精密与超精密加工技术.docVIP

第二章 精密与超精密加工技术 一．概述 二．超精密切削加工技术 三．超精密磨削技术 四．超精密研磨抛光技术 五、超精密加工装备与环境 一、概述 1、精密和超精密加工技术的发展是从上世纪 70年代开 始 ， 主 要 集 中 在 美 、 日 、 英 等 国 ， 精 密 和 超精密 加 工 在 尖 端 技 术 和 现 代 武 器 制 造 中 占 非 常 重要的地位，是 机械制造业 最主要发展的方向之一。 2、精 密 和 超 精 密 加 工 技 术 在 提 高 机 电 产 品 的 性 能、质 量 和 发 展 高 新 技 术 中 起 着 至 关 重 要 的 作 用 ，并且已成为在国际竞争中取得成功的 关键技术 。 3、当 代 的 超 精 密 加 工 技 术 是 现 代 制 造 技 术 的 前 沿 ，也 是 明 天 制 造 技 术 的 基 础 。 超 精 密 加 工 是 国 家制造工业水平的重要标志之一 。 4、加工精度进化 5、机械工业提高加工精度的效益。 1）提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性； 2）促进产品的小型化； 3）增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配； 6、在不同的历史时期，不同的科学技术发展水平情况下，对精密与超精密加工技术有不同的理解。 1）精密和超精密加工是一个十分广泛的领域，它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到 微米和亚微米范围的机械加工方法。 2）精密和超精密只是相对而言，其间的界限随时间的推移而不断变化，因而精密和超精密在不同的时期必须使用不同的尺度来区分。 3）1983年日本的 Taniguchi教授在考查了许多超精密加工实例的基础上对超精密加工的现状进行完整的综述，并对其发展趋势进行了预测。 7、超精密加工技术的现状 1） 超精密加工技术是一门综合性的系统工程 ，它的发展综合地利用了机床、工具、计量、环境技术、微电子技术、计算机技术、数控技术等的进步。 2）精密加工和超精密加工已从单一的技术方法发展为 制造系统工程 ，简称精密工程 。它以人、技术、组织为基础，涉及超微量去除、结合、变形加工技术，高稳定性和高净化的加工环境，检测与误差补偿，工况监测与质量控制，被加工材料等。 二、超精密切削加工技术 超精密切削技术是60年代发展起来的新技术，它在国防和尖端技术的发展中起着重要的作用；超精密切削是使用精密的 单晶天然金刚石刀具加工有色金属和非金属 ； 超精密切削可代替研磨等很费工的精加工工序，不仅节省工时，还提高加工精度和表面质量。 精密切削加工基础 2. 超精密切削刀具 3. 精密和超精密切削加工 4、 金刚石刀具的磨损 1、精密切削加工基础 1）切削过程 刀具与工件相互作用的过程，其目的是将工件上多余材料 切 除 并 在 高 效 低 成 本 的 前 提 下， 使 工 件 满 足 图纸 要 求 的 形状、尺寸精度和表面质量。 切削变形 切削层金属在刀具作用下变成切屑大体可划分三个变形区。 第一变形区（Ⅰ）： 晶粒的剪切滑移，伴随产生加工硬化。 第二变形区（Ⅱ）： 刀─屑接触区，切屑沿前刀面流出时受到挤压和摩擦，晶粒剪切滑移剧烈呈纤维化； 第三变形区（Ⅲ）： 已加工表面受到刀具刃口钝圆和后刀面挤压和摩擦，晶粒进一步剪切滑移。 2）最小切削厚度 ①超 精 密切 削时能达到的极 限最小切削厚度和金刚石刀具刀刃锋锐度（刃口半径ρ值 ）有 关 和 被切材料的物理力学性能有关； ②从 极 限最 小切削厚度与刀 刃刃 口 关系 ，可看到极限临界点 以 上的 被加工材料将堆 积起 来 形成 切屑，而以下的 材料 则 经弹 塑性变形，形成 加工表面。 2、精密切削刀具 1）超精密切削对刀具的要求： ①极高的硬度 、极高的耐磨性和极高的弹性模量 。 ②刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄切削厚度。 ③刀刃无缺陷，切削时刃形将复制在被加工表面上，从而得到超光滑的镜面。 ④与工件材料的 抗粘性好、 化学亲和性小、 摩擦系数低，以得到极好的加工表面完整性。 ⑤不可替代的超精密切削刀具材料： 单晶金刚石 。 2）金刚石 晶莹美丽，光彩夺目，钻石是世界上最坚硬、成份最简单的宝石，它是由碳元素组成的、具 立方结构 的 晶体 。纯净的、单质状态的碳有三种，它们是 金刚石、石墨和 C60。 它们是碳的三种 同素异形体 。金 刚石晶 体属 立方 晶系 ，是典型的原子晶体，每个碳原子都以 sp3杂化轨道 与另外四个碳原子形成共价键，构成正四面体 。 3）金刚石分子是四面 体叠 加而成。由于碳原子之间结合很牢固所以金刚石很硬而且耐磨。 ①金刚石是目前自然界中最坚硬的物质 。在以相对刻划为基础的 摩氏 硬度级别中，被列为最硬 的十