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精密加工


超精密加工技術概述   

超精密加工目前就其質來說是要實現以現有普通精密加工手段還達不到的高精度加工,就其量來說是要加工出亞微米乃至毫微米級的形狀與尺寸賴皮并獲得納米級的表面粗糙度,但究竟多少精度值才算得上超精密加工一段要視零件大小、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(車、銑)超精密磨削、超精密研磨 (機械研磨、機械化學研磨、研拋、非接觸式浮動研磨、彈性發射加工等)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所達不到的尺寸精度、形狀精度和表面質量。每種超精密加工方法都是針對不同零件的要求而選擇的。  

1.超精密切削加工    

超精密切削加工的特點是采用金剛石刀具。金剛石刀具與有色金屬親和力小,其硬度、耐磨性以及導熱性都非常優越,且能刃磨得非常鋒利(刃口圓弧半徑可小于ρ0.01μm,實際應用一般ρ0,05μm)可加工出優于Ra0.01μm的表面粗糙度。此外,超精密切削加工還采用了高精度的基礎元部件(如空氣軸承、氣浮導軌等)、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給機構。機床本身采取恒溫、防振以及隔振等措施,還要有防止污染工件的裝置。機床必須安裝在潔凈室內。進行超精密切削加工的零件材料必須質地均勻,沒有缺陷。在這種情況下加工無氧銅,表面粗糙度可達到Ba0.005μm,加工φ800mm的非球面透鏡,形狀精度可達0.2/μm。超精密加工技術在航空航天、光學及民用等領域的應用十分廣泛(見表1)并向更高精度等方向發展.       

2.超精密磨削   

超精密磨削技術是在一般精密磨削基礎上發展起來的。超精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,消除各種動態誤差的影響,并采取高精度檢測手段和補償手段。   

目前超精密磨削的加工對象主要是玻璃、陶瓷等硬脆材料,磨削加工的目標是范成3—5nm的平滑表面,也就是通過磨削加工而不需拋光即可達到要求的表面粗糙度。作為納米級磨削加工,要求機床具有高精度及高剛度,脆性材料可進行可延性磨削(Ductile  Grinding)。納米磨削技術對燃氣渦輪發動機,特別是對要求高疲勞強度材料(如飛機的噴氣發動機渦輪用的陶瓷材料)的加工,是重要而有效的加工技術。   

此外,砂輪的修整技術也相當關鍵。盡管磨削比研磨更能有效地去除   

物質,但在磨削玻璃或陶瓷時很難獲得鏡面,主要是由于砂輪粒度太細時,砂輪表面容易被切屑堵塞。日本理化學研究所學者大森整博士發明的電解在線修整(ELID)鑄鐵纖維結合劑(CIFB)砂輪技術可以很好地解決這個問題。    

當前的超精密磨削技術能加工出0.0 1μm圓度,O.1μm尺寸精度和Ra0.005μm粗糙度的圓柱形零件,平面超精密磨削能加工出0.03μm/100mm的平面。   
 

3.超精密研磨   

超精密研磨包括機械研磨、化學機械研磨、浮動研磨、彈性發射加工以及磁力研磨等加工方法。超精密研磨加工出的球面不球度達0.025ttm,表面粗糙度達RaO.003μm。利用彈性發射加工可加工出無變質層的鏡面,粗糙度可達5A。最高精度的超精密研磨可加工出平面度為λ/200的零件。超精密研磨的的關鍵條件是幾乎無振動的研磨運動、精密的溫度控制、潔凈的環境以及細小而均勻的研磨劑。此外高精度檢測方法也比不可少。

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