特种加工第二三章.pptVIP

精密与超精密磨料加工 第二章 金刚石刀具精密切削加工 第一节 概 述 加工精度在0.1~1μm，表面粗糙度Ra在0.02~0.1μm之间的加工称为精密加工； 加工精度高于0.1μm，表面粗糙度Ra小于0.01μm的加工称为超精密加工。 一、超精密加工的难点 精度难以控制； 刚度和热变形影响； 去除层薄，切应力大； 犹如对不连续体进行切削。 二、精密加工方法 按加工方式分：切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工 精密加工方法分类 三、超精密加工的实现条件 超精密加工是多学科交叉的综合性高新技术 ① 超精密加工的机理与工艺方法； ② 超精密加工工艺装备； ③ 超精密加工工具； ④ 超精密加工中的工件材料； ⑤ 精密测量及误差补偿技术； ⑥ 超精密加工工作环境、条件等。 在超精密加工的中，必须综合考虑以上因素。 工件材质必须极为细致均匀，并经适当处理以消除内部残余应力，保证高度的尺寸稳定性，防止加工后发生变形。 加工设备要有极高的运动精度，导轨直线性和主轴回转精度要达到0.1微米级，微量进给和定位精度要达到0.01微米级。 对环境条件要求严格，须保持恒温、恒湿和空气洁净，并采取有效的防振措施。 加工系统的系统误差和随机误差都应控制在 0.1微米级或更小。 这些条件是靠综合应用精密机械、精密测量、精密伺服系统和计算机控制等各种先进技术获得的。 第二节 超精密机床及其关键部件 超精密加工对机床的基本要求： ⑴ 高精度 ⑵ 高刚度 ⑶ 高稳定性 ⑷ 高自动化 一、典型超精密机床 代表当今世界超精密加工最高水平的三台大型超精密机床(美 国LLL国家实验室的DTM—3型卧式大型光学金刚石车床、 LODTM型立式大 型光学金刚石车床和英国Cranfield公司研制成功的OAGM—2500型超精密机床 美国：大型光学金刚石车床——LODTM 英国 ：OAGM 2500大型超精密机床 德国：FG-001超精密机床 日本 ：AHNIO型高效专用车削、磨削超精密机床 二、超精密机床的主轴部件 主轴部件是保证超精密机床加工精度的核心。超精密加工对主轴的要求是极高的回转精度，转动平稳，无振动。 液体静压轴承主轴 空气静压轴承主轴 超精密机床主轴和轴承的材料 应考虑以下主要因素：① 耐磨损；② 不易生锈腐蚀；③ 热膨胀系数小；④ 材料的稳定性好。 三、精密导轨部件 超精密机床的总体布局 ⑴ T形布局 ⑵ 十字形布局 ⑶ R-θ 布局 ⑷ 立式结构布局 常用的导轨部件 ⑴ 液体静压导轨 液体静压导轨具有刚度高，承载能力大，直线运动精度高，且运动平稳无爬行现象等优点。 ⑵ 空气静压导轨和气浮导轨 空气静压导轨和气浮导轨可以达到很高的直线运动精度，运动平稳，无爬行，且摩擦因数接近于零，不发热。 床身及导轨的材料 常用的床身及导轨材料有优质耐磨铸铁、花岗岩、人造花岗岩等。 微量进给装置 目前高精度微量进给装置的分辨力可达到0.001~0.01μm。 精密和超精密微位移机构应满足以下设计要求： ① 精微进给和粗进给分开。 ② 运动部分必须是低摩擦和高稳定度的。 ③ 末级传动元件必须有很高的刚度。 ④ 内部连接必须可靠，尽量采用整体结构或刚性连接。 ⑤ 工艺性好，容易制造。 ⑥ 具有好的动特性。 ⑦ 能实现微进给的自动控制。 第五节 金刚石刀具 一、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，以保证刀具有很高的尺寸耐用度。 2）刃口能磨得极其锋锐。 3）刀刃无缺陷。 4）与工件材料的抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦因数低，以得到极好的加工表面完整性。 金刚石——近乎理想的切削材料 金刚石独特的晶体结构使其具有自然界最高的硬度、刚性、折射率和导热系数，以及极高的抗磨损性、抗腐蚀性及化学稳定性。 金刚石刀具的切削刃钝圆半径可以磨的非常小（一般为0.1μm-0.6μm，特殊精心研磨的最小可达几个纳米)刀具表面粗糙度也非常小，因此金刚石是高速、精密和超精密镜面切削刀具最理想的材料。 一个亚微米级的锋利刃口可以加工出几纳米数量级的表面粗糙度。锋利的刃口及很低的摩擦系数，可大大减小切削力，这有利于微细切削加工的精度，也降低了对超精加工机床刚性的要求。 二、金刚石刀具切削部分的几何形状 ⑴ 刀头形式 金刚石刀具刀头一般采用在主切削刃和副切削刃之间加过渡刃—修光刃的形式。 国内多采用直线修光刃，国外标准的金刚石刀具，推荐的修光刃圆弧半径R=0.5~3mm。金刚石刀具的主偏角一般为30?~90?，以45?主偏角应用最为广泛。 ⑵ 前角和后角 根据加工材料不同，金刚石刀具的前角可取0?~5?，后角一般可取5?~6?。 三、金刚石刀具上的金刚石固定方法 ⑴ 机械夹固