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1、现代制造技术 精密加工和超精密加工 桂林理工大学南宁分校机械与控制工程系 二 分类 桂林理工大学南宁分校机械与控制工程系 三 工艺特点 桂林理工大学南宁分校机械与控制工程系 2 2精密 超精密切削加工 一 起源 60年代初 由于宇航用的陀螺 计算机用的磁鼓 磁盘 光学扫描用的多面棱镜 大功率激光核聚变装置用的大直径非圆曲面镜 以及各种复杂形状的红外光用的立体镜等等 各种反射镜和多面棱镜精度要求极高 使用磨削 研磨 抛光等方法进行加工 不但加工成本很高 而且很难满足精度和表面粗糙度的要求 为此 研究 开发了使用高精度 高刚度的机床和金刚石刀具进行切削加工的方法加工 金刚石刀具拥有很高的高温强度和
2、硬度 而且材质细密 经过精细研磨 切削刃可磨得极为锋利 表面粗糙度值很小 因此可进行镜面切削 金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜 铝等有色金属 如高密度硬磁盘的铝合金基片 激光器的反射镜 复印机的硒鼓 光学平面镜 凹凸镜 抛物面镜等 二 金刚石刀具的特点 三 影响超精密切削的因素 YourTextHere YourTextHere YourTextHere 液体静压轴承主轴空气静压轴承主轴磁悬浮轴承 液体静压导轨空气静压导轨 污染振动温度 均匀 四 应用 平面镜的切削 多面镜的切削 其它零件的切削 平面度 0 06 m 表面粗糙度Rmax 0 02 m 面分度精度7 5 面倾斜精度3 6 平面
3、度 0 07 m 表面粗糙度Rmax 0 02 m 用于激光印刷机 复印机 球面 球轴承 车削 复印机硒鼓 圆柱面 车削 磁盘基片的车削 四 发展趋势 工艺整合化 智能化 在线加工检测一体化 高精度 高效率 极端化 绿色化 一 概念精密砂轮磨削 利用精细修正的粒度为60 80 的普通砂轮进行磨削 其加工精度可达1 m 表面粗糙度可达Ra0 025 m 超精密砂轮磨削 利用经过仔细修正的粒度为W40 W5的砂轮进行磨削 可以获得加工精度为0 1 m 表面粗糙度为Ra0 025 Ra0 008 m的加工表面 特点 表面变质层和残余应力较小 加工效率比切削加工高 2 3精密 超精密磨削加工 普通刚玉
4、 碳化硅 磨料 粘合剂 气孔 工作层 基体 过渡层 工作层 金刚石层 磨料 结合剂 气孔 过渡层 非金刚石层 结合剂 金属粉 气孔 是砂轮的工作部分 将金刚石层牢固地连接在基体上 承接磨料层 并在使用时用法兰盘牢固地夹持在磨床主轴上 基体 二 磨料 自然界人类认识的最坚硬的物质 莫氏硬度10 硬度莫氏硬度9 8 10 导热系数 热膨胀系数和研磨能力都很突出 导热系数 热膨胀系数和研磨能力也很突出 加工很多硬而脆的材料如硬质合金 陶瓷 宝石玛瑙 玻璃 石材 建材 混凝土和半导体材料等及砂轮的修整 稳定性和化学惰性大大优于金刚石 不适宜加工铁族金属材料 适合加工普通磨料难以加工且金刚石又不宜加工的
5、硬而韧的金属材料如工具钢 模具钢 不锈钢 耐热合金等特别是高钒高速钢 铝高速钢等对磨削温度较为敏感的金属材料 三 加工原理 精密磨削机理 精密磨削主要是靠砂轮的精细修整 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细微的磨削痕迹 残留高度极小 加上无火花磨削阶段的作用 获得高精度和低表面粗糙度表面 1 超精磨削是一种极薄切削 切屑厚度极小 磨削深度可能小于晶粒的大小 磨削就在晶粒内进行 因此磨削力一定要超过晶体内部非常大的原子 分子结合力 从而磨粒上所承受的切应力就极速地增大 可能接近被磨削材料的剪切强度极限 同时 磨粒切削刃处收到高温和高压的作用 要求磨粒材料有很高的高温强度和高温
6、硬度 超精精磨削机理 2 磨削运动由于弹性弹性让刀量的存在 磨削系统要求高刚度 砂轮修锐质量好 形成切屑的磨削深度小 利用无火花磨削状态 可以降低表面粗超度 四 超精密磨床的特点 Textinhere 五 砂带磨削 根据工件的形状 用与之相应的接触方式 借助于张紧机构使之张紧 和驱动轮使之高速运动 并利用砂带上的磨粒对工件加工表面进行高效磨削的一种新工艺 利用粒度为W63 W28的砂带可进行精密磨削 其加工精度可达1 m 表面粗糙度可达Ra0 025 m 利用粒度为W28 W3的砂带可进行超精密砂带磨削 其加工精度可达0 1 m 表面粗超度可达Ra0 025 0 008 m 六 砂带磨削特点
7、2 4珩磨超精研研磨和超精密磨料加工 一 绗磨珩磨 珩磨是利用安装在珩磨头圆周上的若干条细粒度油石 由张开机构将油石沿径向张开 使其压向工件孔壁 以便产生一定的面接触 同时珩磨头做回转和轴向往复运动 由此实现对孔的低速磨削 1 概念 一 绗磨珩磨 1 加工机理 珩磨后孔壁的展开图 一 绗磨珩磨 一 绗磨珩磨 3 工艺特点 4 应用 广泛应用与汽车 拖拉机 矿山机械 机床等零部件孔的光整加工中 二 超精研 1 概念 超精研是一种降低零件表面粗糙度 延长零件使用寿命的高生产率光整加工方法 二 超精研 2 加工机理 超精研后的工件表面为正弦曲线交叉而成的网状痕迹 3 加工过程 强烈切削阶段 自动停止
8、切削阶段 微弱切削阶段 正常切削阶段 二 超精研 4 应用 不仅能用于轴类零件的加工 还能加工平面 锥面 孔和球面 二 超精研 研磨利用涂敷或压嵌在研具上的磨料颗粒 通过研具与工件在一定压力下的相对运动对加工表面进行的光整加工和精密加工方法 三 研磨 1 概念 2 加工机理 研磨加工原理示意图 研磨时 研具在一定的压力下与加工面做复杂的相对运动 研具和工件之间的磨粒和研磨剂在相对运动中 分别起机械切削作用和物理 化学作用 使磨粒能从工件表面上切去微薄的一层材料 从而得到尺寸精度和表面质量极高的表面 三 研磨 3 研磨特点 所有研具均采用比工件软的材料制成 通常为铸铁 铜 巴氏合金 塑料及硬木等 有时也采用钢做研具 研磨加工不仅具有磨粒切削金属的机械加工作用 同时还有化学作用 磨料混合液或研磨膏使工件表面形成氧化层 使之易于被磨料切除 因而大大加速了研磨过程的运行 三 研磨 研磨时研具和工件的相对运动是较复杂的 因此每一磨粒不会在工件表面上重复自己的运动轨迹 这样就有可能均匀地切除工件表面的凸峰 研磨可以获得很高的尺寸精度和低的表面粗糙度 也可以提高工件表面的宏观形状精度 但不能提高工件表面的位置精度 三 研磨 3 研磨方法分类 三 研磨 5 应用 三 研磨 精密块规精密量规钢球压辊喷油嘴滑阀柱塞油泵精密齿轮 透镜镜头棱镜光学平镜 石英晶体半导体晶体陶瓷元件 ThankYou
