(2.3.1)--模块二2.3超精密加工技术.ppt

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1、模块二模块二模块二模块二2.32.32.32.3超精密加工技术超精密加工技术超精密加工技术超精密加工技术学习目标模块二现代设计与先进制造工艺技术1.了解超精密加工概述2.掌握超精密切削加工3.讨论超精密磨削加工4.熟知超精密加工机床设备5.了解超精密加工支持环境2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术自从中国将自从中国将“装备制造业装备制造业”列为国家发展战略后，中国的装备列为国家发展战略后，中国的装备制造业取得了突飞猛进的发展，很多大型装备的制造能力都已制造业取得了突飞猛进的发展，很多大型装备的制造能力都已经跃居世界先进水平，甚至成为世界的顶级水平，但中国制造经跃居世界先进水平，

2、甚至成为世界的顶级水平，但中国制造业总体还是落后的，其落后就在于精密制造的落后。业总体还是落后的，其落后就在于精密制造的落后。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工技术是现代高技术战争超精密加工技术是现代高技术战争的重要支撑技术，是现代高科技产的重要支撑技术，是现代高科技产业和科学技术的发展基础，是现代业和科学技术的发展基础，是现代制造科学的发展方向。制造科学的发展方向。现代科学技术的发展以试验为基础，现代科学技术的发展以试验为基础，所需试验仪器和设备几乎无一不需所需试验仪器和设备几乎无一不需要超精密加工技术的支撑。由宏观要超精密加工技术的支撑。由宏观制造进入微观制造是

3、未来制造业发制造进入微观制造是未来制造业发展趋势之一，当前超精密加工已进展趋势之一，当前超精密加工已进入纳米尺度，纳米制造是超精密加入纳米尺度，纳米制造是超精密加工前沿的课题。世界发达国家均予工前沿的课题。世界发达国家均予以高度重视。以高度重视。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工的发展阶段超精密加工的发展阶段目前的超精密加工，以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形目前的超精密加工，以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗状精度、尺寸精度、表面粗 糙度、表面完整性糙度、表面完整性(无或极少的表面损伤，包括无或极少的表面损伤，包括微

4、裂微裂 纹等缺陷、残余应力、组织变化纹等缺陷、残余应力、组织变化)为目标。为目标。超精密加工的研究内容，即影响超精密加工精度的各种因素包括：超精密超精密加工的研究内容，即影响超精密加工精度的各种因素包括：超精密加工机理、被加工材料、超精密加工设备、超精密加工工具、超精密加工加工机理、被加工材料、超精密加工设备、超精密加工工具、超精密加工夹具、超精密加工的检测与误差补偿、超精密加工环境夹具、超精密加工的检测与误差补偿、超精密加工环境(包括恒温、隔振、包括恒温、隔振、洁净控制等洁净控制等)和超精密加工工艺等。一直以来，国内外学者围绕这些内容展和超精密加工工艺等。一直以来，国内外学者围绕这些内容展开

5、了系统的研究。超精密加工的发展经历了如下三个阶段。开了系统的研究。超精密加工的发展经历了如下三个阶段。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工的发展阶段超精密加工的发展阶段1 1）2020世纪世纪5050年代至年代至8080年代，美国率先发展了以单点金刚石切削为代表的超年代，美国率先发展了以单点金刚石切削为代表的超精密加工技术，用于航天、国防、天文等领域激光核聚变反射镜、球面、精密加工技术，用于航天、国防、天文等领域激光核聚变反射镜、球面、非球面大型零件的加工。非球面大型零件的加工。2 2）2020世纪世纪8080年代至年代至9090年代，进入民间工业的应用初期。美国的摩

6、尔公司、年代，进入民间工业的应用初期。美国的摩尔公司、普瑞泰克公司，日本的东芝和日立，以及欧洲的克兰菲尔德等公司在政府普瑞泰克公司，日本的东芝和日立，以及欧洲的克兰菲尔德等公司在政府的支持下，将超精密加工设备的商品化，开始用于民用精密光学镜头的制的支持下，将超精密加工设备的商品化，开始用于民用精密光学镜头的制造。单超精密加工设备依然稀少而昂贵，主要以专用机的形式订制。在这造。单超精密加工设备依然稀少而昂贵，主要以专用机的形式订制。在这一时期还出现了可加工硬质金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术及磨一时期还出现了可加工硬质金属和硬脆材料的超精密金刚石磨削技术及磨床，但其加工效率无法和金刚石车床相

7、比。床，但其加工效率无法和金刚石车床相比。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工的发展阶段超精密加工的发展阶段3 3）2020世纪世纪9090年代后，民用超精密加工技术逐渐成熟。在汽车、能源、医疗年代后，民用超精密加工技术逐渐成熟。在汽车、能源、医疗器材、信息、光电和通信等产业的推动下，超精密加工技术广泛应用于非器材、信息、光电和通信等产业的推动下，超精密加工技术广泛应用于非球面光学镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板、半导体基片等球面光学镜片、超精密模具、磁盘驱动器磁头、磁盘基板、半导体基片等零件的加工。随着超精密加工设备的相关技术，例如精密主轴部件、滚动零件的

8、加工。随着超精密加工设备的相关技术，例如精密主轴部件、滚动导轨、静压导轨、微量进给驱动装置、精密数控系统、激光精密检测系统导轨、静压导轨、微量进给驱动装置、精密数控系统、激光精密检测系统等逐渐成熟，超精密加工设备成为工业界常见的生产设备。此外，设备精等逐渐成熟，超精密加工设备成为工业界常见的生产设备。此外，设备精度也逐渐接近纳米级水平、可加工工件的尺寸范围也变得更大，应用越来度也逐渐接近纳米级水平、可加工工件的尺寸范围也变得更大，应用越来越广泛。随着数控技术的发展，还出现了超精密五轴铣削和飞切技术。已越广泛。随着数控技术的发展，还出现了超精密五轴铣削和飞切技术。已经可以加工非轴对称非球面等复杂

9、零件。经可以加工非轴对称非球面等复杂零件。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术国外超精密加工的发展情况国外超精密加工的发展情况超精密加工技术在国际上处于领先地超精密加工技术在国际上处于领先地位的国家有美国、英国和日本。这些位的国家有美国、英国和日本。这些国家的超精密加工技术不仅总体成套国家的超精密加工技术不仅总体成套水平高，而且商品化的程度也非常高。水平高，而且商品化的程度也非常高。美国美国5050年代未发展了金刚石刀具的超年代未发展了金刚石刀具的超精密切削技术，称为精密切削技术，称为“SPDT“SPDT技术技术”（Single Point Dia-mond TurningSi

10、ngle Point Dia-mond Turning）或）或“微英寸技术微英寸技术”（1 1微英寸微英寸0.025m0.025m），），并发展了相应的空气轴承主轴的超精并发展了相应的空气轴承主轴的超精密机床，用于加工激光核聚变反射镜、密机床，用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。大型零件等。金刚石刀具的超精密切削加工2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术国外超精密加工的发展情况国外超精密加工的发展情况在大型超精密机床方面，美国的在大型超精密机床方面，美国的LLLLLL国国家实验室于家实验室于19861986年研制成

11、功两台大型超年研制成功两台大型超精金刚石车床：一台为加工直径精金刚石车床：一台为加工直径2.1m2.1m的卧式的卧式DTM-3DTM-3金刚石车床，另一台为金刚石车床，另一台为加工直径加工直径1.65m1.65m的的LODTMLODTM立式大型光立式大型光学金刚石车床。其中，学金刚石车床。其中，LODTMLODTM立式大立式大型光学金刚石车床被公认为世界上精型光学金刚石车床被公认为世界上精度最高的超精密机床。美国后来又研度最高的超精密机床。美国后来又研制出大型制出大型6 6轴数控精密研磨机，用于大轴数控精密研磨机，用于大型光学反射镜的精密研磨加工。型光学反射镜的精密研磨加工。金刚石刀具的超精密

12、切削加工2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术国外超精密加工的发展情况国外超精密加工的发展情况英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰英国克兰菲尔德技术学院所属的克兰菲尔德精密工程研究所（简称菲尔德精密工程研究所（简称CUPECUPE）是英国超精密加工技术水平的独特代是英国超精密加工技术水平的独特代表。如表。如CUPECUPE生产的生产的NanocentreNanocentre（纳米（纳米加工中心）既可进行超精密车削，又加工中心）既可进行超精密车削，又带有磨头，也可进行超精密磨削，加带有磨头，也可进行超精密磨削，加工工件的形状精度可达工工件的形状精度可达0.1m0.1m，表面粗，表面粗糙

13、度糙度Ra10 nmRa10 nm。CranfieldCranfield精密加工中心于精密加工中心于19911991年研制成年研制成功功OAGM-2500OAGM-2500多功能三坐标联动数控多功能三坐标联动数控磨床（工作台面积磨床（工作台面积2500mm2500mm2500mm2500mm），），可加工（磨削、车削）和测量精密自可加工（磨削、车削）和测量精密自由曲面。该机床采用加工件拼合方法，由曲面。该机床采用加工件拼合方法，还可加工出天文望远镜中直径还可加工出天文望远镜中直径7.5m7.5m的的大型反射镜。大型反射镜。OAGM-2500大型cnc超精密磨床2.3超精密加工技术模块二现代设计

14、与先进制造工艺技术国外超精密加工的发展情况国外超精密加工的发展情况日本对超精密加工技术的研究相对于美、英来说起步较晚，但是当今世界上超精密加工技术发展最快的国家。我国超精密加工的发展情况我国超精密加工的发展情况我国超精密加工的发展情况我国超精密加工的发展情况在过去相当长一段时期，由于受到西方国家的禁运限制，我国进口国外超精密机床严重受限。但当在过去相当长一段时期，由于受到西方国家的禁运限制，我国进口国外超精密机床严重受限。但当19981998年我国自己的数控超精密机床研制成功后，西方国家马上对我国开禁，我国现在已经进口了多台年我国自己的数控超精密机床研制成功后，西方国家马上对我国开禁，我国现在

15、已经进口了多台超精密机床。超精密机床。我国北京机床研究所、航空精密机械研究所（航空我国北京机床研究所、航空精密机械研究所（航空303303）、哈尔滨工业大学、国防科技大学等单位现在）、哈尔滨工业大学、国防科技大学等单位现在已能生产若干种超精密数控金刚石机床。已能生产若干种超精密数控金刚石机床。北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机北京机床研究所是国内进行超精密加工技术研究的主要单位之一，研制出了多种不同类型的超精密机床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达床、部件和相关的高精度测试仪器等，如精度达0.025m0.025m的精密轴承、的精密轴承

16、、JCS027JCS027超精密车床、超精密车床、JCS031JCS031超精密铣床、超精密铣床、JCS035JCS035超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光超精密车床、超精密车床数控系统、复印机感光鼓加工机床、红外大功率激光反射镜、超精密振动位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。反射镜、超精密振动位移测微仪等，达到了国内领先、国际先进水平。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术我国超精密加工的发展情况我国超精密加工的发展情况NAM-800 NAM-800 型纳米数控车床是北京机床研究所最新一代的纳米级加工机床。它型纳米数控车床是北京机床研究

17、所最新一代的纳米级加工机床。它是当今数控技术、伺服技术、机械制造技术完美的统一。该机床为我国最前是当今数控技术、伺服技术、机械制造技术完美的统一。该机床为我国最前沿的科技发展提供了良好的加工手段。沿的科技发展提供了良好的加工手段。NAM-800 型纳米数控车床2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术我国超精密加工的发展情况我国超精密加工的发展情况航空航天工业部航空航天工业部303 303 所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。所在超精密主轴、花岗岩坐标测量机等方面进行了深入研究及产品生产。哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微

18、粉砂轮电解在线修整技哈尔滨工业大学在金刚石超精密切削、金刚石刀具晶体定向和刃磨、金刚石微粉砂轮电解在线修整技术等方面进行了卓有成效的研究。术等方面进行了卓有成效的研究。清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、清华大学在集成电路超精密加工设备、磁盘加工及检测设备、微位移工作台、超精密砂带磨削和研抛、金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。金刚石微粉砂轮超精密磨削、非圆截面超精密切削等方面进行了深入研究，并有相应产品问世。此外，此外，中科院长春光学精密机械与物理研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工

19、具研究所、中科院长春光学精密机械与物理研究所、华中理工大学、沈阳第一机床厂、成都工具研究所、国防科技大学等都进行了这一领域的研究，国防科技大学等都进行了这一领域的研究，成绩显著。成绩显著。但总的来说，但总的来说，我国在超精密加工机床的效率、精度、可靠性，我国在超精密加工机床的效率、精度、可靠性，特别是规格（大尺寸）特别是规格（大尺寸）和技术配套性方和技术配套性方面与国外相比，面与国外相比，与生产实际要求相比，与生产实际要求相比，还有相当大的差距。还有相当大的差距。另外，复杂曲面的精密加工也一直是我国另外，复杂曲面的精密加工也一直是我国制造业发展的壁垒，而制造业的发展关系着国家经济的长远发展问题

20、，仍需投入大量的研究。制造业发展的壁垒，而制造业的发展关系着国家经济的长远发展问题，仍需投入大量的研究。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术精密加工的发展趋势精密加工的发展趋势1 1、高精度、高效率。、高精度、高效率。高精度与高效率是超精密加工永恒的主题。总的来说，固着磨粒加工不高精度与高效率是超精密加工永恒的主题。总的来说，固着磨粒加工不断追求着游离磨粒的加工精度，而游离磨粒加工不断追求的是固着磨粒断追求着游离磨粒的加工精度，而游离磨粒加工不断追求的是固着磨粒加工的效率。当前超精密加技术如加工的效率。当前超精密加技术如CMPCMP、EEMEEM等虽能获得极高的表面质等虽能获得

21、极高的表面质量和表面完整性，但以牺牲加工效率为保证。超精密切削、磨削技术虽量和表面完整性，但以牺牲加工效率为保证。超精密切削、磨削技术虽然加工效率高，但无法获得如然加工效率高，但无法获得如CMPCMP、EEMEEM的加工精度。探索能兼顾效率的加工精度。探索能兼顾效率与精度的加工方法，成为超精密加工领域研究人员的目标。半固着磨粒与精度的加工方法，成为超精密加工领域研究人员的目标。半固着磨粒加工方法的出现即体现了这一趋势。另一方面表现为电解磁力研磨、磁加工方法的出现即体现了这一趋势。另一方面表现为电解磁力研磨、磁流变磨料流加工等复合加工方法的诞生。流变磨料流加工等复合加工方法的诞生。2.3超精密加

22、工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术精密加工的发展趋势精密加工的发展趋势2 2、工艺整合化。、工艺整合化。当今企业间的竞争趋于白热化，高生产效率越来越成为企业赖当今企业间的竞争趋于白热化，高生产效率越来越成为企业赖以生存的条件。在这样的背景下，出现了以生存的条件。在这样的背景下，出现了“以磨代研以磨代研”甚至甚至“以磨代抛以磨代抛”的呼声。另一方面，使用一台设备完成多种加工的呼声。另一方面，使用一台设备完成多种加工(如车削、钻削、铣削、磨削、光整如车削、钻削、铣削、磨削、光整)的趋势越来越明显。的趋势越来越明显。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术精密加工的发展趋势精密加工的

23、发展趋势3 3、大型化、微型化。、大型化、微型化。为加工航空、航天、宇航等领域需要的大型光电子器件为加工航空、航天、宇航等领域需要的大型光电子器件(如大如大型天体望远镜上的反射镜型天体望远镜上的反射镜)，需要建立大型超精密加工设备。，需要建立大型超精密加工设备。为加工微型电子机械、光电信息等领域需要的微型器件为加工微型电子机械、光电信息等领域需要的微型器件(如微如微型传感器、微型驱动元件等型传感器、微型驱动元件等)，需要微型超精密加工设备，需要微型超精密加工设备(但这但这并不是说加工微小型工件一定需要微小型加工设备并不是说加工微小型工件一定需要微小型加工设备)。2.3超精密加工技术模块二现代设

24、计与先进制造工艺技术精密加工的发展趋势精密加工的发展趋势3 3、大型化、微型化。、大型化、微型化。为加工航空、航天、宇航等领域需要的大型光电子器件为加工航空、航天、宇航等领域需要的大型光电子器件(如大如大型天体望远镜上的反射镜型天体望远镜上的反射镜)，需要建立大型超精密加工设备。，需要建立大型超精密加工设备。为加工微型电子机械、光电信息等领域需要的微型器件为加工微型电子机械、光电信息等领域需要的微型器件(如微如微型传感器、微型驱动元件等型传感器、微型驱动元件等)，需要微型超精密加工设备，需要微型超精密加工设备(但这但这并不是说加工微小型工件一定需要微小型加工设备并不是说加工微小型工件一定需要微

25、小型加工设备)。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工技术正迎来一个繁荣的时代。超精密切削、超精密超精密加工技术正迎来一个繁荣的时代。超精密切削、超精密磨削、超精密研磨与抛光技术已取得长足的进展，加工后工件磨削、超精密研磨与抛光技术已取得长足的进展，加工后工件表面精度可达纳米级或亚纳米级，并且加工方法目趋多样化。表面精度可达纳米级或亚纳米级，并且加工方法目趋多样化。在流量计传感器的生产制造中，为了达到产品的高精度测量，在流量计传感器的生产制造中，为了达到产品的高精度测量，精密加工技术保证了产品的加工精度。精密加工技术保证了产品的加工精度。2.3超精密加工技术模块二现代设

26、计与先进制造工艺技术下面为具体技术知识介绍下面为具体技术知识介绍2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术1.1.超精密加工概述超精密加工概述 超精密加工内涵：超精密加工内涵：使零件形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米级的机械加工方法。当前精密、超精密加工达到的精度范围当前精密、超精密加工达到的精度范围 分类加工精度表面粗糙度普通加工1mRa0.1m精密加工0.1-1mRa0.01-0.1m超精密加工高于0.1m小于Ra0.01m2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术当前常规加工达到微米级精度，在当前常规加工达到微米级精度，在3030年前年前就是精密加工，就是精密加工，

27、6060年前就是超精密加工年前就是超精密加工0.0010.0011nm1nmmm10010010101 10.10.10.010.01192019401960198020002020192019401960198020002020原子间距离原子间距离原子间距离原子间距离精密加工精密加工精密加工精密加工超精加工超精加工超精加工超精加工常规加工常规加工常规加工常规加工2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工技术必要性：超精密加工技术必要性：提高产品性能稳定性和可靠性；促进产品小型化；增强零件的互换性。应用举例：应用举例：1kg陀螺其质心偏离0.5nm，会引起100m导弹射程误

28、差，50m轨道误差；民兵型洲际导弹陀螺仪精度为0.03-0.05，命中精度误差为500m；MX战略导弹陀螺仪精度提高一个数量级，命中精度误差只有50-150m；人造卫星轴承孔轴表面粗糙度1nm，其圆度和圆柱度均以nm为单位；飞机发动机叶片加工精度由 60m12m，粗糙度由 Ra0.5m0.2m，则发动机效率 89%94%；磁盘磁头与磁盘间距离，目前已达到0.3m，近期内可达到0.15m。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密加工所涉及的技术范围超精密加工机理 刀具磨损、积屑瘤生成规律、磨削机理、加工参数对表面质量的影响等有其特殊性；超精密加工的刀具、磨具及其制备 刀具的刃磨

29、、超硬砂轮的修整；超精密加工机床设备 机床精度、刚度、抗振性、微量进给机构；精密测量及补偿技术 有相应级别的测量装置，具有在线测量和误差补偿；严格的工作环境 恒温、净化、防振和隔振等。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术二、超精密切削加工二、超精密切削加工1）超精密切削加工：）超精密切削加工：通常采用金刚石刀具金刚石刀具进行超精密切削铜、铝等非铁类 金属材料，以及玻璃、大理石、碳素纤维等非金属材料。2）超精密切削对刀具的要求：）超精密切削对刀具的要求：-极高硬度、极高耐用度和极高弹性模量，保证刀具寿命和尺寸耐用度；-刃口能磨得极其锋锐，刃口圆弧半径值极小，能实现超薄切削厚度；-

30、刀刃无缺陷，避免刃形复印在加工表面；-抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低、能得到极好加工表面完整性。3）天然单晶金刚石刀具性能：）天然单晶金刚石刀具性能：-极高的硬度 HV6000-10000,而TiC仅为HV3200，WC为HV2400；-能磨出锋锐刃口 刃口半径可达纳米，普通刀具5-30m；-与有色金属摩擦系数低、亲和力小 与铝的摩擦系数仅为0.06-0.13；-耐磨性好，刀刃强度高 刀具磨损极慢，刀具耐用度极高。天然单晶金刚石被公认为不可代替的超精密切削刀具材料，但仅用于有色金属天然单晶金刚石被公认为不可代替的超精密切削刀具材料，但仅用于有色金属的切削加工。的切削加工。2.3超精密加工

31、技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密切削时的最小切削厚度：超精密切削时的最小切削厚度：如图：A点为极限临界点，其位置由切削变形剪切角确定，剪切角又与摩擦系数和刀刃圆弧半径有关：当=0.12时，可得：hDmin=0.322 当=0.26时，可得：hDmin=0.249 若hDmin=1nm，要求刀具刃口半径为3-4nm。极限切削厚度与刃口半径的关系极限切削厚度与刃口半径的关系2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术三、超精密磨削加工三、超精密磨削加工1 1）超精密磨削）超精密磨削：是铁素类金属、脆性材料超精密加工的主要手段，磨削 精度=0.1m，表面粗糙度Ra0.025。关键技

32、术：关键技术：砂轮的选择、砂轮的修整、磨削用量和高精度磨削机床。超精密砂轮：超精密砂轮：金刚石砂轮金刚石砂轮：较强磨削能力，较高磨削效率，磨削速度12-30m/s；CBNCBN砂轮砂轮：较好热稳定性和化学惰性，磨削速度80-数百米/s。超硬磨料砂轮结合剂超硬磨料砂轮结合剂：树脂结合剂树脂结合剂：能保持良好锋利性，磨粒保持力小；金属结合剂金属结合剂：磨粒保持力大，自锐性差，砂轮修整困难。陶瓷粘结剂陶瓷粘结剂：化学稳定性高、耐热、耐酸碱，脆性较大。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术2）超硬磨料砂轮修整：）超硬磨料砂轮修整：车削法车削法-用金刚笔车削金刚石砂轮，修整成本高；磨削法磨

33、削法-用普通砂轮对磨，修整效率和质量较好，普通砂轮消耗大；喷射法喷射法-将碳化硅、刚玉等磨粒高速喷射砂轮表面，去除部分结合剂，使超硬磨粒突出；电解在线修锐法电解在线修锐法（ELID)-应用电解原理完成砂轮修锐过程；电火花修整电火花修整-应用电火花放电原理完成砂轮修整。在线电解修锐法在线电解修锐法（ELID)ELID)电火花修整法电火花修整法 2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术3）磨削速度：金刚石砂轮热稳定性为700800C，通常磨削速度为1230m/s。磨削速度太低，磨削表面粗糙度增加，轮砂轮磨损加大；磨削速度太高，磨削温度迅速升高，致使砂轮磨损加剧。立方氮化硼砂轮-热稳定性

34、较好，可选取较高磨削速度。4）磨削液：-磨削液具有润滑、冷却、清洗、渗透性、防锈等功能；-湿磨比干磨可提高砂轮寿命40%左右;-油性磨削液：主要成分是矿物油，润滑性能好；-水溶性磨削液：主要成分是水，冷却性能好；-金刚石砂轮磨削硬质合金时，普遍采用煤油；-CBN砂轮磨削时宜采用油性液，一般不用水溶性液。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术四、超精密加工机床设备四、超精密加工机床设备超精密机床：超精密机床：高精度、高刚度、高加工稳定性和高度自动化程度的机床。其关键部件有：主轴部件、床身、导轨、驱动部件等。1）精密主轴部件：）精密主轴部件：-滚动轴承滚动轴承 回转精度1m，表面粗糙

35、度Ra0.04-0.02m；-液体静压轴承液体静压轴承 回转精度0.1m，刚度阻尼大，转动平稳；不足：不足：液压油温升高，影响主轴精度，会将空气带入液压油降低轴承刚度；应用应用：一般用于大型超精密机床。-空气静压轴承空气静压轴承 高回转精度、工作平稳，温升小；不足：不足：刚度较低，承载能力不高；应用：应用：超精密机床中得到广泛的应用。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术典型液体静压轴承主轴结构典型液体静压轴承主轴结构1-径向液压轴承 2-止推液压轴承 3-真空吸盘 双半球空气轴承主轴双半球空气轴承主轴1-前轴承 2-供气孔 3-后轴承 4-定位环 5-旋转变压器 6-无刷电动机

36、 7-外壳 8-轴 9-多孔石墨 2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术2 2）床身与导轨）床身与导轨 -床身床身:要求抗振衰减能力强、热膨胀系数低、尺寸稳定性好。床身材料：床身材料：多采用人造花岗岩，稳定性好、膨胀系数低、硬度高、耐 磨、不生锈，可铸造成型，克服天然花岗岩有吸湿性不足。-精密导轨：精密导轨：高直线度、低摩 擦系数、不能有爬行。导轨类型：导轨类型：液体静压导轨、空气静压导轨。平面空气静压导轨示意图平面空气静压导轨示意图1-静压空气 2-移动工作台 3-底座 2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术3）微量进给装置要求：分辨率达到0.001-0.01m；

37、精、粗进给分开，提高微位移精度和稳定性；低摩擦系数和高稳定性；末级传动元件必须有很高的刚度；工艺性好，容易制造；具有自动控制功能，动态性能好。2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术双双T T形弹性变形微进给装置形弹性变形微进给装置1-微位移刀夹 2、3-T形弹簧 4-驱动螺钉 5-固定端 6-动端 分辨率分辨率0.01m0.01m，最大位移最大位移20m20m，静刚度静刚度70N/m70N/m，2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术最大位移最大位移15-16m 15-16m 分辨率分辨率0.01m 0.01m 静刚度静刚度60N/m60N/m压电陶瓷微进给装置压电陶

38、瓷微进给装置1-刀夹 2-机座 3-压电陶瓷 4-后垫块 5-电感测头 6-弹性支承 2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术五、超精密加工环境五、超精密加工环境1）净化的空气环境）净化的空气环境 1m直径尘埃会拉伤磁盘表面而不能正确记录信息；100级超精密加工空气洁净度要求：0.5m直径尘埃个数100个/ft3，而办公室百万个/(ft)3，手术室5万个/(ft)3 2）恒定的温度环境）恒定的温度环境 100mm长铝合金零件，温度变化1C将产生2.25m的误差；若要求确保0.1m加工精度，环境温度应保持0.05C范围内；当前，已出现0.01C的恒温环境，需多级恒温。3）较好的抗振动干扰环境）较好的抗振动干扰环境 防振：防振：消除自身，振动干扰 隔振：隔振：阻止外部，振动2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术美国美国LLL实验室超精密机床隔振基础实验室超精密机床隔振基础1-隔振空气弹簧 2-床身 3-工作台 2.3超精密加工技术模块二现代设计与先进制造工艺技术超精密数控车床超精密数控车床 NAM-800(北京机床所）最小分辨率5nm，表面粗糙度Ra0.008um 不圆度0.1um，主轴回转精度0.05um，导轨直线度0.1um/100mm谢谢观看