信息來源于：互聯網 發布于：2021-05-25
關鍵詞 超精密加工 精密磨削加工 金剛石刀具的切削
1. 前言
超精密加工技術，是現代機械制造業最主要的發展方向之一。在提高機電產品的性能、質量和發展高新技術中起著至關重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術。
超精密加工是指亞微米級(尺寸誤差為0.3～0.03?m，表面粗糙度為Ra0.03～0.005?m)和納米級(精度誤差為0.03?m，表面粗糙度小于 Ra0.005?m)精度的加工。實現這些加工所采取的工藝
方法和技術措施，則稱為超精加工技術。加之測量技術、環境保障和材料等問題，人們把這種技術總稱為超精工程。
超精密加工主要包括三個領域：
超精密切削加工如金剛石刀具的超精密切削，可加工各種鏡面。它已成功地解決了用于激光核聚變系統和天體望遠鏡的大型拋物面鏡的加工。
超精密磨削和研磨加工如高密度硬磁盤的涂層表面加工和大規模集成電路基片的加工。
超精密特種加工如大規模集成電路芯片上的圖形是用電子束、離子束刻蝕的方法加工，線寬可達0.1?m。如用掃描隧道電子顯微鏡(STM)加工，線寬可達2～5nm。
精密磨削偏心氣缸
2. 工作原理
近年來，在傳統加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密高速切削、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非傳統加工中，出現了電子束、離子束、激光束
等高能加工、微波加工、超聲加工、蝕刻、電火花和電化學加工等多種方法，特別是復合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲珩磨等，在加工機理上均有所創新。
3. 設備
精密零部件加工對精密和超精密加工所用的加工設備有下列要求。
(1)高精度。包括高的靜精度和動精度，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，如主軸回轉精度、導軌運動精度、分度精度等；
(2)高剛度。包括高的靜剛度和動剛度，除本身剛度外，還應注意接觸剛度，以及由工件、機床、刀具、夾具所組成的工藝系統剛度。
(3)高穩定性。設備在經運輸、存儲以后，在規定的工作環境下使用，應能長時間保持精度、抗干擾、穩定工作。設備應有良好的耐磨性、抗振性等。
(4)高自動化。為了保證加工質量，減少人為因素影響，加工設備多采用數控系統實現自動化。
加工設備的質量與基礎元部件，如主軸系統、導軌、直線運動單元和分度轉臺等密切相關，應注意這些元部件質量。此外，夾具、輔具等也要求有相應的高精度、高剛度和高穩定性。
加工工具：
加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術。用金剛石刀具超精密切削，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應達到2～4nm，同時應解決其檢測方法，刃口鈍圓半
徑與切削厚度關系密切，若切削的厚度欲達到10nm，則刃口鈍圓半徑應為2nm。
磨具當前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等問題，通常，采用粒度為W20～W0.5的微粉金剛石，粘接劑采用樹脂、銅、纖維鑄鐵等。
4. 應用領域
航天、航空工業中，人造衛星、航天飛機、民用客機等，在制造中都有大量的精密和超精密加工的需求，如人造衛星用的姿態軸承和遙測部件對觀測性能影響很大。該軸承為真空無潤滑
軸承，其孔和軸的表面粗糙度要求為Ry0.01μm，即1nm，其圓度和圓柱度均要求納米級精度。被送入太空的哈勃望遠鏡(HST)，可攝取億萬千米遠的星球的圖像，為了加工該望遠鏡中直徑為
2.4m、重達900kg的大型反光鏡，專門研制了一臺形狀精度為0.01μm的加工光學玻璃的六軸CNC研磨拋光機。據英國Rolls-Royce公司報道，若將飛機發動機轉子葉片的加工度，由60μm提高到
12μm、表面粗糙度由Ra0.5μm減少到0.2μm，發動機的加速效率將從89%提高到94%；齒輪的齒形和齒距誤差若能從目前的3～6μm，降低到1μm，則其單位重量所能傳遞的扭距可提高近1倍。
當 前，微型衛星、微型飛機、超大規模集成電路的發展十分迅猛，涉及微細加工技術、納米加工技術和微型機電系統(MEMS)等已形成微型機械制造。這些技術都在精密和超精密加工范疇內，與計算機工業、國防工業的發展直接相關。
5. 發展趨勢
在過去相當長一段時期，由于受到西方國家的禁運限制，我國進口國外超精密機床嚴重受限。但當1998年我國自己的數控超精密機床研制成功后，西方國家馬上對我國開禁，我國現在已經進口了多臺超精密機床。
我國北京機床研究所、航空精密機械研究所、哈爾濱工業大學等單位現在已能生產若干種超精密數控金剛石機床，如北京機床研究所研制的加工直徑800mm的超精密車床和哈爾濱工業大學
研制的超精密車床，這兩臺機床均有兩坐標精密數控系統和兩坐標激光在線測量系統，可以加工非球回轉曲面；還有哈爾濱工業大學研制了加工KDP晶體大平面的超精密銑床。KDP晶體可用于光學倍頻，是大功率激光系統中的重要元件。必須承認，在超?密機床技術方面，我們與國外先進水平相比還有相當大的差距，國產超精密機床的質量水平尚待進一步提高。
精密零部件加工在大型超精密機床方面，目前美、英、俄等國都擁有自行開發的大型超精密機床，而我國由于沒有大型超精密機床，因此無法加工大直徑曲面反射鏡等大型超精密零件，國外對這些大型
超精密零件的出口有嚴格限制，從而嚴重影響了我國國防尖端技術的發展?，F在我國正在加緊研制加工直徑1m以上的立式超精密機床。
6. 結論
超精密加工，是現代機械制造業最主要的發展方向之一,在提高機電產品的性能、質量和發展高新技術中起著至關重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術。我國的制造業發展已進入了高速發展階段，中國民營企業已具備足夠的經濟實力來使企業邁向現代化，先進設備的引進和大量專業人才的涌入使許多沿海地區的制造業水平迅速提高。隨著國家決策.
