磨削技術(shù)
超精密加工技術(shù) |
| 發(fā)布時(shí)間：2022/10/28 |
| 超精密加工技術(shù)起源于美國(guó)20世紀(jì)60年代初期(于1962年首先研制成功超精密車床)，它是為了適應(yīng)現(xiàn)代高科技發(fā)展需要而興起的一種機(jī)械加工新工藝。它綜合應(yīng)用了機(jī)械技術(shù)發(fā)展的新成果及現(xiàn)代電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)等新技術(shù)。 目前，超精密加工就其本質(zhì)來(lái)說(shuō)，是要實(shí)現(xiàn)以現(xiàn)有的普通精密加工手段還達(dá)不到的高精密加工。就其量來(lái)說(shuō)，是要加工出亞微米級(jí)乃至毫微米級(jí)的形狀與尺寸精度，并獲得納米級(jí)的表面粗糙度，但究竟精度值為多少才算得上超精密加工，一般要視零件大小、復(fù)雜程度以及是否容易變形等因素而定。 超精密加工主要包括超精密切削、超精密磨削、超精密研磨以及超精密特種加工(電子束、離子束以及激光束加工等)。上述各種方法均能加工出普通精密加工磨床所達(dá)不到的尺寸精度、形狀精度和表面質(zhì)量，每種超精密加工方法都是針對(duì)不同零件的要求而選擇的。目前，超精密加工的加工精度正在向納米級(jí)發(fā)展。 (1)超精密加工的主要加工方法： ①超精密切削：主要是借助鋒利的金剛石刀具對(duì)工件進(jìn)行車削和銑削，可用于加工要求高表面質(zhì)量和高形狀精度的有色金屬和非金屬零件。此外超精密切削加工還采用了高精度的基礎(chǔ)元部件、高精度的定位檢測(cè)元件(如光柵、激光檢測(cè)系統(tǒng)等)以及高分辨率的微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。機(jī)床本身采取恒溫、防振及隔振等措施，還要有防止污染工件的裝置。機(jī)床必須安裝在潔凈室內(nèi)。進(jìn)行超精密切削加工的零件必須質(zhì)地均勻，沒(méi)有缺陷。 ?、诔苣ハ鳎涸摷夹g(shù)是在一般精密磨削基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。超緊密磨削不僅要提供鏡面級(jí)的表面粗糙度，還要保證獲得精確的幾何形狀和尺寸。為此，除要考慮各種工藝因素外，還必須有高精度、高剛度以及高阻尼特征的基準(zhǔn)部件，消除各種動(dòng)態(tài)誤差的影響，并采取高精度檢測(cè)手段和補(bǔ)償手段。 ?、鄢苎心ィ貉心ナ窃诒患庸け砻婧脱心スぞ咧g放上游離的磨料和潤(rùn)滑液，使被加工表面和研磨工具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并加壓，磨料產(chǎn)生切削、擠壓作用，從而去除表面凸處，使被加工表面的精度得以提高，表面粗糙度值得以降低。 ④超微細(xì)加工：主要用于微小零件和微小尺寸的加工，多以集成電路和微型機(jī)械為對(duì)象，與微電子技術(shù)聯(lián)系密切。 ?、莨庹c精整加工：光整加工強(qiáng)調(diào)了表面粗糙度值的降低及去除毛刺；精整加工則是在光整加工的基礎(chǔ)上強(qiáng)調(diào)了精度的提高。 (2)超精密特種加工：超精密特種加工的方法很多，多是分子、原子單位加工方法，可以分為去除(分離)、附著(沉積)和結(jié)合以及變形四大類。分離(去除)加工就是從工件上分離原子或分子，如電子束加工和離子束濺射加工等。附著(沉積)是在工件表面上覆蓋一層物質(zhì)，如電子鍍、離子鍍、分子束處延、離子束外延等。結(jié)合是在工件表面上滲入或涂人一些物質(zhì)，如離子注入、氮化、滲碳等。變形是利用高頻電流、熱射線、電子束、激光、液流、氣流和微粒子束等使工件被加工部分產(chǎn)生變形，改變尺寸和形狀。具體主要有電子束加工工，離子束加工，激光束加工，微細(xì)電火花加工，復(fù)合加工等。 (3)超精密加工設(shè)備：超精密加工所用的加工設(shè)備主要有超精密切削磨削機(jī)床、各種研磨機(jī)和拋光機(jī)等。對(duì)于超精密加工所用的加工設(shè)備應(yīng)有高精度、高剛度、高穩(wěn)定性和高度自動(dòng)化的要求。圖是一小型超精密研磨拋光機(jī)。 超精密加工機(jī)床是超精密加工水平的標(biāo)志，其結(jié)構(gòu)、精度、穩(wěn)定性等均對(duì)加工質(zhì)量有直接影響，因此，它應(yīng)滿足以下一些要求：  圖 超精密研磨拋光機(jī) ?、俑呔龋喊ǜ叩撵o精度和動(dòng)精度，主要的性能指標(biāo)有幾何精度、定位精度和重復(fù)定位精度、分辨率等。 ?、诟邉偠龋喊ǜ叩撵o剛度和動(dòng)剮度，除本身剛度外，還應(yīng)注意接觸剛度，同時(shí)應(yīng)考慮由工件、機(jī)床、刀具、夾具所組成的工藝系統(tǒng)剛度。 ?、鄹叻€(wěn)定性：機(jī)床在經(jīng)運(yùn)輸、存儲(chǔ)以后，在規(guī)定的工作環(huán)境下，在使用過(guò)程中應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間保持精度、抗干擾、穩(wěn)定工作。因此，機(jī)床應(yīng)有良好的耐磨性、抗振性等。 ?、芸拐裥院茫涸?a href="http://nn100.cn" target="_blank">超精密平面磨床床機(jī)構(gòu)上應(yīng)盡量采用短傳遞鏈和柔性連接，以減少傳動(dòng)元件和動(dòng)力元件的影響。電動(dòng)機(jī)等動(dòng)力元件和機(jī)床的回轉(zhuǎn)零件應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡，以使本身振動(dòng)最小。為了隔離動(dòng)力元件等振源的影響，超精密機(jī)床可采用分離結(jié)構(gòu)形式，即將電動(dòng)機(jī)、油泵、真空泵等與機(jī)床本體分離，單獨(dú)成為一個(gè)部件，放在機(jī)床旁邊，再用皮帶傳動(dòng)方式連接起來(lái)，獲得了很好的效果。此外，對(duì)于大件或基礎(chǔ)件，還應(yīng)選用抗振性強(qiáng)的材料。 ?、莞咦詣?dòng)化：為了保證加工質(zhì)量，減少人為因素影響，加工設(shè)備多用數(shù)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 對(duì)于超精密磨削磨床，其在機(jī)床環(huán)境等方面有以下要求：高精密和超精密砂輪架軸承；低振幅的機(jī)床砂輪架；高靈敏度和高重復(fù)定位精度的砂輪架；低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)的工作臺(tái)；有良好過(guò)濾的切削液，以防止工件表面劃傷；超穩(wěn)定加工環(huán)境條件；防振系統(tǒng)。 (4)超精密加工技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用：當(dāng)前，高科技領(lǐng)域中一些關(guān)鍵零部件加工，為了保證其性能，繼續(xù)采用高精度加工技術(shù)。超精密高精度加工技術(shù)與國(guó)防工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和民用產(chǎn)品有密切關(guān)系。 在國(guó)防工業(yè)中，陀螺儀的加工涉及多項(xiàng)超精密加工技術(shù)，導(dǎo)彈系統(tǒng)的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率。在宇航技術(shù)中，衛(wèi)星的姿態(tài)軸承和遙測(cè)部件對(duì)衛(wèi)星的觀測(cè)性能影響很大，該軸承的精度要求很高，必須用超精密加工技術(shù)。衛(wèi)星用的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡、電視攝像系統(tǒng)、紅外傳感器等，其光學(xué)系統(tǒng)中的高精度非球面透鏡等都必須用超精密加工技術(shù)進(jìn)行制造。此外，大型天體望遠(yuǎn)鏡的透鏡、紅外線探測(cè)器反射鏡，激光核聚變用的曲面鏡等都靠超精密加工技術(shù)才能制造。 在信息產(chǎn)業(yè)中，計(jì)算機(jī)上的芯片、磁盤(pán)和磁頭，錄像機(jī)的磁鼓，復(fù)印機(jī)的感光鼓、光盤(pán)和激光頭，激光打印機(jī)的多面體，噴墨打印機(jī)的噴墨頭等都要靠超精密加工才能達(dá)到產(chǎn)品性能要求。 在民用產(chǎn)品中，現(xiàn)代小型、超小型的成像設(shè)備，如攝像機(jī)、照相機(jī)等都離不開(kāi)超精密加工技術(shù)。 由此可以看出，超精密加工在各個(gè)行業(yè)中均有廣闊的市場(chǎng)需求，并且是產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成敗的關(guān)鍵，不僅如此，它的發(fā)展還關(guān)系到整個(gè)制造業(yè)的發(fā)展。美國(guó)和德國(guó)都是世界上制造技術(shù)方面的強(qiáng)國(guó)，他們的特色也都表現(xiàn)在超精密加工方面，能夠制造出其他國(guó)家不能提供的精密產(chǎn)品。而我國(guó)在一些涉及高水平制造技術(shù)的硬件方面則不能滿足市場(chǎng)要求，如航空工業(yè)、航天工業(yè)所需要的超精密加工設(shè)備、微電子工業(yè)所需要的一些集成電路超精密加工設(shè)備等都依賴于進(jìn)口；大多數(shù)制造廠的加工水平都不夠高，精密機(jī)床等都未能在世界市場(chǎng)上占有一席之地。因此，要發(fā)展我國(guó)的制造業(yè)，必須重視超精密加工技術(shù)的發(fā)展。 |
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