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)185位置控制模塊速度控制單元伺服電機(jī)

工作臺(tái)

位置檢測(cè)測(cè)量反饋伺服驅(qū)動(dòng)裝置指令速度環(huán)位置環(huán)速度檢測(cè)閉環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1861、位移精度高2、穩(wěn)定性好3、快速響應(yīng)4、調(diào)速范圍寬5、低速大扭矩伺服系統(tǒng)的基本要求進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)187對(duì)超精密機(jī)床，刀具和工件的z向和x向運(yùn)動(dòng)以及加工非球曲面的精密回轉(zhuǎn)工作臺(tái)都是由精密數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行控制的。精密數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)直流伺服電機(jī)或交流伺服電機(jī)，雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)檢測(cè)z向和x向的位移反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，形成閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到要求的位移精度。精密數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)188滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)189進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)元件，滾珠在絲杠和螺紋槽內(nèi)滾動(dòng)，摩擦力小，且滾珠在螺母內(nèi)有再循環(huán)通道。滾珠絲杠副要求正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)沒(méi)有回程間隙，要求滾珠絲杠和螺母間有一定的預(yù)載過(guò)盈。精密級(jí)和高精密級(jí)滾珠絲杠的螺母常做成兩段組合。為減小滾珠絲杠的徑向圓跳動(dòng)和軸向跳動(dòng)對(duì)導(dǎo)軌直線運(yùn)動(dòng)的影響，采用螺母和工作臺(tái)柔性連接，即螺母裝在柔性的過(guò)渡連接塊上再和工作臺(tái)固定。滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)190液體靜壓和空氣靜壓絲杠副驅(qū)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)191進(jìn)一步提高導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性和精度，優(yōu)于滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)。摩擦驅(qū)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)192微量進(jìn)給裝置具有微量移動(dòng)或微量轉(zhuǎn)動(dòng)及微量進(jìn)給等功用。微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足的要求：

1）精微進(jìn)給和粗進(jìn)給應(yīng)分開(kāi)；

2）運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定度的；

3）末級(jí)傳動(dòng)元件必須具有很高的剛度；

4）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)內(nèi)部聯(lián)接必須是可靠聯(lián)接；

5）工藝性好，容易制造；

6）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)具有好的動(dòng)特性；

7）微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給的自動(dòng)控制。對(duì)微量進(jìn)給裝置的要求微量進(jìn)給裝置1931）實(shí)現(xiàn)微量進(jìn)給；2）實(shí)現(xiàn)超薄切削；3）在線誤差補(bǔ)償；4）用于切削加工非軸對(duì)稱特殊型面。微量進(jìn)給裝置的應(yīng)用微量進(jìn)給裝置194機(jī)械結(jié)構(gòu)彈性變形微量進(jìn)給微量進(jìn)給裝置195

壓電材料可以將壓強(qiáng)、振動(dòng)等迅速轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝?dòng)信號(hào)，也就是說(shuō)壓電材料在外電場(chǎng)的作用下可以產(chǎn)生微小變形，同時(shí)也可以將微小變形轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。由于壓電材料對(duì)于所加應(yīng)力能產(chǎn)生可測(cè)量的電信號(hào)，因此在高智能材料系統(tǒng)中可用做傳感器。在機(jī)器人上做觸覺(jué)傳感器可感知溫度、壓力，采用不同模式可以識(shí)別邊角、棱等幾何特征。同時(shí)這種材料具有熱釋電效應(yīng)，可用作溫度傳感器。

壓電陶瓷是一種具有能量轉(zhuǎn)換功能的陶瓷，在機(jī)械力的作用下發(fā)生形變時(shí)，會(huì)引起表面帶電。帶電強(qiáng)度的大小，可以和施加電場(chǎng)的強(qiáng)度成正比，也可以成反比。因此，能夠在各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。壓電陶瓷PZT。壓電和電致伸縮傳感器進(jìn)給裝置微量進(jìn)給裝置196兩片成一對(duì)，中間通正電，兩側(cè)通負(fù)電，將很多對(duì)陶瓷片疊在一起，正極聯(lián)在一起，負(fù)極聯(lián)在一起。要提高電致伸縮傳感器的動(dòng)態(tài)特性，應(yīng)減少傳感器中的陶瓷片，減少傳感器的電容量。電致伸縮傳感器的結(jié)構(gòu)和性能微量進(jìn)給裝置197電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)微量進(jìn)給裝置198電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)微量進(jìn)給裝置199電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)微量進(jìn)給裝置200電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)微量進(jìn)給裝置201電致伸縮式微量進(jìn)給裝置的結(jié)構(gòu)微量進(jìn)給裝置202

超精密機(jī)床的工件的形狀由機(jī)床的兩坐標(biāo)（z向和x向）的精密數(shù)控系統(tǒng)來(lái)控制工件和刀具的相對(duì)位置。精密數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)在采用閉環(huán)控制，即機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件的位移用裝在機(jī)床內(nèi)部的雙頻激光干涉測(cè)距系統(tǒng)隨機(jī)精確檢測(cè)，將數(shù)據(jù)反饋給精密數(shù)控系統(tǒng)，保證位移運(yùn)動(dòng)的高精度。激光在線檢測(cè)系統(tǒng)的工作原理機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)203美國(guó)HP公司生產(chǎn)的HP5501兩坐標(biāo)雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)。主軸箱作z向運(yùn)動(dòng)，刀架作x向運(yùn)動(dòng)。激光測(cè)量系統(tǒng)的分辨率為0.01微米，大部分激光光路采用封閉。MSG－325超精密機(jī)床的激光檢測(cè)系統(tǒng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)204三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)激光位移測(cè)量系統(tǒng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)205LODTM大型光學(xué)金剛石車床激光測(cè)量系統(tǒng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件位移的激光在線檢測(cè)系統(tǒng)2061、各部件的尺寸穩(wěn)定性好

1）采用尺寸穩(wěn)定性好的材料制造機(jī)床部件；

2）各部件經(jīng)過(guò)消除應(yīng)力；2、結(jié)構(gòu)剛度高，變形小

1）結(jié)構(gòu)剛度高、變形量極小，基本不影響加工精度；

2）各接觸面和聯(lián)接面的接觸良好，接觸剛度高，變形極小。機(jī)床的穩(wěn)定性機(jī)床的穩(wěn)定性和減振隔振207隔振的目的是采用一定的隔振措施，使環(huán)境振動(dòng)不致影響精密設(shè)備的正常工作。根據(jù)隔振措施的