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20世紀60年代初期(于1962年首先研制成功超精密車(chē)床)，它是為了適應現代高科技發(fā)展需要而興起的一種機械加工新工藝。它綜合應用了機械技術(shù)發(fā)展的新成果及現代電子技術(shù)、計算機技術(shù)和測量技術(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)現以現有的普通精密加工手段還達不到的高精密加工。就其量來(lái)說(shuō)，是要加工出亞微米級乃至毫微米級的形狀與尺寸精度，并獲得納米級的表面粗糙度，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發(fā)展。 (1)超精密加工的主要加工方法： ?、俪芮邢鳎褐饕墙柚h利的金剛石刀具對工件進(jìn)行車(chē)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元部件、高精度的定位檢測元件(如光柵、激光檢測系統等)以及高分辨率的微量進(jìn)給機構。機床本身采取恒溫、防振及隔振等措施，還要有防止污染工件的裝置。機床必須安裝在潔凈室內。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上發(fā)展起來(lái)的。超緊密磨削不僅要提供鏡面級的表面粗糙度，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部件，消除各種動(dòng)態(tài)誤差的影響，并采取高精度檢測手段和補償手段。 ?、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滑液，使被加工表面和研磨工具產(chǎn)生相對運動(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。 ?、艹⒓毤庸ぃ褐饕糜谖⑿×慵臀⑿〕叽绲募庸?，多以集成電路和微型機械為對象，與微電子技術(shù)聯(lián)系密切。 ?、莨庹c精整加工：光整加工強調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上強調了精度的提高。 (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(zhù)(沉積)和結合以及變形四大類(lèi)。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(zhù)(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(xiàn)、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，微細電火花加工，復合加工等。 (3)超精密加工設備：超精密加工所用的加工設備主要有超精密切削磨削機床、各種研磨機和拋光機等。對于超精密加工所用的加工設備應有高精度、高剛度、高穩定性和高度自動(dòng)化的要求。圖是一小型超精密研磨拋光機。 超精密加工機床是超精密加工水平的標志，其結構、精度、穩定性等均對加工質(zhì)量有直接影響，因此，它應滿(mǎn)足以下一些要求：  圖 超精密研磨拋光機 ?、俑呔龋喊ǜ叩撵o精度和動(dòng)精度，主要的性能指標有幾何精度、定位精度和重復定位精度、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，還應注意接觸剛度，同時(shí)應考慮由工件、機床、刀具、夾具所組成的工藝系統剛度。 ?、鄹叻€定性：機床在經(jīng)運輸、存儲以后，在規定的工作環(huán)境下，在使用過(guò)程中應能長(cháng)時(shí)間保持精度、抗干擾、穩定工作。因此，機床應有良好的耐磨性、抗振性等。 ?、芸拐裥院茫涸?a href="http://www.szwksb.cn" target="_blank">超精密平面磨床床機構上應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)機等動(dòng)力元件和機床的回轉零件應進(jìn)行嚴格的動(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，超精密機床可采用分離結構形式，即將電動(dòng)機、油泵、真空泵等與機床本體分離，單獨成為一個(gè)部件，放在機床旁邊，再用皮帶傳動(dòng)方式連接起來(lái)，獲得了很好的效果。此外，對于大件或基礎件，還應選用抗振性強的材料。 ?、莞咦詣?dòng)化：為了保證加工質(zhì)量，減少人為因素影響，加工設備多用數控系統實(shí)現自動(dòng)化。 對于超精密磨削磨床，其在機床環(huán)境等方面有以下要求：高精密和超精密砂輪架軸承；低振幅的機床砂輪架；高靈敏度和高重復定位精度的砂輪架；低速運動(dòng)平穩的工作臺；有良好過(guò)濾的切削液，以防止工件表面劃傷；超穩定加工環(huán)境條件；防振系統。 (4)超精密加工技術(shù)的發(fā)展應用：當前，高科技領(lǐng)域中一些關(guān)鍵零部件加工，為了保證其性能，繼續采用高精度加工技術(shù)。超精密高精度加工技術(shù)與國防工業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)和民用產(chǎn)品有密切關(guān)系。 在國防工業(yè)中，陀螺儀的加工涉及多項超精密加工技術(shù)，導彈系統的陀螺儀質(zhì)量直接影響其命中率。在宇航技術(shù)中，衛星的姿態(tài)軸承和遙測部件對衛星的觀(guān)測性能影響很大，該軸承的精度要求很高，必須用超精密加工技術(shù)。衛星用的光學(xué)望遠鏡、電視攝像系統、紅外傳感器等，其光學(xué)系統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，大型天體望遠鏡的透鏡、紅外線(xiàn)探測器反射鏡，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，計算機上的芯片、磁盤(pán)和磁頭，錄像機的磁鼓，復印機的感光鼓、光盤(pán)和激光頭，激光打印機的多面體，噴墨打印機的噴墨頭等都要靠超精密加工才能達到產(chǎn)品性能要求。 在民用產(chǎn)品中，現代小型、超小型的成像設備，如攝像機、照相機等都離不開(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。美國和德國都是世界上制造技術(shù)方面的強國，他們的特色也都表現在超精密加工方面，能夠制造出其他國家不能提供的精密產(chǎn)品。而我國在一些涉及高水平制造技術(shù)的硬件方面則不能滿(mǎn)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備、微電子工業(yè)所需要的一些集成電路超精密加工設備等都依賴(lài)于進(jìn)口；大多數制造廠(chǎng)的加工水平都不夠高，精密機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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