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乐鱼官方:精密技术与设备:超精密加工机理、设备制造、工具及刃磨、测量和

发布日期:2022-06-05 12:36:54来源:乐鱼体育手机APP 作者:乐鱼平台首页

  原标题:精密技术与设备:超精密加工机理、设备制造、工具及刃磨、测量和误差补偿技术

  20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。到80年代初,其最高加工尺寸精度已可达10纳米(1纳米=0.001微米)级,表面粗糙度达1纳米,加工的最小尺寸达 1微米,正在向纳米级加工尺寸精度的目标前进。纳米级的超精密加工也称为纳米工艺(nano-technology) 。超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。20 世纪 50 年代至 80 年代为技术开创期。20 世纪 50 年代末,出于航天、国防等尖端技术发展的需要,美国率先发展了超精密加工技术,开发了金刚石刀具超精密切削——单点金刚石切削(Single point diamond turning,SPDT)技术,又称为“微英寸技术”,用于加工激光核聚变反射镜、战术导弹及载人飞船用球面、非球面大型零件等。

  精密加工是指加工零件的尺寸尺寸精度在0.1-1μm,加工表面粗糙度为RA0.02~0.1μm之间的加工方法。

  超精密加工是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm,表面粗糙度小于RA<0.025μm,以及所用机床定位精度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术,也称之为亚微米级加工技术,且正在向纳米级加工技术发展。

  超精密加工技术主要包括:超精密加工的机理研究,超精密加工的设备制造技术研究,超精密加工工具及刃磨技术研究,超精密测量技术和误差补偿技术研究,超精密加工工作环境条件研究。

  随着科学技术的迅速发展和人民生活以及国防建设的需要,各国都大力发展制造业,尤其是在精密与超精密加工领域竞争更为激烈,因为它在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要的位置,导弹的命中精度,主要取决于惯性仪表的精度。制造仪表需采用超精密加工技术和相应的设备。

  我国精密与超精密加工技术还很落后,大量的精密产品还需进口,精密和超精密加工目前包含三个领域:

  (1)超精密切削,如金刚石刀具切削,可加工各种镜面,它成功的解决了高精度陀螺仪,激光反射镜和某些大型反射镜的加工。

  超精密加工技术发展趋势是:向更高精度、更高效率方向发展;向大型化、微型化方向发展;向加工检测一体化方向发展;机床向多功能模块化方向发展;不断探讨适合于超精密加工的新原理、新方法、新材料。21世纪初十年将是超精密加工技术达到和完成纳米加工技术的关键十年

  (1)向高精度方向发展,由现在的亚微米级向纳米级进军,最终达到“移动原子”的目的,实现原子级加工。

  (2)向大型化方向发展,研制各类大型的超精密加工设备,以满足航空、航天、通信和军事的需要。

  (4)超精结构、多功能、光、加工检测一体化等方向发展,广泛的采用先进的检测监控技术实时误差补偿。

  (1)超精密加工的加工机理。微细加工机理研究;微观表面完整性研究;在超精密范畴内的对各种材料(包括被加工材料和刀具磨具材料)的加工过程、现象、性能以及工艺参数进行提示性研究。

  (2)超精密加工设备制造技术。纳米级超精密车床工程化研究;超精密磨床研究;关键基础件,如轴系、导轨副、数控伺服系统、微位移装置等研究;超精密机床总成制造技术研究。

  (3)超精密加工刀具、磨具及刃磨技术。金刚石刀具及刃磨技术、金刚石微粉砂轮及其修整技术研究。

  (4)精密测量技术及误差补偿技术。纳米级基准与传递系统建立;纳米级测量仪器研究;空间误差补偿技术研究;测量集成技术研究。

  (5)超精密加工工作环境条件。超精密测量、控温系统、消振技术研究;超精密净化设备,新型特种排屑装置及相关技术的研究。

  人造金刚石刀具具有的显著特点:“高速切削”“硬态加工”“以车代磨”“干式切削”该刀具获国家科学大会奖;是加工各种非金属材料及各种有色金属材料的最佳刀具。

  4.和工件材料的抗粘接性好、化学亲和性小、摩擦系数低,能得到极好的加工表面完整性。

  天然金刚石具有硬度高、耐磨性和强度高、导热性能好,并且与有色金属摩擦系数低,能磨出极锋锐的刀刃等一系列的优点,因此是目前最理想的超精密切削加工的刀具材料。

  天然单晶金刚石多数为8面体或菱形12面体,极少数的6面体,浅色透明,无杂质,无缺陷。通常使用大颗粒(0.5~1.5克拉,1克拉=0.2g)。

  人造金刚石是采用超高压(500mpa 以上)高温(1300℃ )下由子晶生长而成。在条件允许的情况下,可以生成大颗粒单晶金刚石,该金刚石具有较高的硬度、良好的导热性、和有色金属摩擦系数小等优点。

  精密和超精密磨料加工使利用细粒度的磨粒和微粉对黑色金属、脆性材料等进行加工,得到高加工精度和地表面粗糙度值。对于有色金属常采用超精密切削加工。

  精密磨削是指加工精度为1-0.1μm、表面粗糙度达到RA0.2-0.025μm的磨削方法。又称低粗糙度磨削。

  精密磨削机理:主要是依靠精细修整砂轮,使磨粒具有微刃性和等高性,磨削后,被加工表面留下大量极微细的磨削痕迹,残留高度极小,加上无火化磨削阶段的作用,可获得高精度和地表面粗糙度表面。精密磨削加工主要体现为,微刃的微切削作用,通过微细修整砂轮,是微细磨粒破碎并产生微刃,从而形成低的表面粗糙度。微刃的等高切削作用,砂轮经微细修整后,分布在砂轮表层的统一深度的微刃数量、等高性好,从而使加工表面的粗糙度极小。微刃的滑挤、摩擦、抛光作用,刚开始切削时,微刃较锋锐,切削作用强,随着切削过程的继续,磨粒逐渐出现钝化,但同时,等高性得到改善,此时,切削作用减弱,滑挤、摩擦、抛光作用加强,从而使加工表面凸峰辗平,降低表面面粗糙度。

  磨削刚和铸铁时,采用刚玉磨料较好,因为刚玉磨料刃性较高,能保持微刃性和等高性。而碳化硅磨料韧性差,颗粒呈针片状,很难修整出等高性好的微刃。

  砂轮粒度的可选择粗粒度和细粒度两类,粗粒度要细修整,微刃的切削作用是主要的,细粒度砂轮经过精细修整后,半钝态的微刃在适当的压力下与工件表面的摩擦抛光作用强,可得到高的表面质量和砂轮寿命。

  结合剂精密磨削砂轮的选择,以树脂为好,加入适当的石墨,可提高摩擦抛光作用。

  精密主轴部件是超精密机床的圆度基准,也是保证机床加工精度的核心。主轴要求达到极高的回转精度,其关键在于所用的精密轴承。早期的精密主轴采用超精密级的滚动轴承,如瑞士shaublin精密车床,采用滚动轴承,其加工精度可达ban,表面粗糙度r,0.04-0.02pan。制造如此高精度的滚动轴承主轴是极为不易的,希望更进一步提高主轴精度更是困难。目前,超精密机床的主轴广泛采用液体静压轴承和空气静压轴承。

  床身是机床的基础部件,应具有抗振衰减能力强、热膨胀系数低、尺寸稳定性好的要求。目前,超精密机床床身多采用人造花岗岩材料制造。人造花岗岩是由花岗岩碎粒用树脂粘结而成,它不仅具有花岗岩材料的尺寸稳定性好、热膨胀系数低、硬度高、耐磨且不生锈的特点,又可铸造成形,克服了天然花岗岩有吸湿性的不足,并加强了对振动的衰减能力。超精密机床导轨部件要求有极高的直线运动精度,不能有爬行,导轨偶合面不能有磨损,因而液体静压导轨、气浮导轨和空气静压导轨,均具有运动平稳、无爬行、摩擦因数接近于零的特点,在超精密机床中得到广泛的使用。

  高精度微量进给装置是超精密机床的一个关键装置,它对实现超薄切削、高精度尺寸加工和实现在线误差补偿有着十分重要的作用。目前,高精度微量进给装置分辨率已可达到0.001—o.01/xm。

  在超精密加工中,要求微量进给装置满足如下的要求:①精微进给与粗进给分开,以提高微位移的精度、分辨率和稳定性;②运动部分必须是低摩擦和高稳定性,以便实现很高的重复精度;③末级传动元件必须有很高的刚度,即夹固刀具处必须是高刚度的;④工艺性好,容易制造;⑤应能实现微进给的自动控制,动态性能好。

  微量进给装置有机械或液压传动式,弹性变形式、热变形式、流体膜变形式、磁致伸缩式、压电陶瓷式等多种结构形式。

  为了适应精密和超精密加工精度的的要求,对精密与超精密加工的支撑环境必须进行严格控制,精密与超精密环境控制包括:空气环境、热环境、振动环境、电磁环境等。

  为保证精密和超精密加工的正常进行,必须采取有效措施以消除振动干扰,其途径包括如下两个方面:(1)防振;(2)隔振

  精密技术与设备主要提供日本碌碌ROKU-ROKU、日本东芝UVM-450C、德国DMG德玛吉、日本牧野IQ系列、日本亚司达YASDA等小型高精度模具立式加工中心,用于微细、中、小型模具,光学、半导体、医疗关联备件的超精密加工。

  主轴:油雾润滑式 / 陶瓷滚珠轴承高转速主轴;主轴热分离系统(H.I.S) Z轴平衡气缸

  日本ROKU-ROKU碌碌产业株式会社,是生产微细孔加工机床的著名企业,创始于1903年。ROKU-ROKU公司,在如下领域颇有建树:微细孔加工、微小刀具切削加工、镜面加工、超硬材质加工。

  东芝UVM-450C加工中心在秉承高速、优质加工理念的基础上开发,配备高精度空气静力轴承主轴。与传统机种相比,该机器有助于确保降低运行成本,明显提高加工质量。它标配60,000min-1主轴缩短了加工时间,使用非接触空气轴承,主轴寿命几乎无限长,即使主轴受损,其维修成本也比其他机床的主轴低得多。实现主轴的高旋转精度,延长了刀具寿命,此外,主轴高速运行无时间限制,更可使用小直径刀具进行加工。该加工中心主要用于精密模具、半导体相关的树脂零部件等进行高效和高质量的加工。

  为满足中国市场精细、精密加工对机床的精度和稳定性提出的高要求,牧野机床特推出了iQ 300加工中心。iQ 300的主轴转速最高可达45000RPM,其切削进给速度为200 mm/min,进给轴采用超精密滚动导向,并采用分辨能力为0.05mm(纳米微米)的光栅尺反馈系统。

  机床的轴结构与普通的立式加工中心相同,从正面看,横向为X轴,纵向为Y轴,垂直方向为Z轴。据精密技术与设备了解,在这种轴结构的主体中,工作台的驱动源配备了新结构的线性马达,线性马达将磁石分割为两部分,以防止导轨、工作台和机床产生微小变形。

  iQ 300可以应用在医疗器械部件、手机、数码器械、光学部件等小型化、高功能化不断发展的领域。

  日本亚司达YMC430-II精密加工中心是一款用于加工细微小的高精度零件的精密加工中心,能够满足多种制作要求。

  亚微米高精度机床是高档数控机床的代表,也是高端制造装备不可或缺的产品,具有重大的战略意义,国家“十二五”规划给予极大的重视。但目前国内精密与国外差距较大,在短期内仍然只能依靠进口,我国应争起直追。

  发展高精度机床不仅要重视机床的结构设计,开展深入细致的基础研究,保证机床的高刚度和高精度,还要特别注意工艺经验的积累和技术研究,机床的精度是干出来的,不是画出来。故日本碌碌ROKU-ROKU能够达到今天的水平是百年技术沉淀的体现。

  热变形误差是高精度机床的主要误差之一。近年来,世界各国都投入大量人力物力从事机床热性能的研究,探索减小和补偿热误差的有效方法。

  近期我国承接外委加工的形势表明,大量形状复杂、精度极高的零件在国内寻求供应商,难倒了绝大多数厂家。我国机床工业需抓住这一契机,大力发展高精度机床,以适应市场的需求。返回搜狐,查看更多

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